Тема курсового проекта icon

Тема курсового проекта


3 чел. помогло.
Смотрите также:
Курсового проекта...
Курсового проекта...
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Теоретические основы...
Требования к содержанию и выполнению курсового проекта по дисциплине...
Методические указания к написанию курсового проекта дисциплины...
Учебное пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобили. Анализ конструкций...
Методические указания по выполнению курсового проекта общие требования к оформлению...
Ддо миппс пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине (наименование дисциплины)...
Реферат Работа посвящена созданию курсового проекта по основам ngn...
Реферат Работа посвящена созданию курсового проекта по основам ngn...
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “...
Методические указания разработаны на основе программы дисциплины «Управление социально...



Загрузка...
скачать

Общие положения


Тема курсового проекта: расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной клетки.

Цель курсового проекта: дать начальные навыки в вопросах компоновки простых конструктивных схем, соединений, методов расчета, конструирования и экономической оценки конструктивных решений.

Объем проекта: расчетно-пояснительная записка объемом 20 – 25 страниц формата А4, графическая часть – 2 листа чертежей формата А2.

Содержание проекта: задание на проектирование выдается двух типов:

  1. Балочная клетка многоэтажного производственного здания.

  2. Балочная клетка рабочей площадки производственного здания.

Исходные данные для проектирования и график выполнения проекта указываются в задании. Климатический район строительства принят с температурой 7–30ºС в соответствии с ГОСТ 16350-8 «Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических изделий». Согласно табл. 50 [1] балки рабочих площадок относятся к 1 группе конструкций, балки перекрытий многоэтажного здания – ко 2 группе, колонны – к 3 группе.

В курсовом проекте необходимо выполнить:

  1. Расчетную часть, включающую:

    1. Сравнение двух вариантов компоновки балочной клетки с расчетом балок настила. Варьируется шаг балок настила. На основании анализа расхода стали на балки настила выбирается более экономичный вариант балочной клетки для дальнейшей разработки;

    2. Проверку по I и II группам предельных состояний балки настила выбранного варианта;

    3. Расчет главной балки и узлов ее сопряжения с колонной и балкой настила;

    4. Расчет колонны первого этажа сплошного и сквозного сечений, элементов оголовка и базы колонны;

  2. Графическую часть.
^

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1. Сравнение вариантов


Выполнение курсового проекта начинают со сравнения вариантов расхода стали на балки настила на площади L×l, м2, где L – пролет главной балки, l – пролет балки настила.

1.1. С этой целью намечают два варианта компоновки нормального типа балочной клетки, варьируя шаг балок настила. Шаг балок настила выбирается в зависимости от типа настила и величины нагрузки. При стальном настиле допускается шаг 0.5 – 2.0 м, при железобетонном настиле – 2.0 – 3.5 м.

В учебных целях студенты проектируют в середине пролета главной балки монтажный стык. Для упрощения сопряжения балки настила с главной середину главной балки нужно оставить свободной. При этом обе половины главной балки должны быть взаимозаменяемы. Для этого при компоновке рекомендуется следующее:

– при нечетном числе шагов балок настила разбивку начинать с оси колонны;

– при четном числе шагов балок настила разбивку начинать, отступив 0.5 шага от оси колонны (рис. 1).


а

б

Рис.1. Варианты компоновки балочной клетки:

а – при четном количестве шагов; б – при нечетном количестве шагов


1.2. Определение толщины настила

Толщину стального настила принимают согласно табл. 1 в зависимости от суммарной (постоянной и временной) нормативной нагрузки на настил.

Таблица 1

Толщина стального настила

Суммарная нормативная нагрузка
(gн + pн), кН/м2.

Рекомендуемая толщина стального настила, мм.

≤ 10

6 – 8

11 – 20

8 – 10

21 – 30

10 – 12

> 30

12 – 14


Толщину железобетонного настила принимают согласно табл. 2 в зависимости от нормативной временной нагрузки pн на 1 м2 и пролета настила, равного шагу балок настила.

Таблица 2

Толщина железобетонного настила

Расчетный пролет настила, м

Толщина железобетонной плиты в см при временной нормативной нагрузке в кН/м2

15 – 20

20 – 25

25 – 30

30 – 35

1.5 – 2

10

12

12

14

2.1 – 2.5

12

12

14

16

2.6 – 3.0

14

14

16

18


1.3. Назначив толщину настила для своих вариантов, необходимо определить нагрузку на 1 м2 от собственного веса настила, приняв плотность металла 7850 кг/м3, плотность железобетона – 2200 кг/м3. Нагрузку от собственного веса настила необходимо прибавить к нормативной постоянной нагрузке.

1.4. Расчет балок настила для сравнения вариантов необходимо провести на уровне подбора сечений балок настила, для чего необходимо:

1.4.1. Определить погонные нагрузки на балки настила для обоих вариантов с учетом коэффициента надежности по назначению n, приняв его равным 0.95. собственный вес балок настила задать в пределах 0.3 – 0.5 кН/м;

1.4.2. Определить максимальные усилия, возникающие в балках (изгибающий момент и поперечную силу);

1.4.3. Из условия прочности балок на изгиб необходимо определить требуемый момент сопротивления Wx,тр для обоих вариантов. При определении Wx,тр можно исходить из предположения упругой работы материала балки или упруго-пластической работы, предварительно приняв с1=1.12. По сортаменту на обыкновенные двутавры (ГОСТ 8239-89) или двутавры с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83) подбирают необходимые двутавры таким образом, чтобы фактический Wx был равен или больше Wx, тр.

1.5. Пользуясь данными сортамента, определяют суммарный расход стали на балки настила, приходящиеся на площадь L×l, м2. Для дальнейшей разработки принимают тот вариант компоновки балочной клетки, для которого расход металла меньше. Уточняют расчетные усилия в балках настила с учетом фактической массы балки.
^

2. Проверки подобранного сечения балки настила


Балку настила выбранного варианта по определенным ранее усилиям проверяют по I и II группам предельных состояний (ПС).

2.1. Проверки прочности и устойчивости (I группа ПС)

2.1.1. Проверка прочности по нормальным напряжениям. В том случае, когда балка настила подбиралась при упругой работе материала, данная проверка производится по формулам (28) [1], (7.8) [2] или (5.45) [3]. В случае упруго-пластической работы материала балки настила проверку производят по формулам (39) [1], (7.10) [2], (5.46) [3] с уточнением коэффициента с1.

Перенапряжение не допускается. Недонапряжение не должно превышать 10%. В случае большего недонапряжения необходимо изменить шаг балок настила и расчет повторить.

2.1.2. Проверка прочности по касательным напряжениям производится по формулам (29) [1], (7.13) [2], (5.17) [3]. Перенапряжение не допускается, недонапряжение может быть любым.

2.1.3. Общая устойчивость балки настила обеспечена непрерывной развязкой верхнего сжатого пояса жестким настилом.

2.1.4. Местная устойчивость поясов и стенки прокатной балки настила обеспечена сортаментом.

2.1.5. Проверка прогиба балки настила (II группа ПС).

Предельный относительный прогиб балки настила равен  (табл. 19 [2]). Величину фактического относительного прогиба от действия нормативной нагрузки определяют по формуле (в случае равномерно распределенной нагрузки на балку):

,

где qн – общая нормативная погонная нагрузка на балку настила, кН/см;

Е – модуль упругости стали, равный 2.1·104 кН/см2;

Ix – момент инерции сечения балки, принимают по сортаменту, см4;

l – пролет балки настила, см.
^

3. Расчет главной балки


Главные балки требуется запроектировать сварного составного сечения. Порядок расчета главных балок следующий:

– статический расчет;

– конструктивный расчет.

3.1. Статический расчет главной балки

Статический расчет выполняется в следующей последовательности:

– составление расчетной схемы главной балки с указанием условий опирания, пролета балки, параметров нагрузок, действующих на балку);

– определение максимальных усилий в главной балке (изгибающего момента и поперечной силы).

Конструктивный расчет главной балки выполняют в следующем порядке:

– подбор и компоновка основного сечения главной балки;

– подбор и компоновка уменьшенного сечения главной балки;

– проверка главной балки по I группе предельных состояний.

3.1.1. По расчетной схеме главная балка представляет собой однопролетную шарнирно-опертую балку, загруженную сосредоточенными силами от балок настила и собственным весом, который можно принять равным 2 – 6 % от нагрузки, действующей на балку. При частом расположении балок настила (пять и более), что имеет место при стальном настиле всегда, сосредоточенные силы можно заменить эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой. При небольшом количестве балок настила, приходящихся на главную балку (менее пяти), нагрузку следует принимать сосредоточенной.

3.1.2. Погонную нагрузку на главную балку, нормативную и расчетную, определяют с учетом коэффициента надежности по назначению n = 0.95, шаг главных балок принимают равным пролету балок настила.

3.1.3. Определяют усилия, возникающие в главной балке под действием приложенной к ней нагрузки: максимальный расчетный изгибающий момент Mmax, максимальный нормативный изгибающий момент и максимальную расчетную поперечную силу Qmax. Все усилия определяют с учетом собственного веса главной балки, умножая их на коэффициент  = 1.02 – 1.06 (в случае, если собственный вес главной балки был учтен при определении погонной нагрузки, то вводить коэффициент  не следует).

3.2. Конструктивный расчет главной балки

3.2.1. Подбор и компоновка основного сечения главной балки.

По Mmax, исходя из условия прочности изгибаемого элемента, определяют требуемый момент сопротивления сечения главной балки Wx,тр. Его можно определить с учетом развития пластических деформаций по формуле (7.12) [2] или (5.44) [3] или для случая упругой работы стали – по формуле (7.9) [2] или (5.43) [3]. Решение о работе материала в балке принимает автор проекта.

Сечение главной балки компонуют в виде симметричного сварного двутавра (см. рис. 2), пояса и стенки которого изготовлены из стали одного класса прочности, указанного руководителем курсового проекта в задании.

Задача компоновки составного сечения является вариантной. Из множества решений необходимо выбрать одно, близкое к оптимальному по расходу стали.


h – высота сечения главной балки;

hf – расстояние между центрами тяжести поясов;

hw – высота стенки;

bf – ширина пояса;

tf, tw – толщина пояса и стенки соответственно.


Рис. 2. Основное сечение главной балки


3.2.2. Начинают компоновку с определения основного размера сечения – высоты балки (h).

Высоту главной балки определяют из двух условий: металлоемкости и жесткости. Из условия металлоемкости определяют оптимальную высоту балки hопт по формуле (7.20) [2] или (5.68) [3]. Толщину стенки tw для использования в формулах (7.20) [2] и (5.68) [3] определяют по эмпирической формуле, мм

,

где h – высота балки, принимаемая в процессе компоновки сечения равной пролета балки в м. Конструктивный коэффициент k принимают равным 1.15 – 1.2.

3.2.3. Из условия жесткости определяют минимальную высоту (см) балки hmin:



где Ry – расчетное сопротивление стали по пределу текучести, кН/см2;

L – пролет балки в см;

 – предельный относительный прогиб главной балки (табл. 19 [2]);

– максимальный нормативный и максимальный расчетный изгибающие моменты соответственно.

Обычно hmin получается меньше, чем hопт. Высоту сечения балки принимают близкой к оптимальной. Определяющей при этом является высота стенки hw, которая должна быть увязана со стандартными размерами выпускаемых листов (ГОСТ 19903-74 с изменением).

Определив высоту сечения балки, проверяют толщину стенки на срез от максимальной поперечной силы Qmax по формуле (7.23) [2] или (5.72) [3]. Окончательно толщину стенки tw принимают не менее 8 мм, согласуя ее с сортаментом.

3.2.4. Определение размеров поясов bf и tf

Перед компоновкой поясов необходимо принять толщину пояса tf, который находится в интервале 2 – 3 см. Назначив толщину пояса tf, получаем (см):

,

,

Момент инерции поясов If можно получить как разность требуемого момента инерции балки Ix,тр и момента инерции стенки Iw (см4):

;

;

;

где hw – высота стенки, см,

h – высота балки, см.

С другой стороны, момент инерции полок относительно оси x-x равен (см4):

,

где Af – площадь сечения одного пояса, см2.

Имея If, можно определить площадь сечения пояса балки (см2):

,

где hf – расстояние между центрами тяжести поясов, см.

Получив Af и приняв ранее tf, можно определить (см):



Компоновку сечения поясов производят с учетом ряда конструктивных требований:

  • – из условия обеспечения общей устойчивости балки;

  • – из технологических требований (свариваемость элементов);

  • – из условия опирания элементов по верхнему поясу.

Поясные листы толщиной более 40 мм применять не рекомендуется. Для полок рекомендуется использование универсальной полосовой стали по ГОСТ 82-70 с изменениями (табл. 5 [2]).

Для полученного основного сечения главной балки необходимо определить фактические геометрические характеристики Ix и Wx.

Балку подобранного сечения проверяют на прочность по максимальным нормальным напряжениям. Если прочность балки не обеспечена (перенапряжение не допускается) или имеется большое недонапряжение (более 5 %), то сечение корректируется, и прочность балки по нормальным напряжениям проверяется вновь.

3.2.5. Изменение сечения балки по длине

3.2.5.1. Намечают места изменения сечения балки по длине (как правило, на расстоянии от опор, где L – пролет главной балки).

3.2.5.2. Определяют значения изгибающего момента M1 и поперечной силы Q1 в месте изменения сечения.

3.2.5.3. Находят требуемый момент сопротивления измененного сечения при условии упругой работы материала по формуле

.

3.2.5.4. Определяют площадь поясов уменьшенного сечения (см2):

,

,

где – требуемый момент инерции уменьшенного сечения балки (см4):

.

Определив требуемую площадь уменьшенного сечения пояса, и имея толщину пояса tf, находят ширину пояса уменьшенного сечения (см):

.

Полученная ширина пояса уменьшенного сечения должна удовлетворять ряду конструктивных требований

.

Стык поясных листов осуществляется стыковым швом, сварочные материалы для которых подбирают по табл. 55 [1].

Для уменьшенного сечения главной балки определяют фактические геометрические характеристики: .

3.2.6. По окончании компоновки сечений балки необходимо решить вопрос об укреплении стенки балки поперечными ребрами жесткости согласно п. 7.10 1.

Ширину ребра bh для парных ребер определяют по формуле (мм):

,

где hw – высота стенки балки, мм.

Толщину ребра th определяют по формуле (мм):

,

где bh – принятая ширина ребра, мм.

3.3. Проверки подобранных сечений главной балки

3.3.1. Проверки прочности

3.3.1.1. Проверка прочности балки по нормальным напряжениям производится по формулам (28) [1], (7.10) [2] или (5.45) [3]. При учете развития пластических деформаций следует учесть коэффициент с, и проверка производится по формуле (39) [1] или (5.46) [3].

3.3.1.2. Проверка прочности балки по касательным напряжениям производится по формулам (29) [1], (7.13) [2] или (5.47) [3].

3.3.1.3. Проверка прочности по местным напряжениям в случае верхнего опирания балок настила на главную балку и отсутствии под ними ребер жесткости выполняется по формулам 31 [1] , 7.31 [2] или 5.49 [3].

3.3.1.4. Проверка прочности по приведенным напряжениям

При отсутствии местных напряжений эта проверка выполняется в месте изменения сечения главной балки по формуле (7.30) [2] или (5.51) [3].

При наличии местных напряжений приведенные напряжения проверяют под балкой настила, расположенной около места изменения сечения со стороны опоры, по формулам (33) [1], (7.32) [2], (5.50) [3].

3.3.2. Проверка общей устойчивости

Общая устойчивость главной балки считается обеспеченной, и проверка не требуется, если соблюдается одно из двух условий п. 5.16 [1]. Если ни одно из этих условий не выполняется, то проверка общей устойчивости выполняется по формулам (34) [1], (7.15) [2] или (5.55) [3]. За расчетную длину lef следует принимать расстояние между балками настила.

3.3.3. Проверка местной устойчивости элементов главной балки

В главной балке, работающей по схеме однопролетной шарнирно-опертой конструкции, местную устойчивость могут потерять верхний сжатый пояс и стенка.

3.3.3.1. Местная устойчивость пояса

Критерием местной устойчивости пояса главной балки является отношение , где bef – ширина свеса пояса, tf – толщина пояса. Условием обеспечения местной устойчивости пояса является соотношение

.

Отношение определяется по табл. 30 [1].

3.3.3.2. Местная устойчивость стенки

Местную устойчивость стенки балки проверять не требуется, если условная гибкость стенки не превышает значений:

3.5 – при отсутствии местного напряжения в балках с двусторонними поперечными ребрами;

2.5 – при наличии местного напряжения в балках с двусторонними поперечными ребрами.

Проверку местной устойчивости стенки при и loc = 0 следует выполнять по формуле (74) [1]. Значения напряжений и определяют согласно п. 7.2 [1].

Проверку местной устойчивости стенки при наличии местных напряжений (loc ≠ 0) следует выполнять в отсеке, где меняется сечение балки согласно п. 7.6 [1].

Расчет местной устойчивости стенки балки с учетом развития пластических деформаций при отсутствии местного напряжения (loc = 0) следует выполнять согласно п. 7.5 [1].

3.4. Прогиб составной балки (расчет по II группе предельных состояний) можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной, определенной с учетом предельного относительного прогиба.

^

4. Узлы главной балки


В главной балке балочной клетки можно выделить три основные узла: опорный, монтажный узел и узел сопряжения с балкой настила.

4.1. Опорный узел главной балки


Оформление опорного узла можно принять по рис. 7.28 [2] или 5.30 [3].

В опорном узле необходимо рассчитать:

  • опорный лист на смятие торцевой поверхности;

  • сварные угловые швы, крепящие стенку балки к опорному листу балки;

  • условный стержень на устойчивость в случае верхнего опирания балки на колонну.

Из условия прочности на смятие торца опорного листа (формула (7.68) [2]) определяют необходимую площадь торца. Ширину опорного листа обычно принимают равной ширине пояса уменьшенного сечения балки. Определив необходимую толщину опорного листа, принимают окончательный размер, округлив его в большую сторону и согласовав с ГОСТ 27772-88 на листовой широкополосный универсальный прокат.

Прикрепление опорного листа к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию главной балки с учетом максимальной рабочей длины опорного шва. Расчет сводится к определению необходимого катета шва. Если определяющим в сварном угловом шве является сечение по материалу шва, то катет шва можно рассчитать по формуле (см):

,

где ^ N – опорная реакция главной балки, кН;

f – коэффициент проплавления, принимаемый по табл. 34 [1];

n – количество сварных угловых швов;

Rwf – расчетное сопротивление условному срезу материала шва по табл. 56 [1], кН/см2;

wf – коэффициент условий работы сварного соединения согласно п. 11.2 [1];

c – коэффициент условий работы конструкции по табл. 6 [1].

Проверку устойчивости условного опорного стержня балки следует проводить согласно рис. 7.28 [1] и 5.30 [3].

^

4.2. Монтажный узел главной балки


Монтажный узел главной балки должен быть решен на высокопрочных болтах (ВП), одинаковых для полок и стенки. Предпочтительные диаметры ВП болтов приведены в табл. 62 [1]. Марки стали для ВП болтов и значения нормативных сопротивлений по пределу прочности приведены в табл. 61 [1].

Задавшись диаметром ВП болтов, маркой стали и способом обработки поверхности, определяют несущую способность соединения, стянутого одним ВП болтом Qbh, по формулам (131) [1], (6.4) [2] или (4.26) [3], а по формуле (132) [1] устанавливают требуемое количество болтов n.

ВП болты в полках воспринимают продольное усилие Nf, действующее в них (кН):

,

где Mf – изгибающий момент, воспринимаемый полками, кНм;

,

где ^ Mmax – максимальный изгибающий момент в середине балки, кНм,;

Mw – изгибающий момент, приходящийся на стенку, который определяется по формуле (кНм):

,

где Iw – момент инерции стенки балки, см4;

Ix – момент инерции балки относительно оси х, см4.

ВП болты в стенке воспринимают изгибающий момент, приходящийся на стенку Mw. При двух вертикальных рядах болтов в полунакладке количество болтов в одном вертикальном ряду k можно определить в зависимости от параметра  по табл. 3. Параметр  определяется по формуле

,

где hmax – расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов, см.

Таблица 3

Количество болтов в зависимости от коэффициента



0.357

0.321

0.292

0.267

0.246

0.227

0.212

0.198

0.186

0.175

k

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15


Расчет ослабленного сечения нижнего пояса на прочность необходимо выполнить согласно п. 11.14 [1].

^

4.3. Узел сопряжения главной балки и балки настила


Если сопряжение балок принято в одном уровне и балки настила крепятся к ребрам жесткости главных балок на болтах, то расчет сводится к определению необходимого количества болтов нормальной точности для восприятия опорной реакции балки настила. Необходимо задать диаметр болтов, класс прочности и выполнить расчет согласно п.п. 11.7 и 11.8 [1]. Получив необходимое количество болтов, необходимо убедиться, удовлетворяет ли размещение болтов нормативным требованиям (табл. 39 [1]).

Полученное при расчете балки настила максимальное касательное напряжение τmax необходимо увеличить за счет ослабления стенки балки отверстиями под болты в месте передачи опорной реакции

,

где коэффициент определяется по формуле

,

где а – расстояние между центрами тяжести отверстий;

do – диаметр отверстия.

^

5. Расчет колонны


Для расчета выбирается наиболее нагруженная колонна, для многоэтажного здания – средняя колонна первого этажа. В курсовом проекте рассматривается 2 варианта колонны: сплошного и сквозного сечений.

Расчет колонны выполняется в следующей последовательности:

1) статический расчет колонны:

1.1) составление расчетной схемы колонны (определение параметров нагрузок, условий закрепления опорных узлов, геометрической длины);

1.2) определение расчетных усилий в колонне (продольной силы N);

2) конструктивный расчет:

2.1) определение геометрических параметров сечения колонны;

2.2) проверка подобранного сечения по I группе предельных состояний;

2.3) разработка технических решений узлов и их расчет (оголовок и база колонны).

5.1. Расчетная схема для колонны рабочей площадки может быть принята по одному из двух вариантов: шарнирное сопряжение верхнего и нижнего узлов или шарнирное сопряжение верхнего и жесткое – нижнего. Для многоэтажного здания принимается схема шарнирного верхнего узла и жесткого нижнего. Заглубление колонны может быть принято в пределах 0.6 – 0.8 м.

5.2. Сосредоточенную нагрузку, действующую на колонну, можно определить, собрав нагрузку на перекрытие, действующую на 1 м2, с грузовой площади, приходящейся на среднюю колонну. Нагрузку от собственного веса колонны можно принять ориентировочно равной 2 – 5 кН/м. Для колонны многоэтажного здания необходимо учесть нагрузку P от вышележащих этажей, указанную в задании.

^

5.3. Предварительный подбор и компоновка сечения

5.3.1. Сплошное сечение


В курсовом проекте необходимо скомпоновать сечение колонны из листового проката.



Рис. 3. Сплошное сечение колонны


Требуемая площадь сечения колонны определяется из условия обеспечения устойчивости центрально сжатого элемента (п. 5.3 [1]), приняв предварительно коэффициент продольного изгиба  в интервале 0.7 – 0.9. Меньшие значения принимаются при больших длинах колонн, большие – при малых.

Задача компоновки сечения сплошной колонны вариантная.

Для нахождения величин ширины b и высоты h (см. рис. 3) сечения можно воспользоваться приближенными соотношениями между радиусами инерции ix и iy, высотой h и шириной b:

, , (табл. 8.1. [2]),

С другой стороны,

; ,

где гибкости x и y соответствуют принятому значению ;

lef,x и lef,y – расчетные длины относительно осей x-x и y-y соответственно, определенные для принятой расчетной схемы:

, ,

где μ – коэффициент приведения длины;

lx, ly – геометрические длины колонны относительно осей x-x и y-y соответственно.

Приравняв значения радиусов инерции, можно найти требуемые значения b и h:

, .

Для сварного двутавра x = 0.42, y = 0.24. При равных расчетных длинах и одинаковых гибкостях значение h примерно вдвое меньше b. Такое сечение не конструктивно. Для получения конструктивного сечения приходится отступать от условия равноустойчивости и принимать h = b.

Для получения наиболее рационального сечения необходимо соблюдение следующих рекомендаций:

, .

Определяем толщины поясов и стенки

,

.

Значения tf и tw необходимо согласовать с сортаментом на листовой прокат и учесть конструктивные требования

;

tf = 8 – 40 мм, tw = 6 – 16 мм.

С учетом полученных величин и конструктивных требований можно скомпоновать сечение и определить его фактические геометрические характеристики A, Ix, Iy, ix, iy.
^

5.3.2. Сквозное сечение


В курсовом проекте необходимо скомпоновать сечение, состоящее из двух швеллеров или двух двутавров (см. рис 4).



Рис. 4. Сквозное сечение колонны


Имея требуемую площадь Атр, по сортаменту подбирают швеллер или двутавр с (по ГОСТ 8239-72 с изменениями или по ТУ 14-2-24-72, прил. 14 [2]).

Компоновка сквозного сечения сводится к определению ширины сечения b. Размер b определяют из условия равноустойчивости колонны по формуле (см):

,

где x и y – коэффициенты пропорциональности, принимаемые по табл. 4.

Таблица 4

Коэффициенты пропорциональности

Сечение







0.39

0.5



0.38

0.44


Размер b округляется в большую сторону, при этом расстояние «в свету» между полками прокатных профилей должно быть не менее 100 мм (из условия удобства нанесения антикоррозионной защиты на внутренние поверхности).


^

Компоновка планок


В курсовом проекте следует в качестве соединительных элементов выбрать планки (рис. 5), назначить их размеры и определить расстояние между ними.



Рис. 5. Схема расположения планок в колонне сквозного сечения


Ширина планок dпл назначается в зависимости от ширины сечения b:

.

Толщина планок принимается конструктивно от 6 до 10 мм. Расстояние между планками в осях l (см) определяется из условия обеспечения совместной работы ветвей колонны и зависит от минимального радиуса инерции ветви i1-1 (рис. 4):

.

Размер l нужно округлить в меньшую сторону.

Длину ветви lв можно вычислить как (см)

.

^

5.4. Проверка подобранного сечения колонны

5.4.1. Сплошное сечение


5.4.1.1. Проверка общей устойчивости колонны относительно оси наибольшей гибкости yy выполняется согласно формуле (8.24) [2] или п. 6.3 [1]. Фактическое значение y необходимо определить по фактической гибкости y по табл. 72 [1], прил. 7 [2], прил. 6 [3].

5.4.1.2. Проверка местной устойчивости элементов сечения колонны (полки и стенки)

Условием обеспечения местной устойчивости полки является соблюдение условия

,

где bef – ширина свеса полки, см;

tf – толщина полки, см;

– предельная величина отношения, определяемая по табл. 29 [1].

Условием обеспечения местной устойчивости стенки является соотношение

.

Значения следует определить по табл. 27* [1] в зависимости от условной гибкости колонны относительно оси максимальной гибкости .

.
^

5.4.2. Сквозное сечение


5.4.2.1. Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси
х–х (обозначение осей согласно рис. 4).

Условие устойчивости

,

где x – коэффициент продольного изгиба, определяемый по фактической гибкости x,

.

5.4.2.2. Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси yy

Условие устойчивости

,

где y – коэффициент продольного изгиба, определяемый по приведенной гибкости ef.

Приведенная гибкость ef для колонн с планками определяется по формулам табл. 7 [1] в зависимости от отношения погонных жесткостей планки и ветви.

5.4.2.3. Проверка устойчивости отдельной ветви

Условие устойчивости

,

где Aв – площадь поперечного сечения одной ветви, см2;

1-1 – коэффициент продольного изгиба ветви относительно оси 1-1 (см. рис. 4).

5.4.2.4. Расчет крепления планок к ветвям колонны

В местах прикрепления планок к ветвям колонны действуют поперечная сила Fпл и изгибающий момент Мпл, определяемые по формулам (8.31) и (8.32) [2]. Прочность углового шва проверяют по формуле (8.33) [2].
^

5.5. Узлы колонны


В курсовом проекте необходимо законструировать и рассчитать 2 узла: базу колонны и оголовок. Тип колонны (сплошного или сквозного сечения) студент выбирает по своему усмотрению.

^

5.5.1. База колонны


Конструкция базы колонны должна соответствовать той расчетной схеме, которая была принята при расчете колонны. Она может обеспечивать шарнирное или жесткое сопряжение с фундаментом.

Базу любого типа рекомендуется конструировать с траверсой. Расчет базы сводится к расчету опорной плиты и расчету траверсы. При расчете опорной плиты необходимо определить площадь и толщину.

5.5.1.1. Площадь опорной плиты определяется из условия прочности материала фундамента (бетона фундамента) по формуле (8.38) [2]. В формуле (8.38) ,

где Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для расчета по первой группе предельных состояний, принимаемое в зависимости от класса бетона по прочности по табл. 13 [7]. Для фундамента применяют бетон классов В7.5, В10 и В12.5 с расчетным сопротивлением осевому сжатию соответственно 4.5, 6 и 7.5 МПа;

 – коэффициент, принимаемый равным 1.2.

Толщину траверсы при компоновке опорной плиты следует принимать в интервале 10 – 16 мм; толщину опорной плиты tпл определяют из предположения работы ее на изгиб под действием отпора фундамента. Необходимо выделить участки в соответствии с конструкцией базы. Участки могут быть консольные и опертые на четыре, три и два канта. Изгибающие моменты на этих участках можно определить соответственно по формулам (8.42), (8.40), (8.39а) [2] или (6.101), (6.102) [3]. Если один из моментов значительно превышает моменты на других участках, его нужно уменьшить постановкой дополнительного ребра.

По наибольшему из найденных моментов определяют толщину плиты tпл по формуле (8.43) [2] или (6.100) [3]. Толщина плиты tпл должна быть в пределах 20 – 40 мм.

5.5.1.2. Расчет траверсы сводится к определению ее высоты hтр и проверке ее на прочность при изгибе под действием отпора фундамента.

Высота траверсы определяется необходимой длиной швов по формуле (8.44) [2] и не должна превышать 85kff.

Прочность траверсы проверяется в местах крепления ее к ветвям. Момент и поперечная сила в месте креплений рассчитываются по формуле (8.46) [2], а напряжения, возникающие в самой траверсе и угловых швах, – по формулам (8.48) [2] и (8.47) [2] соответственно.

Анкерные болты принимают конструктивно, при шарнирном сопряжении диаметром 20 – 30 мм, при жестком – 24 – 36 мм.

^

5.5.2. Оголовок колонны


Конструкция оголовка зависит от способа опирания главных балок на колонну, которое может быть сверху и сбоку.

При опирании главных балок сверху конструкция оголовка имеет вид согласно рис. 8.22 [2] и 6.50 [3]. Расчет оголовка, выполненного согласно рис. 8.22б [2], включает:

  1. Определение толщины вертикальных ребер по формуле (8.59) [2];

  2. Определение высоты вертикальных ребер (формула (8.58) [2]);

  3. Расчет швов, прикрепляющих вертикальные ребра оголовка к опорной плите (формула (8.57) [2]);

  4. Проверку вертикальных ребер на срез (формула (8.60) [2]);

  5. Проверку стенки колонны на срез.

Толщина опорной плиты оголовка принимается конструктивно в пределах 20 – 25 мм.

Если главные балки крепятся к колонне сбоку (рис. 8.23 [2]), то опорное давление балки передается на опорный столик колонны. Толщина опорного столика принимается конструктивно на 15 – 20 мм больше толщины опорного листа главной балки.

Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам. Высоту столика можно определить из условия прочности сварного углового шва.
^

Графическая часть



Графическая часть курсового проекта выполняется на 2-х листах формата А2 и представляет собой рабочую документацию металлических конструкций, включающую рабочие чертежи КМ (конструкции металлические – на одном листе А2) и деталировочные чертежи металлических конструкций КМД (конструкции металлические деталировочные – на другом листе А2).

В рабочих чертежах КМ (лист №1) решаются все вопросы компоновки металлических конструкций. В их состав входят общие компоновочные чертежи, схемы расположения частей конструкций. На схемах должны быть показаны оси, отметки, пролеты, шаги балок, маркировка элементов и узлов. Конструктивные элементы на схемах показывают одной сплошной линией. Каждая линия обозначает отдельную отправочную единицу, поэтому в монтажных узлах линии не должны пересекаться. Схема дополняется ведомостью элементов (рис. 6).



Рис. 6. Ведомость элементов


В состав чертежей КМ входят также основные узлы конструкций: сопряжение главных балок и балок настила, сопряжение главных балок и колонн, базы колонны.

На втором листе разрабатываются деталировочные чертежи КМД на балку настила и отправочную марку главной балки. Чертеж КМД сопровождается спецификацией металла на отправочную марку (рис. 7), таблицей отправочных элементов (рис. 8).



Рис. 7. Спецификация металла



Рис. 8. Таблица отправочных марок


В чертежах КМД допускается разный масштаб изображения осей и поперечных сечений. Масштаб изображения осей принимается 1:20, 1:50; масштаб изображения поперечных сечений – 1:10, 1:20.

Рабочие чертежи КМД включают фасады, виды сверху, снизу, сбоку, которые располагаются относительно фасада с соответствующей стороны, и поперечные разрезы. На чертежах должно быть необходимое количество размеров, которые определяют габариты деталей и их положение в пространстве. Если деталь подвергается дополнительной обработке (стружка, фрезеровка, гибка), то это необходимо отразить на чертеже и в спецификации.

^

Балка настила


В процессе расчета был выбран способ сопряжения балки настила с главной балкой – сопряжение в одном уровне или этажное сопряжение. Графическое изображение балки настила будет зависеть от типа сопряжения.

Вариант 1. Сопряжение в одном уровне



Рис. 9. Фасад балки настила при сопряжении ее с главной балкой в одном уровне


Размеры с, m, f и k опорного участка балки (см. рис. 9) настила определяют по узлу сопряжения балки настила и главной балки (см. рис. 10).

Привязку балки настила к разбивочной оси (размер с) можно определить (мм):

,

где tw – толщина стенки главной балки, мм;

kf – катет шва, приваривающего ребро жесткости к стенке главной
балки, мм.

Размер m – длина участка вырезанной полки, зависит от ширины полки главной балки и может быть определен, как (мм)

.



Рис.10. Узел сопряжения балки настила и главной балки в одном уровне


Размер f – глубина выреза балки настила, зависит от толщины пояса главной балки tf и определяется (мм):

,

где kf – катет шва, приваривающего ребро жесткости к поясу главной балки, мм.

Размер k – расстояние между вертикальной осью болтового соединения и краем стенки балки настила – должен быть увязан с шириной ребра жесткости и диаметром отверстия под болты, принятых для сопряжения балок настила и главных балок, таким образом, чтобы

и ,

где do – диаметр отверстия, мм.

Количество отверстий зависит от принятого количества болтов, необходимых для восприятия опорной реакции балки настила. При разбивке горизонтальных осей болтового соединения необходимо соблюдение соотношений

, .


Вариант 2. Этажное сопряжение балки настила и главной балки.


а

б


Рис. 11. Балка настила при этажном сопряжении ее с главной балкой:

а – фасад балки настила; б – вид снизу


Размеры c и b (см. рис. 11) определяют из узла сопряжения балок (см. рис. 12).

Размер c – привязку балки настила к главной балке – принимают в пределах 2 – 3 мм.

Размер b – расстояние от оси отверстия под монтажный болт до края балки – принимают в зависимости от диаметра отверстия do:

.



Рис. 12. Узел этажного сопряжения балки настила и главной балки


Размер а можно принять равным половине ширины свеса пояса балки настила. При этом нужно убедиться, что a ≥ 1.5 do.

^

Главная балка

Изменение сечения балки по длине.






Рис. 13. Главная балка в месте изменения сечения:

а – вид сверху; б – основное сечение; в – уменьшенное сечение

^

Опорный узел главной балки.


Вариант 1. Примыкание главной балки к колонне сбоку

Размеры tоп – толщина опорного листа и – ширина уменьшенного сечения получены расчетом. Выпуск опорного листа (15 – 20 мм) принят конструктивно (см. рис. 14).

k – расстояние от крайней (верхней) горизонтальной оси болтового соединения до низа опорного листа. Из условия шарнирного опирания главной балки на колонну должно соблюдаться условие .


а

б


Рис.14. Опорный узел главной балки: а – фасад; б – вид сбоку


При расстановке монтажных болтов в опорном листе балки необходимо выдержать соотношение

,

где do – диаметр отверстия под монтажные болты.

Размер c – привязка опорного узла главной балки к разбивочной оси – можно получить из узла сопряжения колонны и главной балки (см. рис. 15).



Рис.15. Узел сопряжения главной балки с колонной при опирании сбоку


Из схемы видно, что

,

где h – высота сечения колонны.


Вариант 2. Опирание главной балки на колонну сверху

Конструкция опорного узла главной балки прежняя, изменяется величина привязки c (см. рис. 16).



Рис.16. Узел сопряжения главных балок и колонны при опирании сверху


Привязка главной балки к оси c в данном случае составляет 2 – 3 мм. Требования к монтажным болтам те же, что и в 1-м варианте.

^

Монтажный узел главной балки на высокопрочных болтах

Расположение высокопрочных болтов в полках.


Количество болтов в полках должно быть четное. При небольшом количестве болтов их целесообразно располагать двумя продольными рядами.

Расстояния a и b (см. рис. 18) следует принимать минимально возможными, чтобы не увеличивать длину поясных накладок, т.е. b ≥ 2 do и a ≥ 2.5 do, где do – диаметр отверстия под ВП болт, принимаемый на 3 – 4 мм больше диаметра болта. При этом длина накладок lн и полунакладок определяется



Рис.17. Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах:

а
а
– фасад; б – разрез


б


Рис.18. Концевая часть отправочной марки главной балки под монтажный стык:

а – фасад; б – вид сверху


мм,

где n на единицу меньше количества поперечных рядов.

Размер lн необходимо округлить до целого размера в см.

Поперек сечения болты следует расположить посередине каждого свеса пояса, проверив при этом соотношение

.
^

Расположение высокопрочных болтов в стенке.


Размер d (см. рис. 19) определяется по формуле

,

где hmax – расстояние между крайними горизонтальными рядами, определено в расчетной части.

При известном количестве болтов в одном вертикальном ряду k (определено расчетом), размер f (мм) вычисляется как

.

Длина накладок на стенке может быть получена (мм):

.

Чтобы не увеличивать ширину накладки, расстояния a и b следует принимать минимально возможными, а значит, ширину накладок на стенке можно рассчитать следующим образом:

, мм.

Размер bн, см необходимо округлить до целого числа.


Графическое оформление узлов колонны трудностей не составляет.


Чертежи КМ и КМД сопровождают примечаниями, в которых следует указать:

  • материал конструкций со ссылкой на ГОСТ или ТУ;

  • климатический район строительства;

  • вид монтажных и заводских соединений;

  • марку электродов и сварочной проволоки;

  • вид болтов и их диаметр; для высокопрочных болтов – дополнительно силу натяжения болта и способ обработки поверхности;

  • высоту неоговоренных швов;

  • рекомендации по антикоррозийной защите конструкций.
^

Порядок выполнения курсового проекта

и примерный объем этапов


№ эта-па

Содержание работы

% от общего объема

Сроки выполнения

1

Компоновка балочной клетки, сравнение вариантов, расчет балки настила, расчет главной балки, включая подбор и компоновку основного и уменьшенного сечений

20

I

неделя

2

Расчет главной балки, включая проверки подобранных сечений, расчет узлов

25

II

неделя

3

Расчет колонны сплошного и сквозного сечений, расчет узлов

20

III

неделя

4

Графическое оформление и защита курсовой работы

35

IV

неделя



^

Библиографический список





  1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2001. 51 с.

  2. СНиП 2.02.07–85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2003. 44 с.

  3. Беленя Е.И. Металлические конструкции: учеб. для строит. вузов / 
    Е.И. Беленя; под общей ред. Е.И. Беленя. М.: Высшая школа, 1997.

  4. Металлические конструкции: учеб. для строит. вузов: в 3 т. Т.1 Элементы конструкций / В. В. Горев [и др.]; под ред. В.В. Горева. М.: Высшая школа, 2001. 551 с.

  5. Временная инструкция о составе и оформлении строительных рабочих чертежей зданий и сооружений. Раздел 5. Конструкции металлические, чертежи КМ (СН 460-74). М.: Стройиздат, 1978. 22 с.

  6. Абаринов А.А. Составление деталировочных чертежей металлических
    конструкций / А.А. Абаринов. М.: Стройиздат, 1978. 50 с.

  7. Расчет стальных конструкций / Я.М. Лихтарников [и др.]. Киев: Будiвельник, 1984. 364 с.

  8. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой
    России. М.: ГУП ЦПП, 2001.

  9. СП 53–102–2004. Общие правила проектирования стальных конструкций / Госстрой России. М.: Техкнига-Сервис, 2005. 132 с.










Скачать 303,56 Kb.
оставить комментарий
Дата02.10.2011
Размер303,56 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо
  1
не очень плохо
  1
средне
  1
хорошо
  1
отлично
  3
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх