Стальная рабочая площадка промздания

Министерство  образования и науки РФ

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 
профессионального образования

«Нижегородский  государственный 
архитектурно-строительный университет»

 

Инженерно-строительный институт

 

Кафедра металлических  конструкций  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  расчетно-графическая работа

 

Стальная  рабочая площадка

промздания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород -  2013

 

 

Содержание

 

1. Таблица исходных данных и  задание на курсовую работу.

2. Расчетные характеристики материала  и коэффициенты.

3. Расчет настила, выбор шага  второстепенных балок и подбор  сечения балки настила.

3.1. Проверка  прочности настила 

          3.2. Проверка жесткости настила

4.Расчет крепления настила к балкам

5. Расчет прокатной балки

          5.1.  Расчетные характеристики материала и коэффициенты

          5.2. Геометрические характеристики  двутавра №45Б1

          5.3Статический расчет

          5.4 Проверка прочности

          5.5 Проверка жесткости

6 . Статически расчет и подбор  сечения составной сварной балки

         6.1Расчетные характеристики материала и коэффициенты.

         6.2Статический  расчет

         6.3Компоновка и предварительный подбор сечения составной балки

         6.4Проверка принятого сечения на прочность

7.Изменение сечения сварной балки по длине

         7.1. Компоновка сечения

         7.2. Определяем место изменения сечения

         7.3Проверка прочности измененного сечения

8.Проверка жесткости балки

9.Проверка общей устойчивости балки

10.Расстановка ребер жесткости и проверка местной устойчивости элементов балки

10.1Проверка устойчивости сжатого пояса

2. Проверка устойчивости стенки.

11.Расчет поясных швов составной балки.

12.Расчет опорной части балки

       12.2. Определяем размеры опорного ребра

       12.4. Рассчитываем сварные швы, необходимые для крепления ребра к стенке.

13 Расчет укрупнительного стыка  балки

           13.1Расчетные характеристики материала и коэффициенты.

           13.2Расчет стыка поясов

       13.3Расчет стыка стенки

14 . Подбор сечения колонны.

1.   Расчетные характеристики материала и коэффициенты
2. Определение расчетной длины колонны
3. Определение продольной силы
4. Подбор сечения стержня колонны
5. Проверка подобранного сечения, проверка местной устойчивости элементов  сплошной колонны
6. Установка ребер жесткости
7. Поясные швы

15. Расчет оголовка центрально-сжатой  колонны

1. Определение толщины вертикальных ребер оголовка

Определение  размеров ребра

2. Проверка прочности ребра

Проверка прочности стенки колонны  на срез

3. Расчет крепления опорных ребер к плите оголовка

16. Расчет базы центрально –  сжатой колонны.

1. Определение требуемой площади опорной плиты

       16.2 Определение размеров опорной плиты в плане

           16.3 Определение толщины опорной плиты

       16.4.Определение размеров траверс

       16.5 .Проверка прочности траверсы

      16.6. Назначение анкерных болтов

      16.7. Определение площади верхнего обреза фундамента

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Таблица исходных данных и задание на курсовую работу.

 

Рассчитать  и сконструировать металлические  конструкции рабочей площадки производственного  здания при следующих данных:  

1. Схема  и размеры площадки в плане 

    2А*2В       А=16,0 м     В=6,0 м

2. Отметки  пола первого этажа 0,000;

    - верх настила 6,000м

3. Строительная  высота перекрытия не ограничена

4. Временная   нормативная   равномерно   распределенная   нагрузка 

     22 кН/м² .

5. Температура наружного по району II₄

6. Бетон  фундаментов В 15

7. Здание второго класса ответственности

8. Материал конструкций: настил-сталь обычной прочности; второстепенные и вспомогательные балки - сталь обычной прочности; главные балки – сталь обычной прочности; колонны – сталь обычной прочности.

9. Тип сечения колонн – сквозное.

10. Укрупнительный стык сварной балки -  на высокопрочных болтах.

 

 

                                             Рис. 1. Общий вид рабочей площадки

 

1 - стальной  настил;

2 - второстепенные  балки;

3 - главные  балки;

4 - колонны;

5 - связи  между колоннами;

6 - связи  на опорах главных балок;

7 - перила;

8- лестница.

2. Расчетные характеристики материала и коэффициенты.

 

Настил  относится к 3-й группе конструкций (прилож. В [ 1 ]), поэтому сталь обычной прочности может быть С245 по ГОСТ 27772-88(табл В1[ 1 ]),. Для этой стали расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу  равно R_y =240 МПа при толщине  листов от 2 до 20 мм, временное сопротивление стали разрыву R_un =370 МПа (табл В5[ 1 ]). Балки настила и вспомогательные балки прокатного профиля относятся  ко 2-й группе конструкций, принимаем сталь С245 по ГОСТ 27772-88. Для этой стали R_y =240 МПа при толщинах  листов от 10 до 20 мм, R_un =370 МПа (табл В5[ 1 ]).

Модуль  упругости стали Е = 2,06×10⁵ МПа. Коэффициент поперечной деформации (Пуассона) n=0,3

Для сооружений I уровня ответственности коэффициент надежности по ответственности g_n = 1,0 (Статья 16 п.7 [ 4]).

Коэффициент условий работы настила и прокатных  балок g_с = 1,0 (табл. 1 [ 1 ]).

Коэффициенты  надежности по нагрузке для постоянной нагрузки g_fg = 1,05 (табл. 7.1 [ 2 ]), для временной нагрузки g_fv = 1,20 (п.8.2.2 [ 2 ]).

Предельные  относительные прогибы для настила  и балок принимаются в зависимости от величины пролета(табл. Е1[ 2 ]).  При l £ 1 м – f_u = l/120, при l = 6 м – f_u = l/200, при l = 24 м – f_u = l/250

3. Расчет настила, выбор шага второстепенных балок и подбор сечения балки настила.

 

Принимаем нормальный тип балочной клетки. Определяем возможное отношение пролета  настила к его толщине, предварительно вычислив         

и задавшись   n₀ =l_sh / f_sh = 130, при величине временной нагрузки для расчета настила по второму предельному состоянию              

                             v_n = g_n v₀ = 1,0 ×0,0022 = 0,0022 кН/см² ,

Для  величины временной нагрузки v₀ = 22 кН/м рекомендуемая толщина настила 10 – 12 мм. Принимая толщину настила 12 мм, получим предельный пролет настила

Поскольку пролет настила равен расстоянию между краями полок балок настила, то предельный шаг балок, при предварительно принятой ширине полки   b_f,fb = 13 см, равен

a_fb,u = l_sh + b_f,fb = 131,5 + 13 = 144,5 см 

Принимаем шаг балок настила из условия  кратности пролету главной балки  и возможности выполнения монтажного стыка главной балки в середине пролета. Принимаем число шагов  13, при этом 11 шагов по 140 см и 2 по 30 см. Расчетный шаг балок настила

                                       a_fb = 140 см < 144,5 см

Подбор  сечения балки настила.

Погонная (линейная) нагрузка для расчета  на прочность определяется по формуле 

где g_fb – вес 1 м.п.  балки настила, принимаем   g_fb = 0,35 кН/м.

Линейная  нагрузка для расчета на жесткость  равна:

Балка настила  является однопролетной, статически определимой с равномерно распределенной нагрузкой. Максимальный расчетный  изгибающий момент в середине пролета  балки определяется по формуле

Требуемый момент сопротивления 

                              

где с₁ – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, предварительно принимаем с₁ = 1,1.

Требуемый момент инерции сечения балок  из условия обеспечения жесткости  находим по формуле

По  сортаменту (ГОСТ 26020-83) подбираем двутавр с параллельными гранями полок №45Б1, для которого I = 24940см⁴,  W = 1125,8 см³, g = 59,8 кг/м

3.1. Проверка прочности настила

Поскольку отношение большей стороны листа  настила  к меньшей равно 6,0/1,4 = 5, что больше 2, то в этом случае настил рассчитывается как длинная пластина, работающая в условиях цилиндрического изгиба только вдоль короткой стороны.

Полное  напряжение в  пластине равно 

                                            s_х = s_ох + s_их,

где  s_ох – осевые напряжения вдоль оси х;

      s_их - изгибные напряжения вдоль оси х.

Условие прочности по упругой стадии работы стали запишем по [5 ] в виде

,

где    k_p – коэффициент пластины,

             ;

          k₀ и k_i  - коэффициенты, определяемые в зависимости от k_p  по табл. 8.3 [5]   

                   

        q_n -  нормативная равномерно распределенная нагрузка

         g_f -  коэффициент надежности по нагрузке;

         l_min – наименьшая сторона пластины;

         t_sh – толщина настила.

 

                                                  Рис.3.1. К расчету настила

Определяем коэффициент k_{p ,} при величине нагрузки

             q_n = g_n(g_sh +v_n) = 1,0 (0,942 + 22) = 22,942 кН/м² = 0,00229 кН/см²

                                   ,

значению которого соответствуют в табл. 8.3 [5]  величины коэффициентов         k₀ = 0,038  и    k_i  = 0,42

  Тогда:                                                                                             

 

Условие прочности выполняется.

            3.2. Проверка жесткости настила

Максимальный  прогиб в середине пластины определяем по [ 5 ] в виде

 

где k_d – коэффициент, принимаемый по табл.8.3 [5]

При k_p =26,9       k_d = 0,65     и         f_max = (0,65 × 1,2)/ 1,2= 0,65 см

Предельный прогиб  настила по [ 2 ] равен f_u = l_sh/130 = 140/130 = 1,08

Требование второго предельного  состояния для настила выполняется

                                 f_max = 0,65 см     < f_u =  1,08 см

4.Расчет крепления настила к балкам

Для крепления  настила к балкам принимаем полуавтоматическую сварку. Для стали С245 рекомендуется сварочная проволока Св-08А и Св-08ГА (табл. Г1 [ 1 ]. Принимаем Св-08А, для которой расчетное сопротивление металла швов (по табл.Г2 [1]) равно R_wf = 180 МПа = 18 кН/см², расчетное сопротивление металла границы сплавления  для стали С235 при R_un = 360 МПа равно

                          R_wz = 0,45R_un = 0,45×360 = 162 МПа

Для полуавтоматической  сварки b_f=0,7; b_z = 1,0 (табл. 34* [ 1 ]).

Проверяем выполняется ли условие п. 14.1.8 [ 1 ] правильности выбора сварочного материала

                                               R_wz£ R_wf £ R_wzb_z/b_f

                                            162< 180< 162×1,0/0,7 = 231

Материал  принят правильно,  расчет можно  выполнять только по металлу шва.

Цепное  усилие в настиле определяем по приближенной формуле

        

Расчетная высота углового шва, прикрепляющего настил к балке, по металлу сварного шва  равна

                          ,

где l_w – расчетная длина углового шва, l_w = 1,0 см

Минимальный катет шва, в соответствии с табл. 38 [ 1 ], при толщине свариваемых элементов – 12мм  (настил) и 11 мм (полка двутавра 45Б1) будет 4 мм. Принимаем сварной шов для крепления настила к балкам высотой по катету k_f = 4 мм.

5. Расчет  прокатной балки

Исходные  данные

-    настил – лист толщиной 12 мм;

• балка настила – двутавр №45Б1 по ГОСТ 26020-83;
• пролет балок настила      l_fb = 6,0 м;

-    шаг  балок настила  а_fb = 140 см;

-     материал балок сталь обычной  прочности. 

     5.1.  Расчетные характеристики материала и коэффициенты

 

Балки настила  относятся  ко 2-й группе конструкций, принимаем сталь С245 по ГОСТ 27772-88. Для этой стали R_y =240 МПа при толщинах  листов от 10 до 20 мм, R_un =370 МПа

Модуль  упругости Е = 2,06×10⁵ МПа

Для сооружений I уровня ответственности коэффициент надежности по ответственности g_n = 1,0 (Статья 16 п.7 [ 4]).

Коэффициент условий работы настила 

и прокатных балок g_с = 1,0 (табл. 1 [ 1 ]).

Коэффициенты  надежности по нагрузке для постоянной нагрузки g_fg = 1,05 для временной нагрузки g_fv = 1,20

Предельные  относительные прогибы для балок– f_u = l/200=3,5 см

                         5.2. Геометрические характеристики  двутавра №35Б1