Расчет и проектирование балочной клетки промышленного здания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ЗАПОРОЖСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ  И ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

Кафедра промышленного  и гражданского строительства

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту 

 

«Расчет и проектирование балочной клетки промышленного здания»

 

по дисциплине

«МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                         ст.гр. ПГС-110

 

         Е.В. Карпенко

 

 

 

Проверил             ст.преподаватель

 

     О.С. Филимонова

 

 

 

 

 

 

Запорожье

2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ЗАПОРОЖСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ  И ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

Кафедра промышленного  и гражданского строительства

 

 

 

ЗАДАНИЕ

к курсовому проекту  по дисциплине «Металлические конструкции» на тему

«Расчет и проектирование балочной клетки промышленного здания»

 

 

Студент ________Карпенко Е.В.  ________ группа ____ПГС - 110____

 

 

№ зачетной книжки ___101140____________

 

 

Исходные данные для  проектирования

 

Размер площадки в  плане	42×21
Шаг колонн вдоль здания L, м	14
Шаг колонн поперек здания В, м	7,0
Возвышение верха площадки над полом h ,м	7,4
Минимальный габарит  помещения  в свету под перекрытием h0,м	6
Толщина листового настила t, мм	6
Количество балок настила  в  рабочей площадке n	8
Нормативная временная нагрузка qн, кН/м2	8
Марка стали	С235

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Состав и объем курсового проекта………………………………………..4

2. Расчет балки настила………………………………………………………5

2.1. Расчетная схема, нагрузки и усилия……………………………………....5

2.2. Подбор сечения балки настила……………………………………………7

2.3. Проверка прочности и жесткости балки настила………………………..8

3. Расчет главной балки………………………………………………………9

3.1. Расчетная схема, нагрузки и усилия……………………..…………….....9

3.2. Подбор сечения балки…………………………………………………….11

3.2.1. Расчет высоты балки………………………………………………...........12

3.2.2. Расчет толщины стенки балки…………………………………………...13

3.2.3. Расчет сечения поясов……………………………………………………14

3.2.4. Расчет геометрических характеристик поперечного сечения главной балки……………………………………………………………………………...16

3.3. Проверочные расчеты…………………………………………………….17

3.4. Проверка общей и местной устойчивости главной балки……………...19

3.5. Расчет соединения пояса балки со стенкой……………………………..20

3.6. Расчет прикрепления балки настила к главной балке………………….21

4.  Расчет колонны……………………………………………………………24

4.1. Подбор сечения колонны………………………………………………...24

4.2.  Расчет планок колонны…………………………………………………...29

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Прочностные  характеристики стали для стальных конструкций и их соединений…………………………………………………..33

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Сортамент горячекатаной стали………………………….35

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Коэффициенты для расчета на прочность и  устойчивость элементов стальных конструкций………………………………………………37

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Коэффициенты для расчета угловых сварных швов и прочность на высокопрочных болтах…………………………………………..38

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….40

 

1. Состав и объем курсового проекта

 

1.1. Цель и состав проекта

Целью проекта является:

- расчет и проектирование  балки настила;

- расчет и проектирование  главной балки;

- расчет и проектирование колонны.

Курсовой проект состоит  из расчетно-пояснительной записки  и одного листа чертежа (формат А-1).

1.2. Графическая часть проекта

выполняется на листе чертежной бумаги формата А-1. Эта часть проекта включает в себя: план рабочей площадки (масштаб 1:100, 1:200); поперечный разрез рабочей площадки (масштаб 1:100–1:200); половина плана главной балки (с размещением ребер жесткости) (масштаб 1:25) и поперечный разрез (масштаб 1:10); колонна в двух проекциях с указанием планок, базы и оголовка (масштаб 1:25).

 

 

2. Расчет балки настила

 

2.1. Расчетная схема, нагрузки и усилия

Расчетной схемой балки  настила является однопролетная  балка на шарнирных опорах с расчетным  пролетом равным шагу колонн поперек здания ℓ = В = 7,0 м (рис.2.1).

 

Рис.2.1. Расчетная схема балки

 

Нормативная равномерно распределенная нагрузка q (кН/м) действующая на балку настила, определяется по формуле 2.1:

 

q

= (q^н + )×ℓ_н,        (2.1)

где q^н - нормативная временная нагрузка, кН/м;

      - нормативный удельный вес стали, кН/м³;

 t - толщина настила, м;

ℓ_н - шаг балок настила, м.

 

Нормативный удельный вес стали  (кН/м³), определяется по формуле 2.2:

 

= ,         (2.2)

где ρ - плотность стали, равная 7850 кг/м³.

= кН/м³.

Шаг балок настила ℓ_н (м), определяется по формуле 2.3:

 

ℓ_н =

,         (2.3)

где L - шаг колонн вдоль здания, м;

n - количество балок настила в рабочей площадке.

 

ℓ_н =

м;

q

= (8 + )×1,75=14,8 кН/м.

 

Расчетная равномерно распределенная нагрузка q (кН/м), действующая на балку настила, определяется по формуле 2.4:

 

q

= (γ_f1×q^н + ×γ_f2)×ℓ_н,        (2.4)

где γ_f1 - коэффициент надежности по нагрузке для стали (γ_f1=1,05);

      γ_f2 - коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки γ_f2=1,2.

q

= (1,05×8 + ×1,2)×1,75 = 15,7 кН/м.

 

От действующей нагрузки в сечениях балки возникают изгибающие моменты и поперечные силы. Наибольший изгибающий момент возникает в середине пролета, а поперечная сила на опорах.

Расчетный изгибающий момент М (кН×м), определяется по формуле 2.5:

 

         (2.5)

где В - шаг колонн поперек  здания, м.

 кН×м.

Расчетная поперечная сила , (кН) на опоре, определяется по формуле 2.6:

 

,          (2.6)

 

кН.  

2.2. Подбор сечения балки настила

Требуемый момент сопротивления W_тр (см³), исходя из расчетного изгибающего момента, определяется по формуле 2.7:

 

        (2.7)

где с₁ - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, при подборе сечения предварительно принимаем с₁ = 1,1;

R_у - расчетное сопротивление стали при изгибе по пределу текучести для фасонного проката (приложение А таблица А1), R_у = 230 МПа;

γ_с - коэффициент условий работы балки настила, γ_с = 1.

 

см³

 

По сортаменту (приложение Б, таблица Б.1) подбираем номер прокатного двутавра с ближайшим большим моментом сопротивления W_х   по сравнению с требуемым и выписывают для него момент инерции I_х.

Номер прокатной балки двутавра – 30, W_х=472 см³, I_х=7080 см⁴.       

      

 

2.3. Проверка прочности и жесткости балки настила

Проверка прочности  прокатных балок по нормальным напряжениям с учетом развития пластических деформаций выполняют из условия 2.8:

 

,        (2.8)

 

Коэффициент с₁ принимают по приложению В, таблица В1, в зависимости от отношения площади полки А_f (см²) к площади стенки A_w (см²) принятого двутавра по формуле 2.9:

 

,       (2.9)

где b - ширина полки, b = 135 мм;

t_f - толщина полки, t_f  = 10,2 мм;

h - высота двутавра, h = 300 мм;

t_w - толщина стенки, t_w = 6,5 мм.

, тогда с₁=1,09.

 

 

Условие выполняется, прочность обеспечена.

 

Проверка прочности  прокатных балок по касательным  напряжениям в опорном сечении  выполняются из условия по формуле 2.10:

 

,    (2.10)

R_s - расчетное сопротивление стали при сдвиге, МПа;

R_s = 0,58×R_у = 0,58×230 = 133,4 МПа.

 

Условие выполняется, прочность обеспечена.

 

 

Проверка жесткости  сводятся к определению относительного прогиба балки настила и сравнению его с допускаемым относительным прогибам, и определяется по формуле 2.11:

 

    (2.11)

где Е - модуль упругости  стали, МПа, Е = 2,06×10⁵;

I_х - момент инерции сечения балки, м⁴, I_х=7080 см⁴ ;

[f/l] - допустимый относительный прогиб.

 

.

Условие выполняется, жесткость обеспечена, нет необходимости увеличивать сечение балки.

 

3. Расчет главной балки

 

3.1. Расчетная схема, нагрузки и усилия

Расчетной схемой главной  балки является однопролетная с шарнирными опорами балка с расчетным пролетом, равным шагу колонн вдоль здания ℓ = L = 14 м.

При числе балок настила пять и более, нагрузка на главную балку принимается равномерно распределенная, n балок настила по условию равняется восьми.

Нормативная равномерно распределенная нагрузка q (кН/м) действующая на главную балку, определяется по формуле 3.1:

 

q

= (q + ),        (3.1)

где - нормативная погонная нагрузка от собственного веса главной балки, кН/м,

= 0,01×q^н × В;

= 0,01×8 × 7 = 0,56 кН/м;

q

= (14,8 + ) = 59,76 кН/м.

 

Расчетная равномерно распределенная нагрузка q (кН/м) действующая на главную балку, определяется по формуле 3.2:

 

q

= q + γ_f1×q ,     (3.2)

где γ_f1 - коэффициент надежности по нагрузке для стали, (γ_f1 = 1,05).

 

q

= 15,7 + 1,05×59,76 = 125,5 кН. 

Расчетный изгибающий момент М (кН×м) в сечении посередине пролета главной балки, определяется по формуле 3.3:

 

        (3.3)

где L - шаг колонн вдоль здания, м.

 кН м.

Расчетная поперечная сила (кН) в опорном сечении главной балки, определяется по формуле 3.4:

 

   

         (3.4)

кН. 

 

3.2. Подбор сечения балки

Главную балку изготавливают  сварной, постоянного сечения, состоящей  из трех листов: стенки, верхнего и нижнего  поясов (рис.3.1)

а) поперечное сечение главной балки;

        б) узел А.

Рис.3.1. Составная главная балка

Требуемый момент сопротивления W_тр (см³) сечения балки, определяется по формуле 3.5:

 

     (3.5)

где R_у - расчетное сопротивление стали при изгибе по пределу текучести для фасонного проката (приложение А таблица А1), R_у = 230 МПа;

γ_с - коэффициент условий работы главной балки, γ_с = 1.

 

 см³

 

3.2.1. Расчет высоты балки

Высота главной балки h_гб (м) ориентировочно принимается равной строительной высоте и определяется по формуле 3.6: