Проектирование конструкций перекрытия каркасного здания

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Забайкальский государственный университет»

Кафедра СКиМ

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: « Металлические конструкции»

Проектирование конструкций  перекрытия каркасного здания

 

                                                                              Выполнил: ст.гр.ПГСс09-02

                                                   Гостев Д.С.

                                                                        Проверил: Чечель М.В.

 

 

 

 

 

Чита 2011г

Содержание

Исходные данные………………………………………………………………..3 

1 Расчет балок …………………………………………………………………...4

1.1 Выбор оптимального  типа сечения………………………………………....4

1.2 Расчет  сварной главной балки балочной клетки…………………………..6

2 Расчет колонны………………………………………………………………...24

2.1 Центрально-сжатые колонны……………………………………………….24

2.2Расчет сплошных колонн……………………………………………………25

2.3  Расчет базы колонн………………………………………………………….29

2.4 Расчет оголовка колонны …………………………………………………...33

Список  использованной литературы…………………………………………..35      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

Размер площадки в плане: 3a*3b

Шаг колон в продольном направлении: a=14м

Шаг колон в поперечном направлении:b=5м

Строительная высота: h_стр=1,65 м

Отметка чистого пола=0,000

Отметка верха настилаН=8м

Временная нормативная нагрузка  Pⁿ=26 кН/м²

Материал настила С235

Материал балки настила  С245

Материал главных балок  С275

Материал колоны С275

Марка бетона фундамента В15

 

 

 

 

 

 

 

 

1Расчет балок

1.1 Выбор оптимального типа балочной клетки

 

Стальной настил уложен на балки и приварен к ним. Для  настила используются листы толщиной  t=12мм.

Для определения шага балок  настила используем график  Лейтеса С.Д.

Отношение расчетного пролета  настила к толщине настила l/t=90

Предполагаемый шаг балок  настила определяется по формуле:

Принимаем шаг балок кратно 50 мм l=1100 мм.

Определяем количество шагов  между балками настила

Принимаем n=11

  Погонная нормативная  равномерно распределенная нагрузка  на единицу длины балки:

Расчетная равномернораспределенная нагрузка на балку:

где - коэффициенты надежности по нагрузке для стали,

- коэффициент надежности для временной нагрузки

Максимальный расчетный  изгибающий момент:

где _b–шаг колонн в поперечном направлении=5м

Требуемый момент сопротивления  с учетом упругой работы материала:

где R_y-расчетное сопротивление для проката

ϒ_с-коэффициент условий работы

_{Принимаем двутавр №30а: Wx=518 см³}

_{Ix=7780 см⁴}

_{g=39,2кг/м}

С учетом пластической работы материала определяется требуемый момент сопротивления:

где с=1,12 –коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций

Согласно ГОСТ 8239-89 принимаю двутавр №30:

W_x=472 см³

I_x=7080 см⁴

g=36,5кг/м

Производим проверку принятого  сечения:

а) на прочность по 1 группе предельных состояний

20,9<21,6 кН/см²

б) на жесткость по 2 группе предельных состояний:

Где qⁿ=29,6кН/см-нормативная погонная нагрузка

Е=2,06*10⁴кН/м²- модуль упругости стали

_{- предельный прогиб}

0,0033<0,0067

Условие выполняется.Для дальнейшего расчета принимаем двутавр №30.

 

1.2Расчет сварной главной балки балочной клетки

 

1. Подсчитываем нормативные  и расчетные нагрузки.

Нормативная нагрузка на единицу  длины балки

где pⁿ= 26Кн/м² - временная нагрузка

_{Расчетная нагрузка на единицу длины балки}

где - коэффициенты надежности по нагрузке для стали,

- коэффициент надежности для временной нагрузки

2. Максимальный расчетный изгибающий момент:

где _a - пролет главной балки=14м

Расчетная поперечная сила на опоре

Рисунок - Расчетная схема  главной балки

 

3. Требуемый момент сопротивления в сечении с максимальным изгибающим моментом:

_с1=1,12

_{Ry=26кН/м ² – расчетное сопротивление для главных балок}

ϒ_с=0,9 - коэффициент условий работы,

В  целях экономии металла  проектную балку переменного  по длине  сечения,  поэтому  развитие пластических  деформаций можно  допустить только  в одном сечении- сечении с максимальным изгибающим моментом

 

 

Рисунок –Сечение главной  балки

 

4.Устанавливают высоту балкиh, исходя из трех условий:

1) наименьшего расхода  металла

2) требуемой жесткости  балки

3) ограниченной строительной  высоты конструкции перекрытия.

 

K=1,15 - коэффициент зависящий  от конструктивного  оформления балки

t_w-  толщина стенки

t_w=7+3h=7+3*1,4=11,2 м, принимаю  t_w=12 мм

гдеh – высота балки

 Минимальная высота,  обеспечивающая  необходимую жесткость   балки:

Где -  допустимый относительный  прогиб,

 

Высоту балки определяют исходя  из заданной  строительной высоты  перекрытия  и сравнивая полученные высоты. Окончательную высоту балки принимаю исходя из условий h_opt≥ h_гл.б≥ h_min   и в пределах  строительной  высоты. В целях унификации конструкции  высоту балки принимаем кратно 100 мм. Высоту сечения  предварительно принимаем  на 4-6 см меньше  высоты балки с учетом сортамента  прокатной толстолистовой стали за вычетом 10 мм на фрезеровку кромок.

 Возможная высота главной  балки:

h^возм_гл.бал.=h_стр- h_б.наст-t_м,

h_стр=1,65 м -строительная высота, по заданию

h_б.наст=30 см  -высота балки настила  профиль № 30,

t_м=12 мм - толщина настила

h^возм_гл.бал.=165-30-1,2=133,8 см

В соответствии с ГОСТ 19903-74* принимаю высоту стенки  h_w=125 см, толщина поясного листа t_f=2,5 см

Высота главной балки:

h=h_w+2t_f

h=125+2*2,5=130 см

h=130 см ͌ h_опт=130,6 см – условие выполняется

h=130 см >h_min=123,71 см – условие выполняется

h=130 см <h_возм=133,8см – условие выполняется

5.Опрелеляем толщину стенки из условия прочности стенки на срез:

6. Определяем размеры  поясных листов

Требуемая  площадь сечения  пояса:

_{Wpe-требуемый момент сопротивления}

_{h – выста балки}

_{tw – толщина стенки}

_{Во избежание  усадочных  напряжений при  сварки  рекомендуется  выдерживать соотношение:}

Минимальная ширина поясного листа задается  из условий общей  устойчивости балки:

 По ГОСТ 82-70* принимаю b_f=40 см

 

7.  Проверка прочности

Вычисляю  фактические  геометрические  характеристики поперечного  сечения. Момент инерции сечения:

Статический момент  площади  половины сечения:

Момент  сопротивления  сечения:

определяем наибольшие нормальные напряжения в балке

Условие соблюдается.

Определяем наибольшие касательные  напряжения в балке

Проверка на местное давление

Рисунок - К определению на местное давление

_{Ϭloc – местное напряжение смятия}

_{F – расчетная сосредоточенная нагрузка}

_{lef–условная длина распределения статической нагрузки на балке}

_{b – длина нагруженного участка пояса (ширина полки поперечной балки)}

_{tf – толщина пояса}

 

8. Проверка жесткости

Относительный прогиб балки 

где - определяем по таблице 8 приложения, .

Условие соблюдается.

 

9.  Изменения сечения балки по длине

Расстояние от опоры и  до места изменения сечения поясов балки:

, принимаю  х=2,8 м

Рисунок -  Место изменения сечения поясов  балки по длине

Расчетный момент в сечении:

Требуемый момент сопротивления  сечения балки при выполнении стыка полуавтоматической сваркой

где - расчетное сопротивление сварного соединения на растяжение и изгиб

Требуемый момент инерции  измененного сечения

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

где

Требуемая площадь поясных горизонтальных листов

Ширину поясных листов назначают не менее 180 мм и не менее 

Кроме того, должно соблюдаться  соотношение 

Согласно ГОСТ 82-70* b`_f/=28 см

Момент инерции измененного  сечения балки

Момент сопротивления  измененного сечения балки

Проверяем нормальные напряжения

Проверяем наибольшие касательные  напряжения по нейтральной оси сечения, расположенного у опоры балки

где - статический момент балки измененного сечения

;

Проверяем совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в уменьшенном сечении балки.

При (примыкание балок настила в один уровень) приведенные напряжения

где - 1,15 – коэффициент, учитывающий развитие в стенке пластических деформаций

.

.