Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Оглавление:

 

Задание на проектирование

Данный курсовой проект, включает в себя подбор балочной клетки не ясно вес сравнения 2-х вариантов (типов) балочных клеток, подбор и расчет размеров и толщины настила, подбор сечения балок настила двутаврового сечения, расчет и проверка на устойчивость ребер жесткости, расчет сварных швов и болтового соединения главной балки в середине пролета, изменение сечения главной балки по длине, расчет опорного ребра балки на смятие, подбор сечения колонн, путем сравнения 4-х видов составного сечения сплошных колонн и расчет базы колонны.

Исходные данные на проектирование

Размеры:

L=9.6м.

B=7.2м.

Полезная нагрузка:

q = 6.0кН/м2

Представленный прогиб настила:

n0=1/310

Предельный прогиб балок:

n0=1/390

Проектирование производим путем сравнения 2-х вариантов (типов балочных клеток), нормального и усложненного:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение размера и расчет крепления несущего настила.

Материал – сталь Вст3кп2.

 

Настил привариваем к балкам электродами типа Э42, имеющем

  .

Определяем размер Настила по формуле:

При t=8 мм (т.к. q=6 кН/м2)

 

 

Найдем толщину углового шва, прикрепляющего настил к балкам, полуавтоматической сваркой в лодочку:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем из конструктивных решений kш=4 мм.

Проектирование балочной площадки и сравнение вариантов компоновки.

Размеры балочной площадки 28,8 х 21,6 м с металлическим настилом и размерами ячейки 9 х 7,6 м (главные балки в данном примере не рассматриваем).

Материал сталь-ВСT3кп2ГОСТ 380-71*, имеющая R=225МПа = 22,5 кН/см2.

Проектирование ведем на основе рассмотрения двух вариантов компоновки балочной площадки:

первый - нормальный тип, второй - усложненный тип балочной клетки

  Вариант №1

 

 

Вес настила

Нормативная нагрузка на балку настила

Расчетная нагрузка на балку настила

Расчетный изгибающий момент (длина балки настила l=7.2 м)

Требуемый момент сопротивления балки определяем по формуле, с учетом коэффициента с=с1=1,1

Принимаем двут. №20, , и проверим его по прогибам:

Расчет ведем по 2-му предельному состоянию. Принимаем по сортаменту двут. №27, , , ,

Общую устойчивость балок настила проверять не надо, так как их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении приваренным к ним настилом.

Определяем расход стали на 1 м2

Вариант №2

 

 

 

Пролет балки настила

l=9.6/3=3.2 м

Нормативная нагрузка на

балку настила:

Расчетная нагрузка на балку настила

Расчетная нагрузка на балку настила

Расчетный изгибающий момент (длина балки настила l=7.2 м)

Требуемый момент сопротивления балки

Принимаем дв. №10, , и проверим его по прогибам:

Расчет ведем по 2-му предельному состоянию.

Принимаем дв. №12, , , ,

Длина вспомогательных балок дли вспомогательных балок l=7.2 м.

Определяем расчетную и нормативную нагрузку на вспомогательную балку

Расчетный изгибающий момент

Требуемый момент сопротивления балки

Принимаем дв. №36, ,

Принимаем двут. №45, , , ,

Проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета, в месте максимальных нормальных напряжений. Их сжатый пояс закреплен от поперечных смещений балками настила, которые вместе с приваренным к ним настилом образуют жесткий диск. Здесь за расчетный пролет принимаем расстояние между балками настила а=80 см.

Исходя из условий применения формулы устойчивости балок

;

В сечении l/2, при τ=0 и с1=с получаем:

 Поскольку 7,134>5, принятое сечение удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости и прогиба.

Определяем суммарный расход материала

 

Подбираем тип балочной клетки по расходу стали:

Нормальный тип б. к.: g=102.18 кг/м2

Усложненный тип б. к.: g=98 кг/м2

Т.к. расход менее 5% с учетом технологичности (простоты монтажа, скорости возведения) применяем нормальный тип балочной клетки, и в дальнейшем расчет будем вести по нормальному типу б. к.

 

Подбор сечения сварной главной балки.

Материал: сталь Вст3гпс2-1, толщина t≤20 мм, R=230 мПа =13,5 кН/см2,

 Rср=135 мПа =13,5 кН/см2.

Вес настила и балок настила: g=1.0218 кН/см2.

Собственный вес балки принимаем ориентировочно 2% от нагрузки на нее. Максимальная строительная высота перекрытия 160 см.

Нормативная нагрузка на балку настила:

Расчетная нагрузка на балку настила:

Расчетный изгибающий момент в середине балки

Поперечная сила на опоре

Определим требуемый момент сопротивления

Определим оптимальную высоту предварительно приняв tст=6 мм

Определяем минимальную высоту по формуле

Строительную высоту

Принимаем h=82 см, tст=0,6 см

Проверяем принятую толщину

Из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре:

Что бы не применять продольных ребер жесткости:

Сравнивая полученную расчетным путем толщину принимаем tст=6 мм, удовлетворяющую условиям прочности на действие касательных напряжений и укрепления продольными ребрами не нужно.

Вертикальный пояс (стенку балки) принимаем из универсальной полосовой стали (ГОСТ 82-70), размерами 800 х 6 мм.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки.

Для этого определяем требуемый момент инерции балки:

Момент инерции стенки балки:

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

Определяем площадь сечения пояса

Принимаем пояса из универсальной полосовой стали (ГОСТ 82-70) ,размерами , для которой  , что находится в пределах рекомендуемых.

Уточняем коэффициент учёта пластической работы

  

 (по СНиП)

Проверяем принятую ширину (свес) поясов по формуле, исходя из местной устойчивости

 

, но не более 

Проверяем несущую способность балки исходя из устойчивости деформаций балки в месте действия максимального момента, где Q=0 и J=0

,

где

Подобранное сечение балки проверяем на прочность. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки:

Наибольшие нормальные напряжения в балке определяются формулой:

Подобранное сечение удовлетворяет условию прочности и не имеет недонапряжения более 5%.

Проверку по прогибам делать не нужно так как принятая высота балки больше минимальной и регламентируемый прогиб будет обеспечен.

 

 

 

 
Изменение сечения балки по длине.

Место изменения сечения балки принимаем на расстоянии l/6 от пролета, от опоры. Сечение уменьшаем изменением ширины поясов

Разные сечения поясов соединяем сварным швом встык, электродами Э42, без применения физических методов контроля, т.е. для растянутого пояса Rсв=0,85R.

Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:

x=l/6=9.6/6=1.6 м

Подбор измененного сечения ведем по упругой стадии работы материала по формуле:

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

Определим требуемый момент инерции поясов:

;

Требуемая площадь сечения поясов

Принимаем bп1=200 мм, tп1=10 мм, Aп1=20 cм2, bп1>180 мм, , bп1>h/10=82 мм.

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения

 

 

Проверка прочности, общей устойчивости и прогиба сварной балки.

1. проверка прочности балки.

Проверяем максимальное нормальное напряжение в поясах в середине балки по формуле:

Проверяем максимальное касательное напряжение в стенке балки на опоре по формуле:

Проверяем местные напряжения в стенке под балками настила по формуле:

tст=0,6 см

Ввиду наличия местных касательных, действующих на стенку балки, надо проверять совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений на уровне поясного шва, под балкой настила, по уменьшенному сечению вблизи мест изменения сечения пояса. Т.к. под балкой ребра жесткости нет, то приведенные напряжения под балкой настила в этом сечении определяем по формуле:

2. проверка общей устойчивости балки.

;   

;     

;   

3. проверка прогиба не нужна, так как h>hmin=81.4

 

Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки главной балки.

1. Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте максимальных нормальных напряжений , в середине балки, где возможны пластические деформации. Проверку ведем по формуле:

, но не более 

Проверка показала, что местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.

2. Проверка устойчивости стенки.

Определяем необходимость постановки ребер жесткости по формуле:

- постановка вертикальных ребер  жесткости необходима.

Кроме того, в зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила, т.к. местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы.

Определим длину зоны использования пластических деформаций в стыке по формуле:

Проверка отсека «а».

Определяем среднее значение М и Q в сечении 2-2 на расстоянии х=120 см (под балкой настила)

Определение действующих напряжений:

Определение критических напряжений:

;      ;      

Предельное значение при и . Так как расчетное значение , рассчитываем просто по формуле:

, при 

, при  и

Подставляем значения в формулу:

 Проверка отсека «б».

Определяем среднее значение М и Q в сечении 3-3 на расстоянии х=280 см (под балкой настила)

Определение действующих напряжений:

Определение критических напряжений:

;      ;      

Предельное значение при и . Так как расчетное значение , рассчитываем просто по формуле:

, при 

, при  и

Подставляем значения в формулу: