Несущие конструкции каркаса

Во второй части курсового проекта запроектированы основные не­сущие конструкции стального каркаса (стальные главные балки, балки настила и колонны).

В курсовом проекте конструкция перекрытия состоит из балочной клетки, кото­рая поддерживается колоннами, опирающиеся на отдельно стоящие фундаменты.

Балочная клетка представляет собой систему несущих балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям. В балочной клетке преимущественно при­меняются разрезные балки.

Балочная клетка состоит из настила, балок настила и главных балок.

Рабочий настил в балочных клетках может проектироваться из стальных листов, железобетонных - из сборных панелей или монолитной плиты.

6.2 Компоновка стального каркаса

Наружные стены здания как и для железобетонного каркаса предполагается вы­полнить из самонесущих кирпичных стен. Толщина стен принимается 510мм, с дополнительным наружным утеплением.           

Главные балки и балки настила в перекрытиях зданий запроектированы из прокатных двутавров. Применяются двутавры по ГОСТ 26020-83 типа Б.

В курсовом проекте толщина железобетонной плиты может быть принята в зави­симости от нагрузки и шага балок a_t,согласно таблицы 7.1.

Таблица 7.1

6.3  Расчет балок настила

Расчетная схема балок настила представлена на рисунке 7.2. На балку действует равномерно распределенная нагрузка, собираемая с шага а балок настила (в метрах).

Рисунок 7.2- Расчетные схемы для расчета балок настила.

Расчетное значение нагрузки q_Б2указанной на расчетной схеме определяется по формуле:

q_Б2=∑q_i·a=17,335·1,425=24,702 кН*м,

где а - шаг балок настила

Сбор нагрузки на балку настила приведен в таблице 7.2.

Расчетную длину балок настила 1₀₂можно принять равной величине L, расстоя­нию между осями главных балок Б1.

Таблица 7.2 - Нагрузка на балку настила

Наименование нагрузки	Нормативное значение		Расчетное значение
1 Собственный вес пола (из задания)	0,8	1,15	0,92
2 Собственный вес настила	1,75	1,1	1,925
3 Собственный вес балок настила Б2	0,2	1,05	0,21
5 Временная полная (полезная) (из задания)	11,9	1,2	14,28
Итого:	14,65		17,335

Нормативное значение нагрузки от собственного веса настила q_n1 можно

опреде­лить по формуле:

где t_H - толщина железобетонного настила в метрах, р=2,5т/м - плотность тяже­лого бетона.

Нормативное значение нагрузки от собственного веса балок настила принимает­ся приближенно, первоначально можно принять 0,15...0,25кПа.

Расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления при упру­гой стадии работы материала равны соответственного:

кН·м;

см³                                                       

где R_y - расчетное сопротивление стали, кН/см ,

 - коэффициент условий работы конструкции, для данного случая равен 1.

По требуемому моменту сопротивления из сортамента подбираем ближайший двутавр типа Б по ГОСТ 26020-83. Принимаем двутавр 40Б1 с характеристиками W_x=803,6см³, I_x=15750см⁴, p=48,1 кг/м.

Проверку касательных напряжений в прокатных балках при отсутствии ослабле­ния производят/

Проверка предельного состояния второй группы прокатных балок проводится путем сравнения относительного прогиба от нормативной нагруз­ки f/lс допустимым

f/l<[f/l]                                                                                                                

Для балки на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой применяется следующая формула:

       <1/200м

6.4 Расчет главных балок

На главн ую балку действует сосредоточенная нагрузка от балок настила. Допускается рассчиты­вать главную балку от условной равномерно распределенной нагрузки. Расчетная схема главных балок представлена на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 - Расчетная схема главной балки

На балку действует условная равномерно распределенная нагрузка, собираемая с шага главных балок L.

Для определения нагрузки действующей на главные балки лучше всего выпол­нить сбор нагрузки в табличной форме.

Таблица 7.3 - Сбор нагрузки на главную балку

Нормативное значение нагрузки от собственного веса балок настила определяет­ся по формуле:

q_n3=p/a·100=0,481/1,42=0,338 кг/м,

где р - линейная плотность принятого сечения балок настила в кг/м;

а - шаг балок настила.

Нормативное значение нагрузки от собственного веса главных балок принимает­ся приближенно, первоначально можно принять 0,3... 0,4кПа.

Расчетное значение нагрузки q_Б2указанной на расчетной схеме определяется по формуле:

q_Б1=∑q_i·L=17,9·7,5=134,25 кН/м

где L - шаг главных балок.

В связи с тем, что минимально допустимая величина высоты сечения колонны равняется 200мм, то с некоторым запасом расчетную длину главных балок 1₀можно принять равной величине 1₀=B-200=5700-200=5500mm, где В расстояние между колоннами в осях.

Максимальное значение расчетного изгибающего момента определяется по фор­муле:

кН*м;           

По максимальному значению момента действующего в главной балке определя­ем требуемый момент сопротивления главной балки.

см³,                                                         

где R_y - расчетное сопротивление стали, кН/см².

По требуемому моменту сопротивления из сортамента подбираем ближайший больший номер двутавра. Широкополочный двутавр типа Ш по ГОСТ 26020-83. Принимаем двутавр 55Б₂ с характеристиками W_x=2296 см³, I_x=62790 см⁴, p=97.9кг/м.

Проверка второго предельного состояния прокатных балок проводится путем сравнения относительного прогиба от нормативной нагрузки с до­пустимым:

f/l<[f/l]

                                                                                                                           

Для балки на двух опорах с условной равномерно распределенной нагрузкой воз­можно применить следующую формулу:

м <1/225 м

Для обеспечения прочности стенки главных балок необходимо выполнить про­верку местных напряжений для стенки в местах приложения сосредоточенной нагрузки к верхнему поясу:

 условие выполняется.

где t_f- толщина полки главной балки, равная 18мм;

l_ef= b+ 2 t_f=165+15,5·2=196 мм.

F-величина сосредоточенной силы от опорной реакции балок настила равняется

F=Q=92.632

b- ширина полки балок настила, равна 300мм

Рисунок 7.4- Схемы для определения длины распределения нагрузки на балку.

6.5 Расчет колонны первого этажа

Колонны воспринимают только вертикальные нагрузки. Вертикальная сила N на колонну действует центрально.

Прочность центрально-сжатой колонны обеспечена при выполнение условия:

                                                                                                       

Определим значения действующих усилий в колонне первого этажа. Полное усилие в колонне первого этажа определим по формуле:

N = [(q₁+q₂+q₃+q₄+q₅)* (п_эт-1) + (q₆ + q₂ + q₃ + q₄+ q₇)]* В* L= [(1,15+2,063+0,263+0,243+9)* (5 -1) + (1,15 + 2,063 + 0,263 + 0,243+ 2,4)]*8*6=2735,8 кН.

где п_эт - количество этажей здания (определено заданием); В, L - размер сетки колонн, м.

 

 

Таблица 7.4 - Нагрузка на колонну

Наименование нагрузки	Нормативное значение	γf	Расчетное значение
1. Собственный вес пола (определено в задании)	0,8	1,15	0,92
2. Собственный вес настила	1,75	1,1	1,925
3. Собственный вес балок настила	0,338	1,05	0,355
4. Собственный вес главных балок	0,13	1,05	0,136
5 Временная полная (полезная)	11,9	1,2	14,28
6. Собственный вес кровли (условно принимает­ся равным собственному весу пола)	0,8	1,15	0,92
7. Временная снеговая нагрузка для г.Новосибирска	1,68	-	2,4

Нормативные значения нагрузок q_n1q_n2, q_n3 можно принять равными значениям, приведенным в таблице 7.3.

Нормативное значение нагрузки от собственного веса главных балок определя­ется по формуле:

q_n4=p/100·L=0,481/100·7,5=0,64 кН/м,                                                             

Требуемую площадь сечения колонны можно определить по формуле:

А_тр=N/φ*R_y*γ_C

Для определения первоначального значения коэффициента необходимо первоначально задаться гибкостью колонны λ: при нагрузке до 2500-4000кН гибкость принять равной λ=70, по заданному значению гибкости стержня λопределяем коэффициент продольного изгиба φ.

По требуемому значению площади колонны подбирается сечение прокатного ко­лонного двутавра К по ГОСТ 26020-83.

Для принятого сечения колонны определяется гибкость и коэффициент φ.

 

Расчет:

Примем

λ=50 и R_y=240 мПа, тогда φ=0,852

А_тр=2510,87·10³/0,852·240·10⁶·1 = 122,8 см²

 

Двутавр30К₃A=257,80см²

λ=50

φ =0,852

После чего выполняется проверка принятого сечения. При этом в соответствии с требованием норм, недонапряжение не должно превышать 5%, в курсовом проекте допускается до 15%.

.