Проектирование металлической балочной клетки. 2

     Министерство  сельского хозяйства РФ

Пермская  государственная сельскохозяйственная академия

имени академика  Д.Н. Прянишникова 
 

Кафедра строительного производства 
 

Курсовая  работа

по дисциплине «Металлические конструкции»

на тему: «Проектирование металлической  балочной клетки» 
 
 
 

                                                                  Выполнил: Иванов П.Ю.

Группа  ПГС-41Б

Проверил: Завьялов М.Н. 

Пермь 2009

                                                                                      _________________  /М.Н.Завьялов/ 
 

Содержание: 

1. Разработка монтажной  схемы балочной  клетки.

Рис. 1.1. Монтажная схема балочной клетки. 

Рис. 1.2. Разрезы 1-1,2-2 по монтажной схеме балочной клетки. 
 
 
 
 

2. Расчет настила.

Определяем  толщину настила из условия прогиба. Первоначально примем

толщину настила t_н =12 мм, так как ∑g ⁿ = 8 +16 = 24 кН/м².

Плотность стали γ_s = 78,5 кН/м³ , коэффициент надежности по нагрузке для

конструкций из стали γ^s_f = 1,05. 

2.1 Сбор нагрузок на настил

Таблица 2.1

Нагрузка  на 1 м² настила 

Погонная нормативная  нагрузка на настил

g_н ⁿ= g_н ⁿ·b=24,785·1=24,79 кН/м.

Погонная расчетная  нагрузка

g_н = g_н ·b=30,424·1=30,42 кН/м.

2.2. Расчет толщины  настила.

Требуемая толщина  настила t^тр_н = l_н/k_н, пролет настила l_н=a-b_f .

Ориентировочно  ширина полки балки настила назначается  b_f= 0,1 м, тогда

расчетный пролет настила равен l_н= 160-10= 150 см.

= 92,92.

Требуемая толщина настила

; принимаем  = 16 мм. 

Принимаем = 14 мм, настил подкрепляем ребрами, идущими перпендикулярно балкам настила.

Шаг ребер . Принимаем шаг ребер

Рис. 2.1. Расчетное  сечение настила, подкрепленного ребрами. 

Ширина  настила, включающегося в работу 

 ;

где при таблица 51 [1] ; – сталь; 
 
 

 2.2. Геометрические характеристики расчетного сечения настила, подкреплённого ребрами: 

- площадь  сечения.

Находим положение центра тяжести (рис.3.1.1) относительно оси Х1  
 

где

Момент  инерции относительно оси Х 
 
 
 
 

    Рис. 2.2.Эпюра напряжений в настиле 
 

; 

2.3. Проверка несущей способности настила, подкрепленного ребрами. 

Максимальный  изгибающий момент в настиле

Максимальная  поперечная сила

Растягивающее цепное усилие (распор)

Проверка  прочности по нормальным напряжениям 
 

     – прочность настила, подкрепленного ребрами с шагом по нормальным напряжениям обеспечена. 

Проверка  прочности по касательным напряжениям

 – прочность по касательным напряжениям обеспечена. 

Проверка  жесткости настила 
 

– жесткость  настила обеспечена. 

2.4. Расчет сварных угловых швов для крепления настила 

    Принимаем сварку полуавтоматическую в среде  углекислого газа. Для стали  настила  С245 по табл. 55 [1] принимаем сварочную проволоку Св- 08Г2С; по табл. 56  [1] для проволоки Св-08Г2С   кН/см ;

по табл. 3 [1] ; по табл. 51 [1] для стали С245 кН/см², тогда    кН/см .

       =1,0 по табл. 34 [1] для полуавтоматической сварки проволокой сплошного сечения мм  при горизонтальном положении.

     = 1 – коэффициенты условия  работы шва п. 11.2 [1].

      см;    см.

   В соответствии с конструктивными  требованиями к сварным соединениям  окончательно катет углового  шва принимается не менее  по табл.38 [1] ,

    мм  при мм.

Из трех величин ; ; принимаем максимальную высоту катета =5 мм. 
 

3. Расчет балки настила 

3.1 Статистический расчет. 

    Сбор  нагрузок на настил производим в табличной  форме

Таблица 3.1

Нагрузка  на 1 м

Погонная нормативная  нагрузка на балку

      (кН/м).

Погонная расчетная  нагрузка на балку

      (кН/м).

    Рис. 3.1. Расчетная схема балки настила. 

Максимальный  изгибающий момент в настиле

                    = 167,65 (кНм).

Максимальная  поперечная сила

       = 128,96(кН) 
 

3.2 Конструктивный расчет. 

  3.2.1 Определяем требуемый  момент сопротивления   сечения:

     =587,01(см³)

      25,5 кН/см² – расчетное сопротивление стали по пределу текучести, принимаемое по [1, табл. 51] для стали балки настила С255 при толщине фасонного проката t_f=4…10мм;

     =1 – коэффициент условий работы по [1, табл. 6];

     =1,12 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, определяемый в первом приближении по [1, табл. 66] для двутаврового сечения при соотношении =0,5. 

    По  требуемому моменту сопротивления  принимаем:

    Вариант 1: по сортаменту  ГОСТ 8239-89 принимаем двутавр I33. 

    Геометрические  характеристики двутавра I33:

     =597 см³; =9840 см⁴; =53,8 см²; = 14 см; =33 см;

     =5,1 мм; =11,2 мм; =339,0 см³; =0,422 кН/м. 

    Вариант 2: по сортаменту  ГОСТ 26020-83 двутавр I35Б2.  

    Геометрические  характеристики двутавра I35Б2:

     =662,2 см³; =11550 см⁴; =55,17 см²; = 15,5 см; =34,9 см;

     =6,5 мм; =10,0 мм; =373,0 см³; =0,433 кН/м. 
 
 
 
 
 

  3.2.2 Проверка несущей  способности балки  (Вариант 1): 

Уточняем  нагрузки и усилия на балку настила  с учетом ее собственного веса. Фактическая  расчетная погонная нагрузка

 (кН/м).

Фактические расчетные значения изгибающего  момента и поперечной силы

= 166,09 (кНм); = 127,77 (кН). 

По [1, табл. 66] уточняем интерполяцией коэффициент =1,0699 при фактическом соотношении площади полки к площади стенки =0,699.

  см², см².

По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление стали по пределу текучести 24,5 кН/см², принимаемое для стали балки настила С255 при толщине полки t_f=11,2 мм. 

Проверка  прочности балки по нормальным напряжениям:

 = 26,0 кН/см > =24,5 кН/см²

Так как  прочность по нормальным напряжениям  для подобранного сечения балки  не обеспечена, то принимаем двутавр I36. 

Геометрические  характеристики двутавра I36:

=743,0 см³; =13380 см⁴; =61,9 см²; = 14,5 см; =36 см;

=7,5 мм; =12,3 мм; =423,0 см³; =0,486 кН/м. 

Уточняем  нагрузки и усилия на балку настила  с учетом ее собственного веса. Фактическая  расчетная погонная нагрузка

 кН/м.

Фактические расчетные значения изгибающего  момента и поперечной силы

= 166,32 кНм; = 127,95 кН 

По [1, табл. 66] уточняем интерполяцией коэффициент =1,068 для при фактическом соотношении площади полки к площади стенки =0,680.

см², см².

По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление стали по пределу текучести 24,5 кН/см², принимаемое для стали балки настила С255 при толщине полки t_f=12,3 мм. 

Проверка  прочности балки по нормальным напряжениям:

 = 20,96 кН/см < =24,5 кН/см² 

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена. 

  3.2.3 Проверка прочности  по касательным  напряжениям 

где = 0,58 · 24,5 = 14,21 кН/см . 

Прочность по касательным напряжениям обеспечена. 

Уточняем  нормативную нагрузку на балку настила  с учетом ее собственного веса кН/м. 
 
 

  3.2.4 Проверка жесткости  балки. 

< ,                        где – предельный прогиб, определяемый интерполяцией по [2, табл. 19] в зависимости от пролета балки настила: при пролете балки l=3м предельный прогиб равен , при пролете балки l=6м – .

Жесткость балки настила обеспечена. 

Общую устойчивость балки настила согласно [1, п. 5.16*(а)] проверять не требуется, т.к. она обеспечивается сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами. 

Проверки  местной устойчивости стенки и сжатого  пояса прокатной балки настила  не требуются, т.к. они обеспечиваются их толщинами, принятыми из условий  проката. 

  3.2.5 Проверка несущей  способности балки  (Вариант 2): 

Уточняем  нагрузки и усилия на балку настила  с учетом ее собственного веса. Фактическая  расчетная погонная нагрузка

 кН/м.

Фактические расчетные значения изгибающего  момента и поперечной силы

= 166,13 кНм; = 127,79 кН 

По [1, табл. 66] уточняем интерполяцией коэффициент =1,0641 для при фактическом соотношении площади полки к площади стенки =0,641.

см², см².

По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление стали по пределу текучести 25,5 кН/см², принимаемое для стали балки настила С255 при толщине полки t_f=10 мм. 

Проверка  прочности балки по нормальным напряжениям:

 = 23,58 кН/см < =25,5 кН/см² 

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена. 

  3.2.6 Проверка прочности  по касательным  напряжениям 

где = 0,58 · 25,5 = 14,79 кН/см . 

Прочность по касательным напряжениям обеспечена. 

Уточняем  нормативную нагрузку на балку настила  с учетом ее собственного веса кН/м.

3.2.4 Проверка жесткости  балки.

< =0,0053,                        где – предельный прогиб, определяемый интерполяцией по [2, табл. 19] в зависимости от пролета балки настила: при пролете балки l=3м предельный прогиб равен , при пролете балки l=6м – .

Жесткость балки настила обеспечена. 

Общую устойчивость балки настила согласно [1, п. 5.16*(а)] проверять не требуется, т.к. она обеспечивается сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами.

      Проверки  местной устойчивости стенки и сжатого  пояса прокатной балки настила  не требуются, т.к. они обеспечиваются их толщинами, принятыми из условий  проката.

Из условия  экономичности принимаем двутавр I35Б2. 
 
 

4. Расчет главной балки 

4.1 Статистический расчет.

Таблица 4.1

Нагрузка  на 1 м