Расчет и конструирование главных балок.

Проектирование металлических балочных клеток

 

 

Выполнила:

т. гр. ПГС-313т

Федорюк Т.А.

Проверил:

Михайлов А.А.

 

Одесса-2010

Содержание

Задание

Исходные данные для проектирования

1. Компоновка балочной клетки

2. Расчет балок настила

3. Расчет и конструирование главных балок

3.1 Подбор сечения балки

3.2 Выбор сопряжения главных балок с балками настила

3.3 Проверка общей устойчивости балки.

3.4 Проверка местной устойчивости элементов главной балки

3.5 Расчет поясных швов

3.6 Расчет опорных частей балки

3.7 Расчет и конструирование сопряжений балок настила с главными балками

Список литературы

 

Исходные данные для проектирования:

1. Пролет главных балок L=12,0 м

2. Шаг главных балок l=3,5 м

3. Отметка уровня пола площадки Н=3,5 м

4. Временная длительная нормативная нагрузка gⁿ=12 кН/м²

5. Материал металлических конструкций: сталь С255

6. Тип настила – железобетонная плита.

 

Компоновка балочной клетки

Балочные клетки перекрытий представляют собой плоские системы стержневых элементов опирающихся на вертикальные конструкции зданий и воспринимающих поперечную распределенную нагрузку. Металлические балочные клетки нормального типа включают балки настила (второстепенные балки) по верхнему поясу которых монтируется железобетонный настил перекрытия. Балки настила в балочных клетках данного типа опираются непосредственно на главные балки, которые в свою очередь переедают нагрузку на стены или колонны здания.

На основании исходных данных задания разрабатывается расчетная схема балочной клетки, включающая ее основные размеры: пролета и шага главных балок, шага балок настила, привязку балок настила к осям.

Компоновку балочной клетки нормального типа следует начинать с разбивкисетки осей. Главные балки необходимо располагать в направлении бальшего ее шага, а балки настила – в перпендикулярном направлении.

Шаг а балок настила принимается постоянным:

а=1,5…3,0м при железобетонном настиле.

Принимаем:

 

 

Для упрощения и унификации узлов сопряжения балок настила с главными балками, следует стремиться к смещению осей балок настила на половину шага от осей опор главных балок, что приводит к необходимости размещения в торцах балочной клетки дополнительных балок.

Расчет балок настила

 

Определение величин нагрузок действующих на балку:

, кН/м - нормативная нагрузка

, кН/м - расчетная нагрузка

 

где:

- нормативная постоянная нагрузка от собственного веса настила;

кН/м³ - плотность материала настила (тяжелый железобетон);

 и  - коэффициенты надежности по нагрузке.

 

 кН/м²

 кН/м

 кН/м

 

Определение максимальных усилий в балке, от действующей на нее расчетной нагрузки:

 

 кНм

 кН

 

Определение требуемого момента сопротивления балки:

 

см³

где:

кН/см² - расчетное сопротивление стали изгибу;

 - коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций;

 , кНм - максимальный изгибающий момент.

По сортаменту принимаем номер двутавра так, чтобы при этом удовлетворялось условие .

Принимаем двутавр №24:

см³; см⁴; см³; см.

Проверяем прочность назначенного сечение балки по первой группе предельных состояний:

 

- нормальные напряжения: , кН/см²

кН/см² = 24 кН/см²;

 

Прочность подобранного сечения обеспечена.

Вычислим недонапряжение балки:

 

 

Сечение подобрано удовлетворительно.

Жесткость назначенного сечения проверяется по второй группе предельных состояний:

 

см см

где:

 

 - предельно допустимое значение относительного прогиба;

 - нормативная погонная нагрузка на балку, кН/см;

кН/см² - модуль упругости стали.

Жесткость подобранного сечения обеспечена.

Общую устойчивость балок допускается не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс конструкции и надежно с ним связанный, что имеет место в рассматриваемом случае.

Местная устойчивость элементов прокатных профилей не проверяется, так как она обеспечена при проектировании их сортамента.

 

Расчет и конструирование главных балок.

Подбор сечения балки.

Определение величины сил, которыми загружается главная балка:

 

 кН

 

Определение величины опорных реакций и внутренних усилий в главной балке:

 

 кН

 

- коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки, принимаем .

 

кНм;

 кНм;

 кНм;

кН;

 кН;

 кН;

 

Определяем требуемый момент сопротивления сечения главной балки из расчета в упругой стадии работы материала:

 

см³

Где:

 - максимальный изгибающий момент по длине главной балки;

кН/см² - расчетное сопротивление стали главной балки.

Высота сечения главной балки из условия минимального расхода материала:

 

см.

 

Поскольку для курсовой работы сталь с большим модулем не предусмотрена, увязываясь с сортаментом листовой стали окончательно принимаем см. В соответствии с рекомендуемой гибкостью стенки , ее толщина определяется как

 

см.

 

Окончательно принимаем см.

Проверим прочность стенки при ее работе на срез под действием максимальной поперечной силы:

см см.

 

Прочность обеспечена.

Где:

кН - максимальная поперечная сила в сечениях главной балки;

см – высота балки;

кН/см² – расчетное сопротивление стали срезу.

 

Площадь поперечного сечения отдельного пояса балки

 

см².

 

Задаваясь шириной пояса:

 

см

 

находим его толщину:

 

см.

 

Увязываясь с сортаментом листовой стали, окончательно принимаем

см, см.

см см

Проверяем скомпонованное сечение в соответствии с требованиями:

1. мм мм;

2. мм мм;

3. мм мм.

Конструктивные требования выполнены.

 

4. .

 

Условие свариваемости выполнены.

5. мм .

Условие равномерного распределения напряжений по ширине пояса выполнено.

 

6.

 

Условие обеспечения местной устойчивости пояса выполнено.

 

Определяем геометрические характеристики скомпонованного сечения:

 

- момент инерции

 

см⁴

 

- момент сопротивления

 

см³

 

- статический момент полки балки относительно нейтральной оси X – X

 

см³

 

- статический момент половины сечения относительно нейтральной оси X – X

 

см³.

 

Проверим прочность балки на срез при действий максимальных касательных напряжений

 

 кН/см²

 

Таким образом, недонапряжения не превышают допустимого уровня.

 

Проверим прочность балки на срез при действии максимальных касательных напряжений

 

кН/см² кН/см²

 

Прочность обеспечена.

При принятой расчетной схеме конструкций главной балки относительный прогиб определяется по формуле:

 

Где  предельно-допустимое значение относительно прогиба главной балки,