Расчёт и конструирование стальных балочных конструкций рабочей площадки производственного здания и центрально сжатых колонн

МПС РОССИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ 
 
 

Факультет «Транспортные сооружения и здания» 

Кафедра «Здания и сооружения на транспорте» 

Специальность «Промышленное и гражданское строительство» 
 
 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку» 
 
 
 

Тема: «Расчёт и конструирование стальных балочных конструкций рабочей площадки производственного здания и центрально сжатых колонн» 
 
 
 

Выполнила студентка 

0620-п/ПГС-9827, Смоленск

IV курс 

Руководитель кандидат технических наук, профессор

Сазыкин И.А. 
 
 

К защите  «____» ______________2008г. ________________ 
 
 
 
 
 

      г. Смоленск

Содержание проекта: 

Расчётно - пояснительная записка.

Размещены на листе формата А1:

Монтажная схема балочной клетки в плане и в 2х разрезах (масштаб 1:200);

Отправочная марка главной балки, её разрез (масштаб 1:20);

Колонна, её сечение, сечение базы колонны (масштаб 1:20);

Монтажные узлы присоединения вспомогательной балки к главной и главной балки к колонне (масштаб 1:25);

Примечания, касающиеся условий изготовления конструкций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчётно - пояснительная записка 

Оглавление: 

Глава 1. Исходные данные для проектирования. 

Исходные данные.

Компоновка балочной клетки.

Схема рабочей площадки, схемы балочных клеток (рис. 1). 

Глава 2. Проектирование площадки. 

Расчёт настила.

Расчёт прокатных балок:

Расчёт балочной клетки по 1 варианту;

Расчёт усложнённой балочной клетки (2 вариант);

Расчёт вспомогательной балки для балочной клетки по 2 варианту;

Выбор наиболее выгодного варианта балочной клетки.

Расчёт главной балки:

Определение нагрузки на главную балку, подбор её сечения с проверкой его по несущей способности и жёсткости;

Расчёт сечения главной балки на участке 1\6 пролёта от опоры;

Расчёт необходимости применения рёбер жёсткости;

Расчёт поясных швов балки;

Проверка опорной стойки балки на устойчивость относительно оси Z;

Расчёт сопряжения вспомогательной балки с главной балкой;

Расчёт и конструирование монтажного болтового стыка в сварной главной балке.

Определение нагрузок на колонну и подбор сечения стержня сквозной колонны.

Расчёт базы колонны с траверсами. 

Глава 3. Приложения к расчёту. 

Глава 4. Литература.  

Рецензия. 
 
 
 

Глава 1. Исходные данные для проектирования. 

Исходные данные.

Таблица 1.

 

Предельный относительный прогиб настила f/l ≤ 1/150

Электроды типа Э42, имеющие

Сталь настила - 235.

Пролёт настила :

Первый вариант - а = 1м;

Второй вариант - а = 1,4м. 

- расчётное сопротивление срезу.

- расчетное сопротивление.

- расчётное сопротивление смятия торцевой поверхности

- расчётное сопротивление высокопрочного болта 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Компоновка балочной клетки. 

      Рабочие площадки располагаются внутри производственного здания и служат для размещения на них стационарного и подвижного оборудования, складов материалов и т.п.

      Систему несущих балок, образующих конструкцию рабочей площадки, называют балочной клеткой.

      При проектировании следует два варианта балочной клетки. После статического и конструктивного расчётов настила и балок для двух вариантов производят технико - экономическое сравнение по расходу стали на 1м² площади покрытия балочной клетки.

      В качестве первого варианта можно рассматривать крепление настила непосредственно к балкам настила при расстоянии между ними

а=80 - 160см (рис. 1).

      Во втором варианте стальной настил следует располагать по балкам настила при расстоянии между ними а=60 - 140см, вспомогательные балки при этом нужно располагать с шагом b=2 - 5м (рис. 2). Ему должен быть кратен пролёт главной балки.

      Данные сравнения вариантов следует свести в таблицу, из которой выбирают лучший вариант балочной клетки. При вычислении расхода стали на 1м² площади балочной клетки необходимо вес 1 погонного метра балок настила и вспомогательных балок разделить на шаг соответствующих балок.

      В качестве стального настила применяется сталь широкополосная (универсальная). Для балок и колонн применяют прокатные профили или они компонуются из листовой стали. 
 
 
 
 

Глава 2. Проектирование площадки. 

2.1. Расчёт настила. 

      Листы стального настила крепятся к верхним полкам балок настила или вспомогательных балок при помощи сварки.

      Толщину настила определяют исходя из предельного прогиба. Поэтому настил рассчитывается по нормативным нагрузкам. Относительный прогиб для него не должен превышать 1/150.

      Определим толщину стального настила t и толщину сварного шва k_f, прикрепляющего настил к балкам.

      Находим отношение l/t по графику [2, рис. 7.7]. Для =1,6 Н/см² и f/l = 1/150 отношение l/t = 122 (l = а).

I вариант:

Тогда t = а/122 = 100/122 = 0,82см.

Принимаем t = 1см.

II вариант:

t = 140/122 = 1,1см.

Принимаем t = 1,2см.

      Определим силу, растягивающую настил:

I вариант:

Где

n=g_fi = 1,2 - коэффициент перегрузки для действующей нагрузки, 

Где

µ = 0,3 - коэффициент Пуассона, коэффициент поперечной деформации.

Расчётная толщина сварного углового шва:

Где

β_f  = 1,1 - коэффициент принимаемый в зависимости от вида сварки,

l_f = длина шва,

R_wf  = 18 кН/см² - расчётное сопротивление шва.

      Принимаем толщину шва 4мм.

II вариант:

      Принимаем толщину шва 4мм. 

Расчёт прокатных балок: 

      Расчёт балок настила и вспомогательных балок выполняется так же, как для однопролётных шарнирно  опёртых с равномерно распределённой нагрузкой.

      Шаг вспомогательных балок (при их расположении в одном уровне с главными балками) обычно увязывают с расстоянием между рёбрами жёсткости главной балки.

      Подбор сечений балки из прокатных двутавровых профилей производят по расчётному моменту в середине пролёта. Поскольку для рассматриваемых балок соблюдены требования п. 5.18 СНиП II - 23 - 81*, сечения подбирают с учётом пластических деформаций.

      Для прокатных двутавров пластический момент сопротивления при изгибе в плоскости стенки в первом приближении принимается W_пл = 1,1W, где W - момент сопротивления сечения балки. Значение С₁ уточняется после назначения номера проката (Прил. 1, табл. 6).

      Расчёт балки настила или вспомогательной балки сводится к определению необходимого номера прокатного профиля и его проверке на прочность и жёсткость. Прогиб балки не должен превышать 1/250 пролёта.

      Погонная нормативная нагрузка на балку настила или вспомогательную балку при отсутствии балок настила складывается из погонной полезной нормативной нагрузки и погонной нормативной нагрузки от собственного веса настила. Соответственно для усложнённой балочной клетки погонная нормативная нагрузка на вспомогательную балку включает, помимо перечисленных, нормативную нагрузку от собственного веса балок настила.

      Расчётную погонную нагрузку определяют путём сложения расчётных погонных нагрузок от собственного веса настила, балок настила и полезной нагрузки. 

Расчёт балочной клетки по 1 варианту; 

      Нормативная погонная нагрузка настила:

      Нормативная погонная нагрузка на балку настила:

      Расчётная погонная нагрузка на балку настила:

      Расчётный изгибающий момент:

      Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учётом упругопластической работы (С₁=1,1):

      Принимаем по ГОСТ 8239-89 двутавр №33, для которого:

Проверим прогиб принятой балки настила с учётом собственного веса.

      Нормативная погонная нагрузка: