Двухэтажное производственное здание

Министерство  образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Строительный  факультет

           Кафедра   “Металлические и  деревянные конструкции” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по дисциплине «Конструкции зданий»

На тему «Двухэтажное производственное здание» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Исполнитель:                          Залучаев Д.В.

                                                                                          ст. гр. 312317 

Руководитель:              Фомичёв В.Ф. 
 
 

Минск  2011 

 

Содержание 

 
 
 
 
 
 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 

 

1 Расчет стальной балки

1.1 Сбор нагрузок на 1м² перекрытия

                                                                  Таблица 1

 

1.2 Расчет главной балки от равномерно распределенной нагрузки

1.2.1 С учетом временных нагрузок нормативное значение нагрузки:

Расчетное значение нагрузки:

1.2.2 Нормативная распределенная нагрузка:

где S –шаг несущих конструкций, – коэффициент надежности по назначению, равный для IIкл. ответственности зданий и сооружений 0,95.

Расчетная распределенная нагрузка:

 

1.2.3 Максимальный изгибающий момент в середине пролета главной балки:

1.2.4 Максимальная поперечная сила на опоре:

1.3 Подбор сечения главной балки

1.3.1 Главная балка будет иметь непостоянное по длине сечение, поэтому расчет будем выполнять по упругой стадии.

Данная конструкция относится ко 2ой группе (см. табл. 50* СНиП II-23-81) и для нее с учетом заданного климатического района II_Б (г.Минск) можно использовать листовую широкополосную сталь С255. По табл. 51*для стали С255 расчетное сопротивление R_y=240МПа

при толщине проката стали t=4…10 мм и t=10…20 мм.

1.3.2 Требуемый момент сопротивления балки:

 

 где  – коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 6* СНиП II-23-81,  

1.3.3 Минимальная по жесткости высота сечения балки:

               

где Е – модуль упругости, Е = 2,06*10⁵ МПа;

, где f_u – предельное значение прогиба балки.

По табл.19 СНиП II-23-81 для для в нашем случае при l=14 м методом интерполяции получаем ;    

Тогда,

1.3.4 Определяем оптимальную высоту балки.

Предварительно  зададимся высотой балки: т.е.

Рассчитав ориентировочную толщину стенки

принимаем t_w=11 мм.

Тогда оптимальная  высота балки будет равна  где k – коэффициент, зависящий конструктивного оформления балок, конструктивных коэффициентов поясов и стенки, k = 1,1 – для сплошной балки переменного сечения.

 Целесообразно принять высоту балки на 5…10% меньше полученной .  Предварительно принимаем высоту сечения

1.3.5 Определяем минимальную толщину стенки из условия ее работы на срез на опоре:

 где h_w – предварительная высота стенки, =1,2 при работе на срез всего двутаврового сечения;

Тогда, Т.к. более чем на 2 мм, корректируем толщину стенки  . Тогда

В результате принимаем  толщину и высоту Тогда

1.3.6 Определяем момент инерции балки:

1.3.7 Определяем момент инерции поясов:

 где 

Тогда,

1.3.8 Определяем требуемую площадь одной полки:

где

Тогда,

1.3.9 Принимаем из условия общей устойчивости балки ширину полки: Принимаем

Тогда,

 Ширину полки рекомендуется принимать кратной 10 мм так, чтобы фактическая площадь полок была не менее расчетной:

Назначаем

При назначении размеров и необходимо, чтобы соблюдалось условие обеспечения местной устойчивости свеса полки: где

 т.е. условие удовлетворяется. 

1.4 Вычисление фактических характеристик

1.4.1 Момент инерции сечения: где

Тогда

1.4.2 Момент сопротивления скомпонованного сечения балки:

1.4.3 Статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси (х-х):

1.4.4 Уточняем расчетную нагрузку на балку с учетом ее собственного веса:

– масса 1 м балки:

– вес 1 м балки:

– нормативная  распределенная нагрузка:

– расчетная распределительная нагрузка:

– уточненные усилия:

 

1.5 Проверка общей устойчивости балки:

т.е. 

Недонапряжение:  

1.6 Определение места изменения сечения балки

1.6.1 Предварительно назначаем расстояние от оси опоры двускатной балки до наиболее напряженного сечения при работе на изгиб:

Принимаем

 

1.6.2 Определяем изгибающий момент в месте изменения сечения:

1.6.3 Требуемый момент сопротивления балки в месте изменения сечения: где расчетное сопротивление стыкового шва по табл. 3

СНиП II-23-81  т.к. сварка поясных листов предполагается без физических методов контроля с использованием прямых стыковых швов.

Тогда,

1.6.4 Требуемая площадь пояса в месте изменения сечения:

1.6.5 Уменьшенная ширина поясных листов:

Согласно  и сортамента назначаем

1.6.6 Момент инерции балки для измененного сечения равен:

1.6.7 Момент сопротивления балки для измененного сечения равен:

1.6.8 Несущая способность балки на расстоянии от опоры:

1.6.9 Поперечная сила в месте изменения сечения:

1.6.10 Статический момент полки в измененном сечении:

1.6.11 Проверка прочности балки по приведенным напряжениям в измененном сечении:

, т.е.

 

Тогда,

 Условие удовлетворяется.

1.7 Проверка прочности по касательным напряжениям

1.7.1 Проверка прочности по касательным напряжениям проводится у опоры, где действует :

где статический  момент измененного полусечения  равен:  

 

 

Условие удовлетворяется, значит, прочность балки в измененном сечении обеспечена. 
 
 

1.7.2 Проверка жесткости:

    Жесткость балки обеспечена. 

1.8 Расчет соединений поясов балки со стенкой 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.8.1 Сварное соединение поясов со стенкой принимаем с двусторонними угловыми швами с применением автоматической сварки “в лодочку” (в среде углекислого газа). По табл.55* СНиП II-23-81 для конструкций II гр. (главная балка) и района II_Б (стали С255) принимаем сварочную проволоку марки Св-08Г2С диаметром 3 мм.

По табл. 56 СНиП II-23-81 для сварочной проволоки Св-08Г2С принимаем расчетное сопротивление по металлу шва

Расчетное сопротивление  углового шва по металлу границы  сплавления:

где (по табл.51 СНиП II-23-81) – нормативное сопротивление стали.

По табл. 34 СНиП II-23-81 для автоматической сварки проволоки диаметром 3 мм для диапазона катетов от 3 до 16 мм принимаем:

Коэффициенты  работы сварочных швов

Определяем расчетное  сопротивление углового шва:

Следовательно, расчет будем вести по металлу  границы сплавления, т.е. 

1.8.2 Находим требуемый катет двустороннего сварного поясного шва:

 

где сдвигающее усилие

Тогда,

По табл. 38 СНиП II-23-81 принимаем

1.9 Установка размеров опорной части балки с проверкой на устойчивость

1.9.1 При нормативном сопротивлении стали на смятие для торцевой поверхности стали С255 при наличие пригонки по табл.52* СНиП II-23-81 расчетное сопротивление

Ширину опорных  внутренних ребер определим следующим  образом:

Принимаем

1.9.2 Определяем требуемую площадь опорного ребра главной балки из условия смятия:

1.9.3 Тогда, Принимаем

1.9.4 Проверяем опорную часть балки на устойчивость из плоскости стенки, как условной стойки с расчетной длиной 0,65 м. Состав расчетного сечения включает опорное ребро и устойчивый участок стенки длиной с:

Определяем геометрические характеристики рабочего участка:

– момент инерции  условной стойки:

– расчетная  площадь условной стойки:

– радиус инерции условного стержня:

– гибкость условной стойки:

– условная гибкость опорной части балки:

1.9.5 Проверяем местную устойчивость опорного ребра:

 где 

 

Т.е. следовательно, местная устойчивость опорного ребра обеспечена.

1.9.6 Проверяем общую устойчивость опорной части балки из плоскости стенки: 

где – коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов; определяется по таблице 72 СНиП II-23-81 и зависит от и . Назначаем

следовательно, устойчивость обеспечена.

1.10 Определение параметров швов, прикрепляющих стенку балки к опорному ребру

 Сварное соединение опорных ребер со стенкой балки принимаем с двусторонними угловыми швами с применением автоматической сварки “в лодочку” (в среде углекислого газа). По табл.55* СНиП II-23-81 для конструкций II гр. (главная балка) и района II_Б (стали С255) принимаем сварочную проволоку марки Св-08Г2С диаметром 3 мм.

По табл. 56 СНиП II-23-81 для сварочной проволоки Св-08Г2С принимаем расчетное сопротивление по металлу шва

Расчетное сопротивление  углового шва по металлу границы  сплавления:

где (по табл.51 СНиП II-23-81) – нормативное сопротивление стали.

По табл. 34 СНиП II-23-81 для автоматической сварки проволоки диаметром 3 мм для диапазона катетов от 3 до 16 мм принимаем:

Коэффициенты  работы сварочных швов

Определяем расчетное  сопротивление углового шва:

Следовательно, расчет будем вести по металлу границы сплавления, т.е. 

Находим катеты двусторонних сварных швов, прикрепляющих  опорное ребро к стенке балки:

 

По табл. 38 СНиП II-23-81 принимаем т.к.  

1.11 Проверка местной устойчивости элементов сечения составной балки с обоснованием размещения и определения размеров ребер жесткости

1.11.1 Местная устойчивость сжатого пояса балки обеспечивается при где

 т.е. условие удовлетворяется.

1.11.2 Проверка местной устойчивости стенки

Условная гибкость стенки:

где

Следовательно, стенку балки необходимо укреплять  только основными поперечными ребрами жесткости. Расстояние между поперечными ребрами принимаем:  Принимаем

Проверяем местную  устойчивость стенки в двух отсека: на опоре и в средней части  балки (1 и 2 отсек на рисунке).

Расчетные усилия в отсеках:

– в приопорном отсеке (1 отсек) 

где

– в среднем  отсеке (2 отсек)

где

Определяем расчетное сжимающее нормальное напряжение в верхней точке стенки и среднее касательное напряжение для 1 отсека: 

,

  

Определяем расчетное  сжимающее нормальное напряжение в  верхней точке стенки и среднее  касательное напряжение для 2 отсека: 

,

 

Проверяем выполнение обязательного условия:

– критическое нормальное напряжение;  – критическое касательное напряжение.

При отсутствии местной нагрузки на балку предполагается, что балки настила будут закрепляться к поперечным ребрам жесткости главной  балки (сопряжение на одном уровне). Тогда  .

Коэффициент для сварных составных балок зависит от коэффициента где – соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки; – коэффициент, принимаемый по табл. 22 СНиП II-23-81. Для нашего случая, при непрерывном опирании жестких плит на пояс балки следовательно,

По табл. 21 СНиП II-23-81 для данного значения –

Тогда,

 

где – отношение большей стороны отсека к меньшей.

 где  – меньшая из сторон отсека, т.е. тогда

Значения  и для 1 и 2 отсеков равны, т.к. размеры отсеков одинаковы.

Для приопорного  отсека:

Для среднего отсека:

 

Проверяем местную  устойчивость стенки в отсеке, где  изменяется сечение балки.

Расчетные усилия:

где

Определяем расчетное  сжимающее нормальное напряжение в  верхней точке стенки и среднее касательное напряжение для расчетного отсека: 

,

  

Тогда,       

11.3 Назначаем размеры двусторонних ребер жесткости:

– ширина ребра: Принимаем

– толщина ребра  Принимаем

Ребра жесткости  прикрепляются к стенке и к  поясам балок непрерывными угловыми односторонними швами с  при полуавтоматической сварке (по табл. 38 СНиП II-23-81), т.к.  

 

2 Расчет клеедощатой  двускатной балки 

2.1 Сбор нагрузок  на 1м² перекрытия

                                                                  Таблица 2

 

2.2 Статистический расчет

2.2.1 Нормативную  нагрузку от собственного веса  балки определяем по формуле:

,

где и – соответственно нормативные постоянная и временная нагрузки;  – коэффициент для нагрузки от несущей конструкции; – пролет конструкции. 

. 

2.2.2 Расчетная  нагрузка от собственного веса  балки:

,

где значение 1,1 – это значение коэффициента надежности по нагрузке для собственного веса балки.

2.2.3 Полная  нагрузка на 1 м балки:

– нормативная  ,

где S –шаг несущих конструкций, – коэффициент надежности по назначению, равный для II кл. ответственности зданий и сооружений 0,95.

– расчетная  .

2.3 Конструктивный расчет

Поперечное  сечение балки проектируем прямоугольным.

2.3.1 Высоту  балки в середине пролета назначаем  равной:

По ГОСТ 24454-80 “Пиломатериалы хвойных пород. Размеры” и ГОСТ 7307-75 “Детали из древесины и древесных материалов. Припуски на механическую обработку” с учетом сортамента досок при рекомендуемой толщине доски после острожки 3,3 см балку составляем из 42 досок, что обеспечивает высоту балки 

2.3.2 Высота балки на опоре при  заданном уклоне (i=1/19) должна быть: Принимаем 30 досок рекомендуемой толщиной после острожки 3,3 см, что составляет:

2.3.3 Ширина  сечения балки:  , но для l < 18 м – не менее 11-12 см.

С учетом сортамента досок назначаем ширину после острожки и повторной обработки  боковых поверхностей b=165 мм. 

2.3.4 Определяем  расстояние от оси опоры двускатной балки до наиболее напряженного сечения при работе на изгиб:

2.3.5 Высота  балки в расчетном сечении: 

2.3.6 Изгибающий  момент в опасном сечении: