Балочное перекрытие рабочей площадки. Курсовой проект. Пояснительная записка

На основании исходных данных в курсовом проекте запроектирована балочная клетка, состоящая из элементов настила (285), балок настила (285), главных балок (285) и металлических колонн (285), передающих нагрузку на фундамент (В 15).

В результате расчета ячейки переменного типа на ЭВМ, на основании графика сравнения вариантов выбран наиболее выгодный по экономичности и трудоемкости вариант с сеткой колонн 11´4,5 м и шагом балок настила 1,1 м, толщиной настила 12 мм. Опираясь на нормальный тип балочного перекрытия, запроектированы усложненная компоновка балочной клетки, и сравнение этих двух типов по расходу стали и количеству элементов. Нормальный тип балочного перекрытия оказался наиболее выгодным вариантом.

Произведен расчет и конструирование главной балки. В результате, которого было принято:

1. Поэтажное сопряжение главных балок и балок настила.

2. Высота главных балок 874 мм.

3. Балка составного сечения, толщина полки 18 мм, толщина стенки 8 мм.

4. Крепление балок настила к главной балке осуществляется с помощью монтажной сварки и болтов.

5. Крепление настила к балкам настила осуществляется с помощью монтажной сварки.

6. Рассчитано болтовое соединение стенки и полок главной балки. Доп. Вариант сварного соединения. Рассчитаны величины минимальных катетов швов.

В качестве стрежня колонны подобран колонный двутавр №30К1. Рассчитан оголовок и база колонны. (шарнирная база).

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вологодский Государственный Технический Университет

Курсовой проект на тему:

«БАЛОЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ».

Схема расположения колонн и балок

В пояснительной записке приведены все возможные схемы раскладки главных балок настила в одной из ячеек балочного перекрытия с учетом существующих унифицированных размеров.

а) нормального типа, состоящей из главных балок и балок настила.

б) уложненного типа, состоящей из главных балок, балок настила и вспомогательных балок, шаг балок настила «а» назначается в пределах а= =(0,4¸1,6) м, вспомогательных балок а1 = (2¸5) м. Шаг поперечных балок должен целое число раз укладываться по длине главной балки ( n = L/a или n = L/a1, где n – целое число). Балка настила (вспомогательная балка) не должна попадать на середину пролета главной балки, где она затруднила бы устройство монтажного стыка. При «n» четном, балки настила (вспомогательные балки) смещают с разбивочных осей на расстояние а/2 (или а1/2). При «n» нечетном смещения балок не производится.

а) Строим варианты нормальной компоновки балочной клетки

б) Строим варианты усложненной компоновки балочной клетки

Для расчета выбираем последнюю схему исходя из экономии материала и трудоемкости монтажа.

Настил рассчитывается по безмоментной теории как длинная прямоугольная пластинка, испытывающая под действием равномерно распределенной нагрузки изгиб по цилиндрической поверхности.

Работа настила под нагрузкой «Р».

Требуемая толщина настила tH определяется по формуле:

где lH – пролет настила, lH = а – (20¸30) мм; lH = 0,9 – 0,02 = 0,88 м

no – отношение величины пролета настила к его предельному прогибу f;

Е1 = Е/(1 – ν 2 ) – цилиндрическая жесткость настила, здесь

Е – модуль упругости материала (для стали Е = 2,06´10 5 МПа),

ν – коэффициент Пуассона (для стали ν = 0,3);

Е1 = 2,06´10 5 /(1 – 0,3 2 ) = 2,26´10 5 МПа

P н – нормативное значение эксплуатационной нагрузки (принимается по заданию на курсовое проектирование).

Принимаем tH = 12 мм, согласно сортаменту.

Балки настила и вспомогательные балки проектируются, как правило, из прокатных двутавров. По статической схеме балки рассматриваются как статически определимые однопролетные балки на двух опорах, загруженные равномерно распределенной нагрузкой.

1) Определение расчетной схемы.

Рис. 5. Расчетная схема балок настила

2) Нормативные и расчетные значения погонных ( в Н/м) нагрузок на балки определяют как произведение нагрузки, распределенной по площадкам (в Н/м 2 ) на ширину грузовой площади по формулам:

— для балок настила:

q н * = 1,01·(0,942+20)=21,15 кН/м 2

q н =q н *·а=21,15·0,9=19,04 кН/м

где γст – удельный вес стали, γст = 78500 Н/м 3 ;

1,01 – коэффициент, учитывающий собственный вес рассчитываемой балки (1% от нагрузки);

γfg=1.05 – коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса стальных конструкций;

γfp – то же для временной нагрузки (принимается по заданию на проектирование);

q = 1,01·(0,942·1,05 + 28)·0,9 = 26,35 кН/м

3) Расчетные усилия: максимальный изгибающий момент (в середине балки) и максимальная поперечная сила (на опорах) определяют по формулам:

где l – пролет балок настила

3)Требуемый момент сопротивления сечения определяется по формуле:

где сх – коэффициент, учитывающий пластическую работу сечения и принимаемый по таблице 66 [1] в зависимости от отношения площадки полки сечения Af к площади стенки Аw; при предварительном подборе сечения значение с1 принять равным 1,1;

RY – расчетное значение сопротивления стали растяжению, сжатию и изгибу, принимаемое по таблице 51 [1] для фасонного проката в зависимости от толщины и класса стали;

γс=1,0 – коэффициент условий работы конструкции.

5) По сортаменту подбираем двутавр с WX ≥ WX тр. ГОСТ 8239-89, двутавр стальной горячекатанный №14

g н бн = 13,7 кг/м=0,137 кН/м , IX = 572 см 4 , h = 140 мм , A = 17,4 см 2

Af = 7,5·73 = 5,48 см 2

Aw = 17,4 — 2·5,48 = 6,45 см 2

Вычисляем Af / Aw = 5,48/6,45 = 0,849

По таблице 66 [1] уточняем значение сх = 1,085

q н = (γст·tн + p н )·a + g н бн = (78,5·0,012 + 20)·0,9 + 0,137 = 18,98 кН/м

8) Проверка принятого сечения по первой группе предельных состояний

265 МПа ≤ 270 МПа => проверка выполняется

Проверка по второй группе предельных состояний

f/l = ≤ [f/l], где [f/l] = 1/250

f/l = = 0,0044 > 0,004 => проверка не выполняется

IXтр = = 623,7·10 -8 м 4 = 623,7 см 4

По сортаменту подбираем двутавр с IX ≥ IX тр. ГОСТ 26020-83, двутавр стальной горячекатанный с параллельными гранями полок № 16Б1.

g н бн = 12,7 кг/м=0,127 кН/м , IX = 689 см 4 , h = 157 мм , A = 16,18 см 2

1) Второстепенные балки проектируются как и балки настила из проката двутавров. По статической схеме балки рассматриваются как статически определимые однопролетные балки на двух опорах, загруженные равномерно распределенной нагрузкой.

Нормативные и расчетные значения погонных ( в Н/м) нагрузок на балки определяют как произведение нагрузки, распределенной по площадкам (в Н/м 2 ) на ширину грузовой площади по формулам:

где γст – удельный вес стали, γст = 78500 Н/м 3 ;

1,01 – коэффициент, учитывающий собственный вес рассчитываемой балки (1% от нагрузки);

γfg – коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса стальных конструкций, 1,05;

γfq – то же для временной нагрузки (принимаемой по заданию на проектирование);

g н бн – нормативное значение собственного веса балок настила (принимается по сортаменту)

q н * = 1,01·[(0,942·0,012+20+0,127/0,7) = 28,44 кН/м 2

q = 1,01·[(0,942·0,012·1,05+28)·2,75 + 0,127·10 3 ·2,75·1,05/0,9] = 78,21 кН/м

3) Расчетные усилия: максимальный изгибающий момент (в середине балки) и максимальная поперечная сила (на опорах) определяют по формулам:

где l – пролет вспомогательных балок

4) Требуемый момент сопротивления сечения определяется по формуле:

где с1 – коэффициент, учитывающий пластическую работу сечения и принимаемый по таблице 66 [1] в зависимости от отношения площадки полки сечения Af к площади стенки Аw; при предварительном подборе сечения значение с1 принять равным 1,1;

RY – расчетное значение сопротивления стали растяжению, сжатию и изгибу, принимаемое по таблице 51 [1] для фасонного проката в зависимости от толщины и класса стали;

γс – коэффициент условий работы конструкции, принимаемый для балок равным 1,0

5) По сортаменту подбираем двутавр с WX ≥ WX тр. ГОСТ 26020-83, двутавр стальной горячекатанный с параллельными гранями полок № 35Б2.

WX = 662,2 см 3 , bf = 155 мм, tw = 6,5 мм, tf = 10 мм

g н вб = 43,3 кг/м = 0,433 кН/м, IX = 11550 см 4 , h = 349 мм , А = 55,17 см 2

Af = 10·155 = 1550 мм 2 = 15,5 см 2

Aw = 55,17 – 2·15,5 = 24,17 см 2

Вычисляем Af / Aw = 15,5/24,17 = 0,641

По таблице 66 уточняем значение сх = 1,106

6) Уточняем значение:

q н * = 0,942·0,012 + 20 + 0,127/0,9 + 0,433/2,75 = 20,3 кН/м 2

q н = q н *·а1 = 20,3·2,75 = 55,83 кН/м

q = (0,942·0,012·1,05 + 28 + 0,127·1,05/0,9 + 0,433·1,05/2,75)·2,75 =

7) ММАХ = = = 197,16 кН·м

8) Проверка принятого сечения по первой группе предельных состояний:

σ = = 255.74 МПа ≤ 270 МПа => проверка выполняется

Проверка по второй группе предельных состояний

f/l = ≤ [f/l], где [f/l] = 1/250

f/l = = 0.0028 < 0,004 => проверка выполняется

Настил: γст·tн = 7850·0,012 = 94.2 кг/м 2

БН: g н бн/а = 12,7/0,9 = 14,11 кг/м 2

ВБ: g н вб/а1 = 43,3/2,75 = 15,75 кг/м 2

Итого: 124,06 кг/м 2

Для каждого варианта балочной клетки определяем расход стали на 1м 2 площади. При окончательном выборе схемы балочной клетки учитываем также трудоемкость монтажа, зависящюю от количества монтажных элементов и сложности узлов сопряжения балок настила, вспомогательных, главных балок. Сравнение вариантов сводим в таблицу 1.