Расчет и конструирование балочной клетки

Расчет и конструирование балочной клетки

Исходные данные

Шаг колонн в продольном направлении а=

Шаг колонн в поперечном направлении b=

Габариты площадки в плане – 3ах3b.

Способ сопряжения балок – поэтажный.

Временная нормативная равномерно-распределенная нагрузка на рабочую площадку p_n=

Сталь балок –

Сталь колонн –

Класс ответственности здания –

Сварка

 

2.2 Компоновка и выбор варианта балочной клетки

Нормальный тип балочной клетки

Определим максимально допустимое отношение пролета к толщине настила

где - величина, характеризующая допустимый прогиб, при полете настила l= м принимаем:

 

- цилиндрический модуль деформации;

ν =0, 3 – коэффициент Пуассона;

Е – модуль упругости стали, Е=20600 МПа = 20600 кН/см².

p_n= кПа – временная нормативная равномерно-распределенная нагрузка на площадку;

По таблице 1.1 принимаем толщину настила равной t_н= мм, т.к.

Определяем пролет настила

Определим количество балок настила n’=a/l_н^’=

Принимаем балок настила.

Уточняем пролет настила l_н=а/n=

Проверка: l_н=

Рис. 2.1. Нормальный тип балочной клетки

Усложненный тип балочной клетки

Принимаем толщину настила как в нормальном типе балочной клетки (l_н= мм), тогда шаг балок настила при l’_н=

Определим количество балок настила n’=b/l’_н=

Принимаем количество балок настила n=, тогда шаг балок настила l_н=b/n=

Принимаем количество второстепенных балок n_вб=, тогда шаг второстепенных балок а₁=а/n_вб=

 

Рис. 2.2. Усложненный тип балочной клетки

Расчет балок настила нормального типа балочной клетки

 

Рис. 1.3 Расчетная схема балки настила нормального типа балочной клетки

Расчётная нагрузка на балку настила: ( ),

где g_n – собственный вес настила, g_n=ρ ·t_i=

ρ =78, 5 кН/м³ – плотность стали (т. 2.2 [1]);

; - коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для нормативной временной нагрузки на площадку и стального настила (т. 1.4 [1]);

- коэффициент надёжности по классу ответственности здания;

p_n= кПа – временная нормативная равномерно-распределенная нагрузка на площадку;

l_н= м – шаг балок настила в простом типе балочной клетки.

q’=

Расчётный изгибающий момент в балке:

Определяем требуемый момент сопротивления сечения:

где =240 МПа – расчетное сопротивление стали C245 (т. 2.3 [1]) при толщине от 4 до 10 мм;

- коэффициент, учитывающий развитие пластических деформации;

γ _c=1, 1 – коэффициент условий работы (т. 2.1 [1]).

По т. 7.4 [1] принимаем двутавр № по ГОСТ 8239-89 (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 Геометрические характеристики двутавра № по ГОСТ 8239-89

h, мм	bf, мм	tf, мм	tw, мм	R, мм	A, см2	Jx, см4	Wx, см3	Sx, см3	q1, кг/м

 

Уточняем расчетную нагрузку на балку с учетом собственного веса балки:

 

Определим уточнённые М и Q:

Уточняем коэффициент с₁, учитывающий развитие пластических деформаций.

Площадь стенки

Площадь полки

, по таблице 3.6 п.1 [1] определяем с₁ =

Уточняем расчетное сопротивление стали t_f = мм

=240 МПа =24 кН/ см².

Прочность балки по нормальным напряжениям.

Прочность балки по касательным напряжениям.

где - расчётное сопротивление стали срезу,

Жесткость балки.

Найдем фактический прогиб балки и сравним его с допустимым:

= ;

Уточняем нормативную нагрузку на балку с учётом собственного веса балки

где - предельный прогиб балки, для l = 6 м, n₀=200 (т.1.5 [1]).

Условие жесткости выполняется. Проверка общей устойчивости балки не требуется, так как по всей длине балки к ее верхнему поясу приварен настил.

Расчет балок усложнённого типа балочной клетки

Расчёт балок настила

Рисунок 1.4 Расчетная схема балки настила усложненного типа балочной клетки

Сбор расчетной нагрузки на балку настила:

где l_н= м – шаг балок настила в усложнённом типе балочной клетки.

q’=

Расчетный изгибающий момент в балке:

Определяем требуемый момент сопротивления сечения:

где =240 МПа =24, 0 кН/см² – расчетное сопротивление стали С245 для фасонного проката по ГОСТ 27772-88 при толщине от 4 до 10 мм (т. 2.3 [1]);

- коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций;

γ _c=1, 1 – коэффициент условий работы (т. 2.1 [1]).

По т. 7.4 [1] принимаем двутавр № по ГОСТ 8239-89 (таблица 1.1).

 

Таблица 1.2 Геометрические характеристики двутавра № по ГОСТ 8239-89

h, мм	bf, мм	tf, мм	tw, мм	R, мм	A, см2	Jx, см4	Wx, см3	Sx, см3	q1, кг/м

 

Уточняем расчётную нагрузку на балку с учетом собственного веса балки:

Определим уточнённые М и Q:

Уточняем коэффициент с₁, учитывающий развитие пластических деформаций.

Площадь стенки

Площадь полки

, по таблице 3.6 п.1 [1] определяем с₁ =

Жесткость балки.

Уточняем нормативную нагрузку на балку с учётом собственного веса балки:

= ;

где для l = м, n₀= (т.1.5 [1]).

Условие жесткости выполняется. Проверка общей устойчивости балки настила не требуется, так как по всей длине балки к ее верхнему поясу приварен настил.

Расчёт второстепенных балок

Рисунок 1.5 Расчётная схема второстепенной балки

 

Расчётная нагрузка на второстепенную балку:

,

где = кг/м – линейная плотность балки настила;

l_н= м – шаг балок настила в усложнённом типе балочной клетки;

а₁= м – шаг второстепенных балок в усложнённом варианте балочной клетки.

Расчётный изгибающий момент в балке:

Определяем требуемый момент сопротивления сечения:

где =240 МПа =24, 0 кН/ см² – расчетное сопротивление стали С245 для фасонного проката при толщине от 2 до 20 мм (т. 2.3 [1]);

- коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций;

- коэффициент условий работы (т. 2.1 [1]).

По т. 7.4 [1] принимаем двутавр № по ГОСТ 8239-89 (таблица 1.1).

 

Таблица 1.3 Геометрические характеристики двутавра № по ГОСТ 8239-89

h, мм	bf, мм	tf, мм	tw, мм	R, мм	A, см2	Jx, см4	Wx, см3	Sx, см3	q1, кг/м

 

Уточняем расчётную нагрузку на балку с учётом собственного веса балки:

Определим уточнённые М и Q:

Уточняем коэффициент с₁, учитывающий развитие пластических деформаций.

Площадь стенки

Площадь полки

, по таблице 3.6 п.1 [1] определяем с₁ =

Расчёт крепления настила.

Рисунок. 7 – Расчётная схема настила.

 

Расчёт крепления настила ведём для нормального типа балочной клетки, как наиболее экономичного по расходу стали.

Определим растягивающее усилие Hна 1см настила.

,

где E₁=226400МПа

- коэффициент надёжности по нагрузке (т.1.4 [1]);

, при l = м по т.1.5 [1] n₀=

 

 

Для крепления настила принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокойСВ-08Г2С.

Угловой шов рассчитываем по металлу шва, так как

 

 

где и - коэффициенты глубины проплавления шва, для полуавтоматической сварки проволокойСВ-08Г2С, и (т.4.2 [1]).

R_wf=215МПа – расчётное сопротивление по металлу шва (т.4.4 [1]);

(т.4.7 [1]), где R_un = (МПа) – временное сопротивление свариваемости стали С375 (т.2.3 [1]);

- коэффициенты условий работы сварного шва;

Рисунок – Расчётная схема главной балки.

 

Рисунок 2.2 Сечение главной балки

Определяем ориентировочную высоту главной балки:

При расчете по эмпирической формуле толщина стенки составляет:

Толщина стенки из условий среза:

где - расчетное сопротивление материала стенки срезу.

=0, 58 =

Толщина стенки из условий местной устойчивости:

Принимаем стенку толщиной t_w= мм (т. 7.14[1]).

Определяем оптимальную высоту балки при t_w= мм:

где k=1, 1 – коэффициент, зависящий от соотношения конструктивных коэффициентов поясов и стенки балки, принимаемый равным 1, 10-1, 15.

Минимальная высота балки

 

где (т. 1.5[1]);

 

R_y = МПа– расчетное сопротивление стали С для листового проката при толщине св. до мм (т. 2.3[1]).

Принимаем высоту балки h= мм.

Принимаем толщину полки t_f = мм (т. 7.14[1]), тогда высота стенки:

Высота по осям поясов:

Требуемый момент инерции сечения балки:

Момент инерции стенки балки:

Момент инерции полки:

Определяем требуемую площадь полки

Определяем требуемую ширину полки

Ширина полки принимается в пределах , но не менее 180 мм.

Принимаем b_f = мм из универсальной широкополосной стали по ГОСТ 82-70^* (т. 7.14[1]).

Из условия свариваемости отношение толщины полки к толщине стенки не должно превышать 3:

Проверяем принятую ширину (свес) поясов , исходя из обеспечения их местной устойчивости:

Рисунок 2.3 Расчётная схема главной балки

Находим усилия в измененном сечении:

Расчетное сопротивление растяжению прямого стыкового сварного шва по пределу текучести с визуальным контролем качества шва:

где R_y = 240 МПа – расчётное сопротивление стали С245 для листового, широкополосного проката при толщине св. до мм (т. 2.3[1]).

Определяемый требуемый момент сопротивления измененного сечения при упругой работе:

Требуемый момент инерции балки в сечении 1–1:

Момент инерции стенки балки:

Момент инерции полки:

Площадь и ширина измененного сечения полки:

Согласно т. 7.14[1] по ГОСТ 82-70* ширину полки в измененном сечении принимаем b_1f =мм:

b_1f = мм > 0, 5· b_f=0, 5· = мм;

b_1f = мм > 0, 1·h=0, 1· = мм;

b_1f = мм > 180 мм.

Стык стенки

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 350х12 мм длиной 1500 мм. Момент, действующий на стенку:

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

a_max= h_w– 2× 75=

Коэффициент стыка a при двух вертикальных рядах m=2:

По табл. 2.12 [1] принимаем количество рядов болтов по вертикали k=6, так как a=2, 001 < 2, 04. Принимаем 10 рядов болтов по высоте балки с шагом 150 мм, 9*150=1350мм.

Проверяем стык стенки по формуле:

 

Где

 

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты

d₀=

Ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка двумя отверстиями:

Ослабление накладок можно не учитывать.

Рисунок 15 – Укрупнительный стык главной балки

 

Рисунок 16 – Узел сопряжения главной балки с балкой настила

Расчет сквозной колонны

Расчет базы колонны

Рисунок 3.3 База колонны

Принимаем фундамент из бетона класса , для которого:

- нормативное сопротивление бетона осевому сжатию (СНБ 503.01-02);

- частный коэффициент безопасности бетона;

- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

- коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки;

- коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии;

Требуемая площадь опорной плиты:

Назначаем толщину траверсы ; вылет консольной части плиты и с = =40 мм.

Ширина плиты:

Принимаем см.

Требуемая длина плиты:

Принимаем

Получаем плиту с размерами в плане

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Определяем изгибающие моменты для участков 1, 2, 3.

 

Участок 1 оперт на четыре канта:

где - коэффициент расчета на изгиб прямоугольных пластинок, опертых на четыре канта (т. 2.14[1]) в зависимости от

Участок 2 оперт на три канта:

где - в зависимости от

Участок 3 консольный:

Требуемая толщина плиты по максимальному моменту:

где - расчетное сопротивление стали С для листового, широкополосного проката по ГОСТ 27772-88 при толщине св. до мм (т. 2.3[1]);

По таблице 7.14[1] принимаем толщину листа, из стали С, равную см.

Угловой шов крепления траверсы к колонне рассчитываем по металлу шва, так как

где: и - коэффициенты глубины проплавления шва (т. 4.2[1])

180 МПа - расчетное сопротивление по металлу шва (т. 4.4[1])

- временное сопротивление свариваемости стали С (т. 2.3[1])

коэффициент условий работы сварного шва;

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, необходимых для прикрепления её к стержню колонны четырьмя вертикальными швами, и прочностью самой траверсы, работающей как балка на двух опорах. Катет шва принимаем 10 мм.

Принимаем высоту траверсы см толщину 1 см.

 

Траверса

Производим проверку траверсы на прочность ( ).

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента на одну траверсу:

Интенсивность погонной нагрузки на траверсу:

Проверка прочности траверсы на изгиб и на срез:

- на консольном участке:

;

;

<

- на среднем участке:

;

<

Рисунок 3.4 Грузовая площадь, расчетная схема и эпюра моментов

Диафрагма

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента на диафрагму:

Интенсивность погонной нагрузки на диафрагму:

Определяем прочность сварных швов, прикрепляющих диафрагму ( 47, 25см):

Катет шва принимаем 10 мм.

;

< 240 МПа

;

< 171 Мпа

 

 

Рисунок 3.4 Грузовая площадь, расчетная схема и эпюра усилий

Расчет оголовка колонны

Рисунок 3.5 Оголовок колонны

Проектируем шарнирное сопряжение балок с колонной, при котором оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

Обычно длина швов, приваривающих вертикальные рёбра к плите оголовка недостаточна для передачи усилия N, поэтому усилие N передаем через смятие торца вертикального ребра (торец фрезеровать), а швы назначают конструктивно.

Принимаем толщину плиты оголовка колонны (т. 7.14 [1]).

Определим толщину ребра оголовка из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

где =1 – коэффициент условий работы;

– длина сминаемой поверхности;

временное сопротивление свариваемости стали С255 (т. 2.3[1.

- коэффициент надежности по материалу (т. 1.6[1]);

По табл. 7.14 [1] принимаем толщину ребра оголовка мм, из стали класса С255.

Для крепления ребер оголовка к стенке колонны принимаем полуавтоматическую сварку под флюсом АН-348-А (ГОСТ 9087-81) сварочной проволокой СВ-08 (ГОСТ 2246-71).

Угловой шов крепления ребра оголовка к стенке колонны рассчитываем по металлу шва, так как

<

где: и – коэффициенты глубины проплавления шва (т. 4.2[1]);

= 180 МПа – расчетное сопротивление по металлу шва (т. 4.4[1]);

– коэффициенты условий работы сварного шва;

Высоту ребра определяем по длине вертикальных швов, приваривающих ребро к стенкам колоны. Катет шва принимаем мм.

<

Принимаем высоту ребра оголовка = см.

Проверяем ребро на срез:

<

Проверяем стенку на срез:

>

т.к. условие не выполнено, то необходимо усилить стенку, поэтому навариваем на стенку двутавра накладку.

Принимаем толщину накладку

Тогда усиленная стенка равна:

< - условие выполнено.

Содержание:

 

Реферат ……………………………………………………………………………..

Введение…………………………………………………………………………….

1 Расчет и конструирование балочной клетки ………………………………..

1.1 Исходные данные……………………………………………………………

1.2 Компоновка и выбор варианта балочной клетки….………………………

1.2.1 Нормальный тип балочной клетки…………………………………………..

1.2.2 Усложненный тип балочной клетки ………………………………………..

1.3 Расчет балок настила нормального типа балочной клетки….……………

1.4 Расчет балок усложненного типа балочной клетки…………………….....

1.4.1 Расчет балок настила………………………………………………………..

1.4.2 Расчет второстепенных балок…..………………………………………….

1.5 Выбор наиболее экономического варианта…………..………….………..

1.6 Расчет крепления настила……..……………………………………………

2 Расчет и конструирование главной балки …………………………………..

2.1 Подбор и проверка сечения главной балки…………………………………

2.2 Изменение и проверка сечения главной балки. …………………………....

2.3 Проверка местной устойчивости балки……………………………………..

2.3.1 Проверка местной устойчивости пояса балки….………………….....

2.3.2 Проверка устойчивости стенки балки..…………………………….....

2.4 Расчет соединения пояса со стенкой балки………………………………….

2.5 Расчет опорного ребра главной балки ………………………………….......

2.6 Конструирование сопряжения балки настила и главной балки……………

2.7 Расчет укрупнительного стыка главной балки……………………………….

3 Расчет и конструирование колонны ……………………………………….....

3.1 Определение расчетной длины колонны……………………………………..

3.2 Расчет сквозной колонны………………………………………………….....

3.2.1 Подбор и проверка сечения стержня колонны…..……………………..….

3.2.2 Расчет базы колонны..…………………………………………………….....

3.2.3 Расчет оголовка колонны……………………………………………………

4 Расчет и конструирование стропильной фермы ……………………………

4.1 Сбор нагрузок на ферму ……………………………………………………..

4.2 Статический расчет фермы ……………………………………………….....

4.3Подбор сечений стержней фермы….…………..……………………………

4.3.1 Подбор сечения центрально растянутого стержня…………….….....

4.3.2 Подбор сечения центрально сжатого стержня..…………….……......

4.4Расчет и конструирование сварных швов фермы…………………………..

4.5Расчет и конструирование узлов фермы…………...…..……………………

Заключение………………………………………………………………………….

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

 

4 Расчет и конструирование стропильной фермы

Пролет фермы l₁= м, шаг ферм l₂= м Высота фермы по обушкам уголков h₀= м. Высота фермы в осях предварительно принята h_ф0=2.1-0.5=2.05 м. Материал фермы - сталь С. Пояса и решетка приняты таврового сечения из парных уголков.

4.1 Сбор нагрузок на ферму

Нагрузку на 1 м² кровли определяем по таблица 1.

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка , кПа	Коэффициент надёжности по нагрузке .	Расчётная нагрузка , кПа
	Постоянная
1.	Гидроизоляция: мастичный гидроизоляционный ковер из трех слоев модифицированного полимерами битума и двух слоев стеклоткани	0.1	1.3	0.13
2.	Выравнивающиеся и противопожарные слои: Выравнивающий цементно-песчаный раствор марки 50 по жёсткому утеплителю.	0.22	1.3	0.286
3.	Газосиликатные плиты	1, 6	1, 1	1, 76
4.	Пароизоляция из фольгоизола	0.05	1.2	0.06
5.	Стальной профилированный настил Н57-750-0, 7 по ГОСТ 24045 кН/м	0.083	1.05	0.0872
6.	Стальные прогоны из прокатных или холодногнутых швеллеров при пролёте 6м	0, 05	1, 01	0, 0505
7.	Стропильные фермы со связями L=18-36м	0, 2	1, 05	0, 21
	Итого:	2, 303	–	2, 5835
	Временная
	снег	1, 2	1, 5	1, 8
	Итого:	3, 503	–	4, 3835

где - коэффициент надёжности по нагрузке, для снеговой нагрузки на покрытие принимаем в зависимости от отношения нормативного веса покрытия к нормативному весу снегового покрова . т.к.

4.2 Статический расчет фермы

Расчетные усилия в стержнях получены при статическом расчёте рамы по ПК Лира 9.4.

123456Следующая ⇒

Поделиться: