Рабочая площадка

Министерство образования  РФ

 Иркутский государственный  технический университет

Кафедра строительных конструкций

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовой работе по металлическим  конструкциям на тему

РАБОЧАЯ ПЛОЩАДКА

Выполнил студент _Припутнев А.Г._______________________

(Ф.И.О.)

Группы ГСХ   _____Собз-11-4________________________

Руководитель проекта _Николаенко Е.А.____________________

(Ф.И.О.)

Принял _________________________________

(подпись)    (Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

г. Иркутск, ____ г. 

 

Рассчитать и запроектировать  балочную клетку и колонну рабочей  площадки промышленного здания по следующим  данным:

1. Размеры площадки в плане    3ℓх3b;
2. Шаг колонн: 

в продольном направлении    11 м,

в поперечном направлении    4 м;

3. Отметки:

верха настила площадки     по расчёту

верха габарита помещения, расположенного

под рабочей площадкой     +6,6 м,

чистого пола 1 этажа     

4. Нормативная полезная нагрузка:

величина       24,5 кН/м²,

характер действия нагрузки – статическая;

5. Расчётная температура     - 60°С;
6. Тип сечения элементов:

Колонны – сквозные;

балки настила – прокатные;

вспомогательные балки – прокатные;

главные балки – составные сварные  с изменением сечения по длине.

7. Материалы конструкций:

настила – железобетон,

несущих конструкций и связей –  сталь (принять согласно таблице  В5 СП 16.13330-2011).

8. Условия изготовления металлических конструкций:

        На ЗМК общего профиля.

9. Способы соединения металлических конструкций:

Заводские – сварка; монтажные – сварка, болты.

10. Монтажный стык главной балки запроектировать в середине пролёта, разработать два варианта стыка – сварной и на высокопрочных болтах.
11. Класс бетона фундаментов по прочности В12,5.
12. Отметка верха фундамента -                        - 0,400.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет прокатной балки настила

Подбираем сечение прокатной двутавровой балки (балки настила) в составе балочной клетки нормального типа с железобетонным настилом под полезную временную нагрузку p_n = 24,5 кН/м² (рис. 1). Пролет балок   l = В = 4 м, шаг a₁, равный пролету настила l_н = 2,2 м. Расчетная температура воздуха t = –60ºС.

Для изгибаемых элементов (балок), относящихся  ко второй группе, а при отсутствии сварных соединений (балки прокатные) – к третьей группе, возводимых в климатическом районе строительства I₁ (расчетная температура –50ºС > t ≥ –65ºС) по табл. В.1[1] выбираем сталь класса С345 с расчетным сопротивление по пределу текучести для фасонного проката толщиной до 20 мм R_y = 320 МПа = 32 кН/см² (см. табл. В.5)[1], R_s = 0,58 R_y = 0,58·320 = 185,6 МПа.

Нагрузка на балку настила собирается с соответствующей грузовой площади (рис. 1).

Рис. 1. Схема балочной клетки

Балки настила проектируем из прокатных двутавров по ГОСТ 8239-89 (сортамент).

Расчетная схема балки представлена на рис. 2.

 

Определение нормативной  и расчетной нагрузок. Нормативная нагрузка на балку при опирании на нее сплошного железобетонного настила, толщиной 12 см, принимается равномерно распределенной:

Расчетная нагрузка

 

где g_¦g = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки от железобетонного настила.

Определение усилий и компоновка сечения.

Принимаем неразрезную двутавровую балку длиной 12 м.

Рис. 2. Расчётная схема балки настила

 

Расчёт на прочность неразрезной  балки постоянного двутаврового сечения с двумя осями симметрии, изгибаемой в плоскости наибольшей жёсткости, выполняем согласно п. 8.2.5[1] как сечения 2-го класса с учётом частичного перераспределения опорных и пролётных моментов.

По формуле (50)[1] условие прочности

М_х/(с_хβW_xn,minR_уγ_с) ≤ 1     (50)[1],

где с_х – коэффициент, принимаемый согласно табл. Е.[1];

       β – коэффициент,  принимаемый равным:

  при  τ_х ≤ 0,5R_s  β = 1;

  при  0,5R_s< τ_х ≤ 0,9 R_s

β = 1 –[ 0,2/(α_f + 0,25)]·( τ_х/ R_s)⁴, (52)[1]

где  α_f = A_f/A_w – отношение площади сечения пояса к площади сечения стенки.

Расчетный изгибающий момент

М_х = 0,5(М_max + M_ef),

где М_max – наибольший изгибающий момент в пролёте или на опоре, определяемый из расчёта неразрезной балки в предположении упругой работы стали;

      M_ef – условный изгибающий момент, равный:

 в неразрезных балках с  шарнирно опёртыми концами большему  из значений:

M_ef = max{M₁/(1 + а/ℓ)}

M_ef = 0,5М₂,

где М₁ – изгибающий момент в крайнем пролёте, вычисленный как в свободно опёртой однопролётной балке;

 а – расстояние от сечения,  в которой действует момент  М₁, до крайней опоры;

 ℓ - длина крайнего пролёта;

 М₂ – максимальный изгибающий момент в промежуточном пролёте, вычисленный как в шарнирно опёртой однопролётной балке.

М₁ = М₂ = 143,88 кН·м.

M_ef = 143,88/(1 + 1,7/4) = 100,97 кН·м.

M_ef = 0,5М₂ = 0,5·143,88 = 71,94 кН·м.

Принимаем  M_ef = 100,97 кН·м.

М_max определяем по таблице главы 2.2.2 [2]: М_max = - 0,117·71,94·4² = 134,67 кН·м.

 М_х = 0,5(М_max + M_ef) = 0,5·(134,67 + 100,97) = 117,82 кН·м.

Q_max = -0,617·71,94·4 = 177,55 кН.

 

Предварительно определяем требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки, в предположении упругой работы стали:

По сортаменту (ГОСТ 8239-89) выбираем ближайший номер двутавра, у которого W_x > W_n,min. Принимаем I30, имеющий момент сопротивления W_x = 472 см³; статический момент полусечения S_x = 268 см³; момент инерции сечения I_x = 7080 см⁴; площадь сечения А = 46,5 см²; ширину пояса b_f = 135 мм; толщину пояса t_¦ = 10,2 мм; толщину стенки t_w = 6,5 мм; линейную плотность (массу 1 м пог.) 36,5 кг/м.

Касательное напряжение τ_х = Q_x/A_w,

где A_w – площадь сечения стенки, A_w = 18,96 см².

τ_х = 177,55/18,96·10^-4 = 93,64 МПа,

0,5·185,6< τ_х ≤ 0,9· 185,6 → 92,8 < 93,64 < 167,04, следовательно

β = 1 –[ 0,2/(α_f + 0,25)]·( τ_х/ R_s)⁴ = 1 – [0,2/(0,76 + 0,25)]·(93,64/185,6)⁴ = 0,987.

По таблице Е.1[1] c_x = 1,07;

 

М_х/(с_хβW_xn,minR_уγ_с) = 117,82·10²/(1,07·0,987·472·32·1) = 0,739< 1,

Условие прочности соблюдается  с большим запасом.

Примем I27а :

W_x = 407 см³;

S_x = 229 см³;

I_x = 5500 см⁴;

А = 43,2 см²;

b_f = 135 мм;

t_¦ = 10,2 мм;

t_w = 6,0 мм;

масса 1 м пог.= 33,9 кг/м.

Касательное напряжение τ_х = Q_x/A_w,

где A_w – площадь сечения стенки, A_w = 14,976 см².

τ_х = 177,55/14,976·10^-4 = 118,56 МПа,

0,5·185,6< τ_х ≤ 0,9· 185,6 → 92,8 < 118,56 < 167,04, следовательно

β = 1 –[ 0,2/(α_f + 0,25)]·( τ_х/ R_s)⁴ = 1 – [0,2/(0,919 + 0,25)]·(118,56/185,6)⁴ = 0,97.

По таблице Е.1[1] c_x = 1,095;

 

М_х/(с_хβW_xn,minR_уγ_с) = 117,82·10²/(1,095·0,97·407·32·1) = 0,852< 1,

Условие прочности соблюдается  с небольшим запасом.

Примем I27 :

W_x = 371 см³;

S_x = 210 см³;

I_x = 5010 см⁴;

А = 40,2 см²;

b_f = 125 мм;

t_¦ = 9,8 мм;

t_w = 6,0 мм;

масса 1 м пог.= 31,5 кг/м.

Касательное напряжение τ_х = Q_x/A_w,

где A_w – площадь сечения стенки, A_w = 15,02 см².

τ_х = 177,55/15,02·10^-4 = 118,21 МПа,

0,5·185,6< τ_х ≤ 0,9· 185,6 → 92,8 < 118,21 < 167,04, следовательно

β = 1 –[ 0,2/(α_f + 0,25)]·( τ_х/ R_s)⁴ = 1 – [0,2/(0,816 + 0,25)]·(118,21/185,6)⁴ = 0,969.

По таблице Е.1[1] c_x = 1,073;

 

М_х/(с_хβW_xn,minR_уγ_с) = 117,82·10²/(1,073·0,969·371·32·1) = 0,954< 1.

Условие прочности соблюдается.

 

 

Уточнение расчетных усилий М и Q c учетом собственного веса балки настила.

Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила  длиной 1 м .

Нормативная нагрузка

Расчетная нагрузка

Q_max = -0,617·72,27·4 = 178,36 кН.

τ_х = 178,36/15,02·10^-4 = 118,75 МПа,

0,5·185,6< τ_х ≤ 0,9· 185,6 → 92,8 < 118,75 < 167,04, следовательно

β = 1 –[ 0,2/(α_f + 0,25)]·( τ_х/ R_s)⁴ = 1 – [0,2/(0,816 + 0,25)]·(118,75/185,6)⁴ = 0,9686.

По таблице Е.1[1] c_x = 1,073;

 

М_х/(с_хβW_xn,minR_уγ_с) = 117,82·10²/(1,073·0,9686·371·32·1) = 0,955< 1.

Условие прочности соблюдается.

 

 

Недонапряжение (резерв несущей способности) составило

 

·100% = 4% < 5%, что допустимо.

 

Проверка прочности балки по касательным напряжениям у опоры:

Общую устойчивость балок настила  проверять не надо, поскольку передача нагрузки на балку происходит через сплошной жёсткий железобетонный настил ( п. 8.4.4)[1]. Проверка местной устойчивости поясов и стенки прокатных балок не требуется, так как она обеспечивается большой их толщиной, обусловленной технологическими условиями проката.

Проверка жесткости. Прогибы, определяемые от нормативных нагрузок, не должны превышать их предельных значений, установленных нормами проектирования. Для трёхпролётной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка прогиба производится по формуле

 

где   при пролете l = 4 м (см. табл. 2 приложения 1[3]).

Принятое сечение удовлетворяет  условиям прочности и жесткости.

Определяем вес балки настила  на 1 м² рабочей площадки, необходимый для дальнейших расчетов, деля линейную плотность балки на шаг балок настила а₁ = 2,2 м:

g_n,бн = 31,5/2,2 = 14,32кг/м² = 0,143 кН/м².

 

 

 

 

2.Расчет и конструирование составной сварной главной балки

 

Применяют сечение главной  балки двутавровое симметричное, сваренное из трех металлопрокатных листов, так как прокатные балки  из-за ограниченности размеров профиля  не могут удовлетворить требованиям по несущей способности и жесткости (большой пролет и значительные нагрузки на балку).

 Подбираем сечение составной сварной главной балки пролетом l = 11 м. Шаг балок b в составе балочной клетки нормального типа равен шагу колонн B = 4 м (рис. 3). Шаг балок настила 2,2 м, вес балок настила из I27 g_n,бн = 0,143 кН/м². Настил железобетонный толщиной 12 см, весом 3,0 кН/м² под полезную нагрузку p_n = 24,5 кН/м². Коэффициент        надежности по нагрузке для железобетонного настила γ_fgb = 1,1. Сталь для климатического района строительства I₁ C345 c расчетным сопротивлением R_y = 32 кН/см² для листового и фасонного проката толщиной до 20 мм включительно и R_y = 30 кН/см² для проката толщиной свыше 20 мм(табл. В.5)[1].

2.1. Определение усилий

При частом расположении балок  настила (а₁ = 2,2 м) = (l/5 = 11/5 = 2,2 м) сосредоточенную нагрузку, передаваемую на главную балку от балок настила, заменяем равномерно распределенной нагрузкой, собираемой с соответствующей грузовой площади (см. рис. 1).

Расчетная схема главной балки представлена на рис. 4.

Нормативная нагрузка

q_n = b(p_n + g_n,н + g_n,бн) = 4(24,5 + 3,0 + 0,143) = 110,57 кН/м.

Рис. 3. Балочная клетка с железобетонным настилом

Рис. 4. Расчетная схема главной балки

Расчетная нагрузка

Расчетный изгибающий момент в середине пролета

Нормативный изгибающий момент

_{Mn,max = αqnl²/8 = 1,04 · 110,57 · 11² / 8 = 1739,27 кН∙м.}