Балочная конструкция рабочей площадки

 Министерство  образования и науки Российской Федерации

 ГОУ ВПО

 ******** 
 
 
 
 

 Кафедра: ”***” 
 
 
 
 
 

 Пояснительная записка 

 к курсовому  проекту “Балочная конструкция рабочей площадки” 

 по  дисциплине «Конструкции гражданских  и промышленных зданий»  
 
 
 
 
 
 
 

                                                                Выполнил:

                                                                студент гр. ***. 

                                                                Принял:

                                                               преподаватель ***. 

                                                           
 
 
 
 
 

 *** 
 

 Содержание

                                                                                                                    стр.     

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Введение

 Курсовой  проект разработан в соответствии с  заданием и включает балок, расчёт и конструирование стержня, оголовка, базы колонны и расчёт необходимых узлов и швов. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Записка выполнена на 25 страницах. Графическая часть разработана на 1 листе формата А1.  

 1.  Расчёт настила  и балок настила 
 

   Вариант (Нормальный тип балочной клетки): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

рис. 1. Конструктивная и расчётная схемы нормального варианта балочной клетки 
 

Принимаем материал настила (по заданию) – сталь С235 по ГОСТ 27772-88 с расчётным сопротивлением:

 

[Прил. 1]

- коэффициент условий работы (табл.П2.1)

   Условия прочности:

 

f f_u (пригодность к нормальной эксплуатации)

l = a = 16:16=1 м – расчетный пролет настила

если  l = 1  

f_u – относительно предельный прогиб 

По короткой стороне листа настила вырезаем полосу шириной 1 см.

Временная равномерно распределенная нагрузка Р = 23 кПа = 0,0023 кН/см², линейная распределенная нагрузка на полосу  
 
 
 
 
 
 
 

рис. 2. Рсчетная схема

 

R_y

 - площадь поперечного сечения расчетной полосы

 - момент сопротивления полосы

  - допустимый прогиб элемента

  Е₁ – цилиндрический модуль упругости

- временная нагрузка

t_n ≥ l_n / 0,27 n₀ (1+72Е ₁ / n₀⁴ P_n)

 

;                        Е = 2,06 - модуль упругости стали

Ʋ = 0,3 – коэффициент Пуассона 

 
 

Р_n  - временная нагрузка на настил 

Р_n = 23 кПа = 0,0023 кН/см²

=  

l_n = a =1 м = 1000 мм

Принимаем толщину настила  по ГОСТ 82-70 [Табл. П10.6] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

  Расчёт балки настила 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

рис. 3. Конструктивная и расчётная схемы настила 

Линейная  расчетная и нормативная нагрузка на ребро (на балку настила):

_n1 = P =23 кПа – временная нагрузка

q_n2 = t_n - нагрузка от собственного веса настила

= 78,5 кН/м³

q_n2 = t_n = 0,008 78,5 = 0,628 кН/м² 

[1, Прил. 1]

Коэффициент надёжности по ответственности:

Коэффициент надёжности по временной нагрузке

Коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса  

Расчётная нагрузка  

Расчётный изгибающий момент:

 

Расчётная поперечная сила:

 

 Проверка прочности изгибаемых элементов

 ≤

 Выбираем сталь С245→ R_y = 24 кН/см² 

 Требуемый момент сопротивления с учётом пластических деформаций, приняв

 

 По сортаменту назначаем двутавр №40 по ГОСТ 8239-89 [Табл. П10.3] с характеристиками сечения: 

 

 

 

 

 

 

   - линейная плотность 

 Нагрузка  от собственного веса балки настила:      

 Нормативная нагрузка:

q_n = (23 + 0,628 + 0,486) · 1 · 1 = 24,114 кН/м

  

 Расчетная нагрузка:

 

 Расчётный изгибающий момент:

 

 Расчётная поперечная сила:

 

 Проверка  прочности: 

с₁=1,1 [Прил. 3] 

 

 Условие выполняется. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 рис.4.

  [Прил.3] 

 Проверка  на прочность поперечной силы:

- условие выполняется

при l = 6 =0,005

при l =24 =0,004

l =7 0,0049445

f_max ≤  f_u = [ ]·l = 0,0049455 · 7 = 0,0346 м = 3,46 см 

 Проверка  жёсткости балки

2,74 см см

 Прочность и  жесткость балки настила обеспечена. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 2.  Расчёт  и конструирование  главной балки 
 
 
 
 
 
 
 

                  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 рис. 5. Расчётная и конструктивная схема главной балки 

 q_n1 – временная равномерно распределенная нагрузка

 q_n2 – нагрузка от собственного веса настила

 q_n3 – нагрузка от собственного веса балки 

 Подбор  сечения балки:

 С235 (по заданию) при толщине пояса 21…40 мм, [Прил. 1] 

 Находим расчетную нагрузку на балку:

 

 В – ширина грузовой площади главной балки 

 Расчетные усилия:

   

   

 Требуемый момент сопротивления определяем с учетом развития пластических деформаций, предварительно назначив :

ˠ_с =1 – коэффициент условной работы конструкции [ Табл. П2.1] 

 Ориентировочно  принимаем толщину стенки 12 мм [ Табл.5]; t_w = 1,2 см  

h = (1/10)L = (1/10)16 = 1,6 м – высота главной балки 

Определяем оптимальную  высоту балки:

 Определяем  минимальную высоту балки:

 n =

при l = 6 =0,005;    f_u = 6 / 200 = 0,03

при l =24 =0,004;    f_u = 0,096

при l =16 f _u = 0,066666

n = = = 240

= =107,4 см

 

h ≥ h_min

160 ≥ 107,4 см 

h → h_opt,  так как h_opt =148,16, то h =140 см 

 Минимальную толщину стенки из   условия  работы на срез определяем по формуле:

 ≥  

 Окончательно  принимаем толщину стенки мм   

 Определяем  :

h =140 см;    см 

 Определяю требуемую  площадь сечения балки:

 

h  ≤ b_f  ≤ h   

28 ≤ b_f ≤ 46,66 (см) 

t_w  ≤ t_f  ≤ 3 t_w   

 1,2  ≤ t_f  ≤ 3,6 см 

 Принимаем сечение  пояса из листа b_f = 45 см; t_f  =3 см

 Площадь принятого  сечения  полки A_f  = b_{f  ·} t_f  ≥ = 114,28 см² 
 

 Проверка: 

                                     21,9 см

h_w = h – 2t_f =140 – 2 · 3 = 134 cм 

13,1 см 

 ≤                                = = 7,3

7,3 < 13,1 – условие выполняется, местная устойчивость пояса обеспечена 

 Определяем  нагрузку от собственного веса балки:

- нагрузка от собственного  веса балки

В – шаг балки

А – площадь сечения

= 78,5 кН/м³

0,48 кН/м²

 Уточним полную фактическую нагрузку и расчетные  усилия:

6557,44  кН·м = 655744 кН·см  

1639,36  кН   
 

 Проверим  прочность сечения балки на действие изгибаемого элемента:

;    I_x – момент инерции сечения

+ 2 ( + b_f ·t_f ( )²) =  + 2 ( +45 _·  3 ( )²) = 

= 240600 + 1267100 = 15,08 · 10⁵ см⁴ 

= 21,54 · 10³ см³

= 0,92 ˂ 1 

с₁=1,1 [ Прил. 3] 

 Условие выполняется, прочность балки обеспечена.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 2.1. Проверка общей устойчивости главной балки 
 

                                                                  

;   l_ef = a 
 

                         рис. 6.                                                             

   

   - коэффициент, учитывающий гибкость 

 

   - условная гибкость стенки 

  = 0,24 – 8,5 · 10^-3( - 2,2)² = 0,24 – 8,5 · 10^-3( 4,2433 - 2,2)² = 0,24 – 0,0345 = 0,2055

  = 30 · 1 ·  1,2 ·  134² (0,8395 + 0,2055) = 675504,72 кН/см 

  655744 ≤ 675504,72 – условие выполняется 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 2.2. Конструктивные решения для местной устойчивости главной балки 

 Так как условная гибкость стенки балки ; продольные ребра устанавливать не требуется.  

 Укрепляем стенку поперечными ребрами жесткости. Ребра располагаем в местах опирания балок настила с шагом не более  = 268 см 

  = = 84,6 мм

 Принимаем 100 мм 

  3,5872 м 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 рис. 7. Проверка местной устойчивости стенки главной балки. 

= = =200 см = 2000 мм 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 2.3. Расчёт опорного ребра главной балки

 Опорное ребро 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 рис. 8. Расчет опорного ребра главной балки 

 Опорная реакция главной балки  кН. Примем мм.

 Находим требуемую  площадь опорного ребра

  36,4302 см²

  - расчетное сопротивление стали  сжатию

   R_{u =} 45 кН/см² [ прил. 1] (С345).

 Принимаем ребро из широкополосного универсального проката сечением 16 × 240 мм по табл. П10.7 [1].

 b_h ≤ b_f                    b_h ≥ 180 мм                    t_h  ≥ 14 мм 

 принимаем

 t_{h =} 16 мм;             b_h = 240 мм 

 b_h ≤ b_f                   

 240 ≤  352

 

  = 240 · 16 = 3840 мм² ≥ 3643 мм²

 38,4 см² ≥ 36,43 см² 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 2.4. Расчёт опорного ребра на устойчивость 

 Проверяем устойчивость опорной части балки: 

  22,8239 см 

 

  = 65,7886 см²

  - площадь сечения 

 рис. 9. Расчет опорного ребра

    1846,4866 см⁴

  5,2978 см

  

 R_y = 300 МПа → 0,939 [ прил. 7] 

 Проверка:

  0,8845 < 1,

 Устойчивость  ребра обеспечена. 

 2.5. Расчёт сварного шва 

 Торцевое  ребро привариваем сплошными  швами к стенке ручной сваркой электродами Э50. Предварительно определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный)

 

 Где кН/см²; кН/см² [прил. 1]

  ; [ табл. П4.4] 

 Расчет следует проводить по металлу шва.

 Определим катет шва

  1,43 · 0,6776 = 0,969 см. 

 Принимаю  катет сварного шва  10 мм

 Проверим  выполнение конструктивных требований к сварным швам (табл. П.4.5.)

   мм < 10 мм

 Проверяем длину рабочей части сварного шва 
 

 3. Расчёт колонны. 

3.1.Подбор сечения сплошной колонны 

Определим продольно сжимающую силу:

 кН

где максимальная поперечная сила в главной балке.

=6 м – отметка верха настила (по заданию)

 м – размер колонны ниже отметки пола

Принимаем м

h_к = h^гб + = 1,6 + 0,016 = 1,616 м

= 6 – 1,616 + 0,6 = 4,984 м 

 рис. 10. Схема колонны 

  N = 3286,65 кН;                  R_y = 30 кН/ см² 
 
 
 
 
 
 
 

    b = b₀ - 2 z₀  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 рис. 10. Подбор сечения сплошной колонны

 Подбор сечения  ветвей 

 Определяем  требуемую площадь сечения колонны:

   

φ → λ = 60……80 ( кН)

             40……60 ( кН)

N = 3159,2 кН

  Задаемся  гибкостью колонны λ = 70,