Расчет вспомогательных балок

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине (учебному курсу)

___________________Металлические конструкции____________________

(наименование дисциплины (учебного курса)

на тему : «Рабочая площадка промышленного здания»____________________

Тольятти 2017

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Архитектурно-строительный институт

 (наименование института полностью)

Кафедра «Промышленное, гражданское строительство и городское хозяйство»                                                                                         

Утверждаю

Завкафедрой

_____________ ________________________

      (подпись)               (И.О. Фамилия)

«____»___________20___г.

ЗАДАНИЕ

На выполнение курсовой работы

Студент Миронова Яна Артуровна_______________________________________________________

1. Тема_ «Рабочая площадка промышленного здания»______________________________________

2. Срок сдачи студентом законченной курсовой работы _____________________________________

3. Исходные данные к курсовой работе: размеры площадки в плане 48х21; шаг колонн в продольном направлении 16 м; шаг колонн в поперечном направлении 7 м;отметка верха габарита площадки 9,0 м; отметка верха габарита оборудования под перекрытием 7,0 м; временная нормативная нагрузка 24,4 кН/м2; класс стали основных несущих конструкций С245; настил – стальной; БН и ВБ – прокатные; ГБ – составного сечения, сварные. ___________________________                                         

4. Содержание курсовой работы (перечень подлежащих разработке вопросов, разделов) конструирование и расчет элементов, узлов балочной клетки, выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки, конструирование и расчет главной балки. Расчет и конструирование стержня центрально-сжатой сплошной колонны___________________________________________                                                

5. Ориентировочный перечень графического и иллюстративного материала

монтажная схема площадки, план ячейки, рабочий чертеж ГБ1, узлы, спецификация металла, таблица отправочных марок____________________________________________________________

6. Рекомендуемые учебно-методические материалы:_СНиП II-23-81*; Родионов И.К. «Конструктивные решения элементов и узлов рабочих площадок промышленных зданий», 2014 г.; Родионов И. К. «Технико-экономическое сравнение вариантов компоновки ячеек балочных клеток», 2013г.; Кудишин Ю.И., Беленя Е.И. «Металлические конструкции», 2007г_____________

6. Дата выдачи задания «_____»________________20____г.

Содержание

Задание на курсовую работу

Введение

1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

1.1.1 Балочная клетка нормального типа (I вариант)

1.1.1.1. Компоновка ячейки

1.1.1.2.Расчёт настила

1.1.1.3. Расчет балок настила

1.1.1.4. Технико-экономические показатели

1.1.2 Балочная клетка усложненного типа (II вариант)

1.1.2.1 Компоновка ячейки

1.1.2.2. Расчёт настила

1.1.2.3. Расчет балок настила

1.1.2.4. Расчет вспомогательных балок

1.1.2.5. Технико-экономические показатели

1.1.3. Технико-экономическое сравнение вариантов

ячеек балочнойклетки

1.2. Конструирование и расчет главной балки

1.2.1. Подбор основного сечения

1.2.2.Проверка стенки балки на местное давление

1.2.3.Конструирование и расчет опорной части

1.2.4.Конструирование и расчёт узла изменения сечения

1.2.5.Проверка общей устойчивости

1.2.6.Обеспечение местной устойчивости

1.2.6.1.Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений

1.2.6.2. Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений

1.2.6.3. Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений

1.2.6.4. Местная устойчивость стенки от совместного действия нормальных, касательных и местных напряжений

1.2.7. Расчёт поясных швов

1.2.8.Расчёт швов прикрепления опорных рёбер к торцам балки

1.2.9. Конструирование монтажного стыка

2. Конструирование и расчет колонны

2.1. Стержень колонны

2.2. Оголовок колонны

2.3. База колонны

Заключение

Библиографический список

Приложение

Введение

Курсовая работа выполнена на основании исходных данных задания на проектирование.

Оно содержит параметры необходимые для расчета:

· размеры рабочей площадки в плане;

· шаг колонн в продольном и поперечном направлении;

· отметки верха габарита площадки и оборудования под перекрытием;

· временная нормативная нагрузка;

· класс стали для основных несущих конструкций;

· тип монтажного стыка главной балки и т.д.

В записке приведено краткое описание и обоснование основных архитектурно-строительных решений. На основании расчетов разрабатываются основные чертежи.

В проектировании учитываются следующие требования: выбираются наиболее рациональные конструктивные решений, обеспечивающие экономию металла, минимальную трудоемкость при изготовлении, унификацию и типизацию конструкций, а также и скорость монтажа.

Конструкционная сталь

Конструкционная сталь по праву занимает важное место среди материалов, которые приспособлены для использования в строительстве промышленных зданий. Его основная функция заключается в создании каркаса скелета, который поддерживает крышу и боковые покрытия вместе с другими частями или оборудованием, которые прикреплены к стальной конструкции или поддерживаться ею. Сталь является негорючим, прочным, но относительно легким по весу для своей прочности материалом, также это пластичный, надежный и общедоступный материал. Элементы требуемой прочности и размеров могут быть изготовлены заранее заводом изготовителем, чтобы можно быстро установить их на стройплощадке.

В качестве материала для каркаса промышленных зданий сталь имеет два очень важных преимущества:

1. Почти любая структура может быть построена из конструкционной стали из-за большого разнообразия форм и размеров, определяемых требованиями различных отраслей.

2. Стальной каркас часто может быть реконструирован в соответствии с новыми условиями, новыми процессами и даже совершенно новыми способами применения. При использовании сварки и клепания могут быть сделаны значительные изменения в условиях стройплощадки без чрезмерных затрат.

Еще одним преимуществом, которое хоть и незначительно, но может быть важным в особых условиях, является тот факт, что все здание может быть демонтировано и вновь установлено в другом месте, если этого требуют обстоятельства.

Что представляет собой промышленное здание с металлическим каркасом. Это в большинстве случаем одноэтажное здание, имеющее один или несколько широких пролетов и значительную длину. Стены и кровля могут быть выполнены из самых разнообразных материалов, однако, вся конструкция здания относительно легкая. Здание может иметь или не иметь крановое оборудование и подкрановые балки, троллейные балки или другое оборудование для транспортировки материалов. Производственные операции внутри здания обычно требуют больших площадей на одном этаже и обработки тяжелых или объемных объектов. Очевидно, что для такого сооружения требуются длинные балки или фермы. При этом конструкционная сталь превосходно подходит для выполнения этих задач.

Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки

Вариант 1: Балочная клетка нормального типа

Компоновка ячейки

Примем шаг балок настилаа = 0,8 м, кратный пролету главной балки. Частное от деления L/a = 20 – четное число. Ячейка балочной клетки нормального типа приведена в прил.1.

Расчет настила

Конструктивная и расчетная схема настила представлена в данном случае на рис. 6. Расчет выполняем по аналогии с расчетом на­стила балочной клетки нор­мального типа.

 Нормативная величина нагрузки от массы на­стила:

 = p ∙ t = 78,5 кН/  ∙ 0,009 м = 0,707 кН/

Расчет балок настила

Конструктивная схема сопряжения балок настила с главными пред­став­лена в прил.3. В запас прочности и жесткости в качестве расчетной схемы прини­маем однопролетную балку с шарнирными опо­рами (прил.3).

Нормативная нагрузка, дейст­вующая на балку настила:

Расчетная на­грузка определяется с учетом коэффициентов надежности: по переменной нагрузке и постоянной нагрузки :

.

Коэффициенты надежности по нагрузке приведены в табл.1 [7]. Для стального листа = 1,05. Коэффициент надежности по временной нагрузке условно примем = 1,2.

Определяется величина максимального изгибающего момента, действующего в середине пролета рассматриваемой балки:

Определяется величина максимального перерезывающего усилия действующего на опорах:

Подбор сечения балки производится с учетом воз­можности развития в ней пластических деформаций ([6], п.5.18):

где: R_y – расчетное сопротивление стального проката на сжатие, растяжение и из­гиб , = 24 кН/см².

с₁=1,1;

- коэффициент условий работы, = 1,0.

С учетом конкретных значений , с₁,  определяем требуемый момент со­противления:

Принимаем двутаврI33, имею­щий см³ >557,27см³,  и линейную плот­ность

Прочность принятой балки обеспечена, так как .

 Проверяется жесткость балки. Для этого определяется относительный прогиб f / l₁ и сравним его с предельно допустимым значением [f / l₁] =1/250:

>

Жесткость балки не обеспечена. Принимаем больший двутавр: I36,

имеющий = 743см³, и линейную плот­ность

Определяем его относительный прогиб:

В этом случае относительный прогиб меньше предельно допустимой величины.

Таким образом, балка отвечает предъявляе­мым к ней эксплуатационным требованиям по 1-й, и 2-й группам предельных состоя­ний.

Определение ТЭП

1. Расход стали на 1 м² ячейки.

Расход стали на балки на­стила, отнесенный к 1 м² ячейки:

g_бн^п/а =48,6 кг/м /0,8 м = 60,75 кг/м².

Суммарный расход стали на квадратный метр ячейки определяется, как:

2. Количество отправочных марок балок в ячейке - 20 штук (БН).

3. Количество типоразмеров балок в ячейке – 1шт, балка I 36 конструктив­ной длиной 6980 мм (про­лет в осях 7000 мм, по 10 мм привязка с двух сторон).

1.1.2. Вариант 2: ячейка балочной клетки усложнен­ного типа

Компоновка ячейки

   Вспомогательные балки размещаем с шагом l₂ = 3.2 м, кратным пролету главных, рисунок показан в прил.4

Балки настила располагаем вдоль главных балок с шагом а₁ = 1,0 м, кратным пролету вспомогательных балок.

1.1.2.2.

Рисунок представлен в прил.5.

Нормативная величина нагрузки от массы на­стила будет равна:

Расчет балок настила

Рисунок представлен в прил.6.

Сечение балки подбирается с учетом возможности появления пластических деформаций ([5].п.5.18):

 Проверка жесткости балки настила:

Проверка выполняется, значит жесткость балки обеспечена. Принимаем для балки настила двутавр I 20.

Расчет вспомогательных балок

Рисунок представлен в прил.7.

Определяется нормативная величина нагрузки:                                 

Определяем максимальный изгибающий момент:

Определяется требуемый момент сопротивления сечения вспомогательной балки учитывая ее работу в упругопластической стадии:

Принимается двутаврI60, имеющий  и линейную плотность 108 кг/м.

Прочность двутавра обеспечена, так как ^>

    Вспомогательную балку необходимо проверить на предмет обеспеченности её общей устойчивости.

Общая устойчивость балки обеспечена, если отношение её расчет­ной длины l_efк ширине сжатого пояса b не превышает предельно допусти­мых значений [l_ef/b].

Расчетную длину находим как шаг балок настила l_ef =a=1,0 м.

Определяем предельное отношение [l_ef / b] и производится проверка устойчивости вспомогательной балки.

По ГОСТ 8239 – 89 I60:b= 19 см, t= 1,78 см, h = 60 – 1,78 = 58,22 см.

Определяется действительное отношение расчетной длины балки к ширине сжатого пояса:

Рассчитывается предельно допустимое значение отношения и сравнивается с предельным:

5,26 < 25,73 – таким образом, общая устойчивость вспомогательной балки обеспечена.

Проверяется жесткость вспомогательной балки:

Принятая вспомогательная балка отвечает условиям прочности, общей устойчивости и жесткости. Требования и 1-ой и 2-ой групп предельных состояний выполняются.

Определение ТЭП

Вычисляетсярасход стали на 1 м² настила

Вычисляетсярасход сталина балки настила, отнесенный к 1 м² ячейки:

Вычисляется расход стали на вспомогательные балки, отнесенный к 1 м² ячейки:

Рассчитывается расход стали на 1 м² балочной ячейки усложненного типа:

Отправочных марок балок в ячейке: 36 штук( 30 штук БН и 6 штук ВБ)

Типоразмеров балок в ячейке – 2 шт. (1 шт. БН и 1 шт. ВБ)

Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки

Сравниваются технико-экономические показатели для балочных клеток нормального (I) и усложненного (II) типов. Сведем технико-экономические показатели двух вариантов в таблицу 1, которая приведена в прил.28.

По показателям таблицы первый вариант более выгодный по сравнению со вторым, т.к. выгодна с экономической точки зрения и менее трудоемкая.