Балочное перекрытие рабочей площадки

Балочное перекрытие рабочей площадки

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Факультет природопользование и строительство

Кафедра ТПМ

Специальность строительство

Форма обучения очная

Курс, группа 401

РАСЧЕТНО - ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

Балочное перекрытие рабочей площадки

Вариант 863

Галяутдинова Юлия Раяновна

«К защите допускаю»

Руководитель:

Пермяков В.Н

к.т.н, доцент

УФА-2015

Номер зачетной книжки: 120863

Номер варианта: 863

Таблица 1 Исходные данные

Таблица 2 Размеры ячейки балочной клетки l × b (м)

Таблица 3 Временная нормативная нагрузка (рн, кН/м2) и отметка верха настила балочной клетки (h2, м)

Рабочие площадки. Расчет несущего настила балочной клетки

.         Исходные данные:

1.       Нормативная равномерно распределенная нагрузка: pn = 20 кН/м2 = 0,0020 кН/см2;

2.    Коэффициент надежности по нагрузке: γf = 1,2;

3.       Коэффициент условий работы: γс = 1;

4.       Предельный прогиб настила, (n0 = 150);

5.       Материал настила сталь С 235, E = 2,06∙104 кН/см2, ν = 0,3;

6.       Настил приварен к балкам с помощью полуавтоматической сварки в нижнем положении шва с вреде углекислого газа сварочной проволокой Cв-08А, Rwf = 18 кН/см2.

II.      Определяем отношение пролета настила к его толщине по формуле:

Принимаем t = 10 мм,

тогда пролет

Определяем силу, растягивающую и приходящуюся на полоску единичной ширины настила в 1 см (lw = 1 см) по формуле:

Определяем расчетное сечение шва по металлу шва (f) и по металлу границы сплавления (z):

βf = 0,8; βz = 1,05; Run = 37 кН/см2- допускаемое номинальное расчетное сопротивление

βf ∙Rwf = 0,8∙18 = 14,4 кН/см2;

βz ∙Rwz = βz ∙0,45Run = 1,05∙0,45∙37 = 17,48 кН/см2;

Расчетным сечением является сечение (min) по металлу шва (f)

Толщину углового шва, прикрепляющего настила к балкам при полуавтоматической сварке в нижнем положении шва определяем по формуле:

Принимаем kf = 4 мм.

Расчет балочных клеток

Вариант 1. Компоновка нормального типа балочной клетки. Расчет балки настила

.         Исходные данные:

1.       Нормативная равномерно распределенная нагрузка: pn = 20кН/м2 = 0,0020 кН/см2;

2.       Коэффициент надежности по нагрузке: γf = 1,2;

3.       Коэффициент условий работы: γс = 1;

.         Толщина настила t = 10 мм, ρ = 7850 кг/м3;

.         Материал балки сталь С 245, Ry = 24 кН/см2.

II.      Расчет балки выполняем с учетом развития пластических деформаций

(п. 5.18 СНиП II-23-81*) с коэффициентом cx = 1,1.

Расстояние между балками настила

Масса настила

Нормативная нагрузка на балку настила:

Расчетная нагрузка на балку настила:

Расчетный изгибающий момент

Требуемый момент сопротивления балки

По ГОСТ 8239 принимаем двутавр №33, Wx =407 см3, Ix = 5500 см4, g = 33,9 кг/м, b = 135 мм.

Фактический пролет настила

Проверяем прогиб балки по формуле:

Условие не соблюдается. Принимаем По ГОСТ 8239 двутавр №30, Wx =472 см3, Ix = 7080 см4, g = 36,5 кг/м, b = 135 мм.

Определяем расход металла на 1 м2 перекрытия:

Вариант 2. Компоновка усложненного типа балочной клетки. Расчет балки настила и вспомогательной балки

Расчет балки настила

Настил принимаем как в первом варианте.

Расстояние между балками настила

Шаг вспомогательных балок (2-5м)

Шаг балок настила b = lб.н. = 3,67 м

Нормативная и расчетная нагрузки на балку настила:

Расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления балки:

Принимаем двутавр №20, Wx =184 см3, Ix = 1840 см4, g = 21 кг/м.

Проверяем прогиб балки по формуле:

Расчет вспомогательной балки

Нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной.

Определяем нормальную и расчетную нагрузку на балку:

Определяем расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №60 , Wx =2560 см3, Ix = 75806 см4, g = 108кг/м, bf = 19 см, tf = 0,178 см.

Проверяем прогиб балки

Проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета. Их сжатый пояс закреплен от поперечных сечений балкам настила шагом lef = 100 см.

Общую устойчивость балки можно не проверять при соблюдении следующих условий:

 и

,так как cx = с = 1,1

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности, устойчивости и прогиба.

Расход стали составляет

По расходу стали вариант 1 выгоднее.

Подбор сечения главной балки

Балки проектируют сварными из трех листов.

I.        Исходные данные:

1.    Пролет балки L=11 м;

2.       Шаг колонн l = 5,4 м;

3.       Вертикальный предельный прогиб ;

.         Временная нормативная нагрузка: pn = 20 кН/м2;

.         Масса балок настила g2 = 0,30 кН/м2;

.         Собственную массу главной балки принимаем ориентировочно 2% нагрузки на нее (учитываем коэффициентом 1,02);

.         Балка из стали С 245, Ry = 23 кН/см2 при t > 20 мм, Rs = 0,58Ry = 13,3 кН/см2;

.         Строительная высота балочного перекрытия - не ограничено;

.         Коэффициент условий работы: γс = 1.

II.      Расчетные схемы

Определяем нормативную и расчетную нагрузку на балку:

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета и поперечную силу на опоре:

Главную балку рассчитываем на прочность с учетом развития пластических деформаций (п. 5.18 СНиП II-23-81*), первоначально принимая C1 = C = 1,12.

Определяем требуемый момент сопротивления:

Определяем оптимальную высоту балки, предварительно задав ее высоту h = 0,1L = 1,1м.

Приближенно (для балок высотой 1-2 м) определяем толщину стенки по эмпирической формуле:

Принимаем tw = 11 мм.

,15 - коэффициент для сварных балок.

Определяем минимальную высоту балки:

Сравнивая полученные высоты, принимаем высоту балки h = 100 см с учетом ширины, выпускаемых листов по ГОСТ 19903-74 и общей толщиной 2-х поясов не > 60 мм.

Определяем толщину стенки из условия работы стенки на срез от касательных напряжений у опоры:

Определяем необходимую толщину стенки из условия местной устойчивости, при котором не требуется укрепление ее продольными ребрами:

Окончательно принимаем tw = 1,0 см.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки при tw = 1,0 см.

Задаемся толщиной поясных листов tf ≤ 3tw = 3∙10 = 30 мм и не > 30 мм и в соответствии с ГОСТ 82-70 (сокращенный сортамент) принимаем tf = 28 мм.

Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:

Находим момент инерции стенки балки:

,

где

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси:

,

где Af - площадь сечения одного пояса (моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости пренебрегаем). Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки:

,

где .

Ширину полки bf принимаем в пределах

,

но не более

,

не менее 180 мм и в соответствии с ГОСТ 82-70.

Принимаем пояса из универсальной стали 300 x 28 мм (по ГОСТ 82-70).

Уточняем принятый ранее коэффициент учета развития пластических деформаций C1 исходя из отношения :

По СНиП II-23-81*, табл. 66 принимаем C1 = 1,07

Проверяем принятую ширину (свес) поясов исходя из их местной устойчивости:

А) В сечениях, работающих упруго

Б) В сечениях, работающих с учетом развития пластических деформаций

Проверяем несущую способность балки исходя из устойчивости стенки в области пластических деформаций балки в месте действия максимального момента Mmax, где Q и τ = 0:

Предварительно вычисляем гибкость стенки

и параметр

Несущая способность балки обеспечена.

Подобранное сечение проверяем на прочность с учетом развития пластических деформаций. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки.

Недонапряжение , что больше 5% и требуется перерасчет.

Принимаем пояса из универсальной стали 310 x 28 мм (по ГОСТ 82-70).

Уточняем принятый ранее коэффициент учета развития пластических деформаций C1 исходя из отношения :

По СНиП II-23-81*, табл. 66 принимаем C1 = 1,12

Проверяем принятую ширину (свес) поясов исходя из их местной устойчивости:

А) В сечениях, работающих упруго

Б) В сечениях, работающих с учетом развития пластических деформаций

Проверяем несущую способность балки исходя из устойчивости стенки в области пластических деформаций балки в месте действия максимального момента Mmax, где Q и τ = 0:

Предварительно вычисляем гибкость стенки

и параметр

Несущая способность балки обеспечена.

Подобранное сечение проверяем на прочность с учетом развития пластических деформаций. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки.

Наибольшее напряжение в балке

Недонапряжение , что меньше 5% и не требуется перерасчет.

Проверка прогиба балки. Проверку прогиба балки делать не нужно, так как принятая высота сечения больше hmin и фактический прогиб будет меньше предельного.

Изменение сечения балки

Место изменения сечения принимаем на расстоянии 1/6 пролета от опоры.

Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Разные сечения поясов соединяем прямым сварным швом встык, выводом концов его на технологические планки, ручной сварки электродами Э42 с применением физических методов контроля. При этих условиях для растянутого пояса Rwy = Ry, табл. 3 СНиП.

Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:

Подбор измененного сечения ведем по упругой стадии работы материала.

Определяем измененную ширину пояса bf1, сохраняя другие параметры сечения.

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

Вычисляем требуемый момент инерции поясов:

Вычисляем площадь сечения поясов:

Принимаем пояс 200 x 28 мм, Af1 = 56см2.

Принятый пояс удовлетворяет рекомендациям

, и

Вычисляем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:

Максимальное напряжение в уменьшенном сечении

,

что меньше предельно допустимого расчетного сопротивления стыкового шва по пределу текучести.

Расчет монтажного стыка сварной балки

I.        Исходные данные:

1.       M = 2959,74 кН∙м, Q = 0; сталь С 255, Ry = 23 кН/см2;

2.       Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 24 мм из стали 40х «селект», Rbun = 110 кН/см2 (табл. 61 СНиП), Abn = 3,52 см2 (табл. 62 СНиП), Rbh = 0,7Rbun = 0,7∙110=77 кН/см2 - расчетное сопротивление материала болта растяжению;

.         Обработка поверхности - газопламенная без консервации, µ = 0,42 (табл. 36* СНиП);

4.       Принимаем способ регулирования натяжения болта по моменту закручивания (M) и разницу в диаметрах отверстия болта δ = 1-4 мм, γh = 1,12 (табл. 36* СНиП);

.         Ks = 2 - две плоскости трения

.         Сечение балки:

II.      Каждый стык пояса перекрываем тремя накладками: одна сечением 340 x 16 и две - 130 x 16.

Общая площадь сечения накладок одного пояса:

Усилие в поясе определяем из условия равнопрочности соединения:

Несущую способность одного болта, имеющего две плоскости трения, вычисляем по формуле:

Принимаем 12 болтов и размещаем их согласно табл. 39 СНиП.

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d = 24 мм (на 2 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

Условие не выполняется. Возьмем болт d = 22 мм из стали 40х «селект»

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d = 22 мм (на 2 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

Условие соблюдается, ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

Условие соблюдается, ослабление накладок можно не учитывать.

Стык стенки перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 340 x 1100 x 8 мм.

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

Вычисляем коэффициент стыка α:

 = 2 - число вертикальных рядов болтов на полунакладке (принимаем). Из табл. 7.9 («М.К.» Кудишин): принимаем K = 6.

Проверяем стык на максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующего на каждый крайний наиболее нагруженный болт по формуле:

,

где

Условие соблюдается, принятый болт воспринимает усилие (203,28 кН) больше чем фактическое (108кН).

Расчет сплошной колонны

I.        Исходные данные:

1.       Длина колонны с шарнирным соединением обоих концов lк0 =760-1-33-120= 606 см = 6,06 м;

2.       Марка стали С 255, расчетное сопротивление Ry = 24 кН/см2, Rs = 0,58Ry = 0,58∙24 = 13,92 кН/см2;

.         Присоединение планок осуществляется ручной сваркой электродами Э42А;

4.       Расчетная нагрузка ;

5.       Расчетная длина стержня lк = lк0 = 6,06 м;

.         Коэффициент условий работы γc = 1; γwf = γwz = 1.

II.      Задаемся гибкостью λ = 60 и находим соответствующее значение φ = 0,805. Подбираем сечение стержня, рассчитывая его относительно материальной оси x-x, определяя требуемые:

А) Площадь сечения

Б) Радиус инерции

По сортаменту принимаем два двутавра №33 со значениями A и i, близкими к требуемым:

 и

Рассчитываем гибкость относительно оси x-x:

;

Проверяем устойчивость относительно оси x-x:

Недонапряжение

.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.   СНиП П-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования./ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990 - 96 с.

2.       СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (Дополнения. Раздел 10. Прогибы и перемещения.). / Госстрой СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 36 с.

3.       Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учебн. заведений / Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, B.C. Игнатьева и др.; Под ред. Ю.И. Кудишина, 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 688 с.

4.       Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. Под ред. Г.С. Веденикова. - 7-е. изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1998, - 760 с.: ил.

.         Металлические конструкции в 3 т., Т. 1. Элементы конструкций : Учебник для строительных вузов. Под ред. В.В. Горева. 2-е издание - М.: Высш. шк., 2001. - 521 с.: ил.

.         Металлические конструкции в 3 т., Т. 2. Конструкции зданий: Учебник для строительных вузов. Под ред. В.В. Горева. 2-е издание - М.: Высш. шк., 2002. - 528 с.: ил.

.         Расчет и конструирование элементов балочной клетки и колонны. Методические указания к курсовой работе по металлическим конструкциям. Составили В. И. Горбачев, И.А. Мяконьких, Л.Л. Чумилович. - Иркутск, 1983. - 55 с.