Курсовая работа: Проектирование металлических конструкций

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

2.Основные положения по расчету конструкций
5.1 Компоновка и подбор сечения балки
5.6 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах
6.1 Конструирование и расчет базы колонн
В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.
В состав площадки включены следующие конструкции: стальной настил, балки настила из прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные), стальные колонны сплошного сечения.
Расчет элементов металлических конструкций производится по методу предельных состояний с использованием международной системы единиц СИ. Расчет конструкций произведено с необходимой точностью и в соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями СНиП 2-23-81* «Стальные конструкции».
Выполнение расчётно-графической работы производится по заданным исходным данным.
Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.
Нормативные нагрузки: постоянная q н
= 10 кН/м 2
, временная р н
=6 кН/м 2
.
Размеры в плане: пролет L=10 м, шаг колонн l = 5 м.
Отметки верха: площадки: 8,2 м, фундамента –0,6 м.
Балочная клетка состоит из следующих элементов: стального настила (Н), укладываемого по балкам настила (БН), главных балок (ГБ), располагаемых обычно параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом, балки настила воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола и передают всю нагрузку на главные балки, а главные балки – на колонны.
Цель расчёта – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность и устойчивость при минимальном расходе материала и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж. Расчёт проводится с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной задачей этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под воздействием приложенных нагрузок.
Расчёт начинают с составления расчётных схем сооружения в целом и его отдельных элементов. Составлению расчётных схем должна предшествовать работа по компоновке отдельных конструкций с предварительной эскизной проработкой чертежей элементов и их сопряжений.
Определив по принятой расчётной схеме усилия в конструкции или её элементах (статический расчет), производят подбор их сечений (конструктивный расчёт), проверяют несущую способность и жесткость конструкций. Если хотя бы одна из проверок не удовлетворяется, уточняют размеры сечений.
Принимаем сталь С255, q н
=10 кН/м 2
, p н
=6 кН/м 2
, .
Рисунок 2 – Расчетная схема настила
Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила (см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150, прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).
Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила l н
при l н
=100 см.
где: g н
–нормативная нагрузка на настил;
t н
=0,86 см. По сортаменту принимаем tн=9 мм.
Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.
Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный см длины шва:
где: γ f
– коэффициент надежности по нагрузке (γ f
=1,2).
где: b f
– коэффициент глубины провара шва b f
= 0,7 (табл. 34* СНиП II-23- 81*, для ручной полуавтоматической сварки),
g wf
– коэффициент условия работы шва g wf
= 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*).
В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С255.
Расчетное сопротивление металла шва R wf
= 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).
2.Расчет по металлу границы сплавления:
где: b z
– коэффициент глубины провара шва b z
= 1 (табл.34 СНиП II-23-81*, для ручной полуавтоматической сварки),
R wz
– коэффициент условия работы шва R wz
= 0,45R un
. По т.51* СНиП II-23-81* для стали С255 R un
=380 МПа.
R wz
=0,45·380=184,5 МПа=18,45кН/см 2
.
Принимаем требуемый катет шва k f
=5 мм (в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*).
Принимаем сталь С255, q н
=10 кН/м 2
, p н
=6 кН/м 2
, , t н
=9 мм.
Рисунок 3 – Расчетная схема балок настила
Нормативная погонная нагрузка на балку настила:
g н
=(q н
+p н
+q н
нас
)×l f
, (8)
Расчетная погонная нагрузка на балку настила:
g=[1,05 (q н
+ q н
нас
) +1,2p н
]×l f
, (9)
g=[1,05 (10+ 0,71) +1,2×6] ×1=18,45 кН/м .

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:
По сортаменту принимаем двутавр №22а ГОСТ 8239-89 (I х
=2790 см 4
, W х
=254 см 4
, S х
=143 см 3
, b=120 мм, t=8,9 мм, d=5,4 мм, h=220 мм, m бн
=25,4 кг/м).
22,19<24 – условие прочности выполняется.
R s
g с
=0,58×24×1 = 13,92 кН/см 2
;
0,0047<0,004 –жесткость балки обеспечена.
q н
наст+бн
=0,71+0,260=0,97 кН/м 2
.
Принимаем сталь С255, L=10 м, q н
=10 кН/м 2
, p н
=6 кН/м 2
, q н
наст+бн
=0,97 кН/м 2
, , t н
=9 мм.
Рисунок 4 – Расчетная схема главной балки
Собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере 2% от нагрузки на нее.
Нормативная погонная нагрузка на балку настила:
g н
=(q н
+p н
+ q н
наст+бн
)×1,02×l 1
, (16)
g н
=(10+6 +0,97) ×1,02×5=86,55 кН/м .

Расчетная погонная нагрузка на балку настила:
g=[1,05 (q н
+ q н
нас
) +1,2p н
]×1,02×l 1
, (17)
g=[1,05 (10+ 0,97) +1,2×6] ×1,02×5=95,46 кН/м .

5.1 Компоновка и подбор сечения балки

Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных – полок
Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:
Определим поперечную силу на опоре:
Главную балку рассчитываем с учетом развития пластической деформации.
Найдём требуемый момент сопротивления по формуле:
Определим оптимальную высоту балки, соответствующую наименьшему расходу стали:
- вычисляется по эмпирической формуле:
Определим минимально допустимую высоту балки:
Из условия среза определяем минимальную толщину стенки (без учёта работы поясов):
Так как принятая толщина стенки больше рассчитанной по формуле (25) мы обеспечили местную устойчивость стенки без укрепления продольными рёбрами жёсткости.
Подбор сечения поясов. Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки, для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:
I f
тр
=225995–75587=150408 см 4
.
b f
=A f
/ t f
=31,07/1,6≈19,42 см. Принимаем b f
=20 см.
Для обеспечения устойчивости сжатого пояса балки необходимо выполнение условия:
5,94<14,65 – устойчивость сжатого пояса обеспечена.
Уточняем принятый ранее коэффициент пластичной работы с 1
:
Методом интерполяции получаем с 1
=1,17.
22,12 < 24 – условие прочности выполняется.
Выбираем листовой прокат для поясов 200х16х10000, для стенки 986х10х10000. Подобранное сечение балки удовлетворяет проверки прочности и не имеет недонапряжения больше 10%. Проверку прогиба балки делать не нужно, так как принятая высота сечения больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.
Рисунок 6 – Расчетная схема главной балки в сечении Х
Определим расчетный момент и перерезывающую силу в сечении Х по формулам:
Определим требуемый момент сопротивления и момент инерции изменённого сечения по формулам, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:
Определяем требуемый момент инерции поясов по формуле:
Требуемая площадь сечения вычисляется по формуле:
b f
1
=A f
1
/ t f
=14,95/1,6≈9,34 см. Принимаем минимально допустимое b f
1
=18 см.
A f
1
= b f
1
t f
=18·1,6=28,8 см 2
.
Принимаем пояс 180×16 мм, А f1
= 28,8 (см 2
). Принятый пояс удовлетворяет рекомендациям b f1
> , b f
1
>18 см.
Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:
Уточняем принятый ранее коэффициент пластичной работы с 1
:
A f
1
= b f
1
t f
=18·1,6=28,8 см 2
;
Методом интерполяции получаем с 1
=1,18.
R g
g с
= 24 × 0,85 = 20,4 кН/см 2
,
13,09 < 20,4 – условие прочности выполняется.
Проверяем максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки по формуле:
где: S 1
– статический момент сечения балки, вычисляемый по формуле:
Проверяем местные напряжения в стенке под балками настила по формуле:
где: F – опорные реакции балок настила, вычисляемые по формуле:
l loc
– длина передачи нагрузки на стенку балки, вычисляемая по формуле: l loc
=b f1
+2×t f
=18+2×1,6=21,2 см.
4,35 < 24 – условие прочности выполняется.
Проверяем приведенные напряжения по формуле:
Проверяем условие σ red
< R y
×g с
, 15,39<24.
Проверка показала, что прочность балки обеспечена.
Проверяем общую устойчивость балки по формуле (46) в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчет пролёт l 0
– расстояние между балками настила.
где δ=1–0,7× , так как с 1
=c, то δ=0,3.
в середине пролета балки, где учтены пластические деформации проверяем применимость формулы:
в местах, где произведено уменьшение сечения:
В условиях выполняются, значит общая устойчивость балки обеспечена.
Проверка прогиба (второе предельное состояние) балки может не производиться, так как принятая высота балки больше минимальной.
Проверка местной устойчивости сжатого пояса. Для обеспечения устойчивости пояса при его упругой работе необходимо соблюдать следующие условия:
Из выполненных условий видно, что местная устойчивость пояса обеспечена.
Согласно СНиП, требуется укреплять стенку балки поперечными рёбрами жесткости при действии местной нагрузки на пояс балки при . Проверим это условие:
Проверка показала, что стенку балки необходимо укрепить поперечными рёбрами жесткости, которые устанавливаются следующим образом: по краям через одну, а в середине под каждой балкой.
Так как балка работает с учетом пластических деформаций, то швы выполняем двухсторонние, ручной полуавтоматической сваркой в нижнем положении, сварочной проволокой Св–08А. Определяем толщину шва в сечении Х=100 см, под первой от опоры балки настила, где сдвигающая сила максимальна.
Для этого определяем более опасное сечение шва:
по металлу шва b f
=0,7 (табл.34 СНиП II-23-81*, для ручной полуавтоматической сварки); расчетное сопротивление металла шва R wf
= 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*); R wf
×b f
=180×0,7=126 МПа.
по металлу границы сплавления b z
= 1 (табл.34 СНиП II-23-81*, для ручной полуавтоматической сварки); расчетное сопротивление металла шва R wz
= 0,45R un
=0,45·410=184,5 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*); R w
z
×b z
=184,5×1=184,5 МПа.
Более опасное сечение по металлу шва.
Определим перерезывающую силу в сечении Х по формуле (34):
F – опорные реакции балок настила, вычисляемые по формуле:
l loc
– длина передачи нагрузки на стенку балки, вычисляемая по формуле: l loc
=b f1
+2×t f
=18+2×1,6=21,2 см.
Принимаем требуемый катет шва k f
=6 мм (в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*).
5.6 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

Для избежания сварки при монтаже, монтажные стыки сварных балок выполняют на высокопрочных болтах. В таких стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку - двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента.
Болты в стыке ставят на минимальных расстояниях друг от друга: (2,5–3)d болта, чтобы уменьшить размеры и массу стыковых накладок.
Расчет каждого элемента балки ведут раздельно, а изгибающий момент распределяют между поясами и стенкой пропорционально их жесткости.
Стык делаем в середине пролета балки, где
Стык осуществляется высокопрочными болтами из стали 40х «селект», имеющей (табл. 61*СНиП II-23-81*); обработка поверхности газопламенная.
- площадь сечения болта по не нарезной части;
- площадь сечения болта нетто (по нарезке).
Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения рассчитывается по формуле:
– так как разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше 1 мм.
(принимая способ регулирования болта по углу закручивания – две плоскости трения);
Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 200×10 мм и 85×10 мм – 2шт, общей площадью сечения:
Количество болтов для прикрепления накладок рассчитывается по формуле:
Принимаем 16 болтов и размещаем их как показано на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема размещения болтов на горизонтальной накладке поясов балки
Стенку перекрывают двумя вертикальными накладками сечением 900×10 мм.
Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:
Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты (на 2мм >диаметра болта).
Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:
Ослабление пояса можно не учитывать.
Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями: .
Рисунок 8 – Схема размещения болтов на вертикальной накладке поясов балки
Определяем площадь смятия торца ребра по формуле:
где: R р
=370/1,025=361 МПа – расчетное сопротивления смятию торцевой поверхности.
Проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси z. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки, определяется по формуле:
A w
=A р
+t w
b w
=18+1·19,05=37 см 2
.
Определяем φ = 0,967 (СНиП II-23-81*,табл.72).
Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки двухсторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Св-08Г2. Предварительно находим параметры сварных швов и определяем минимальное значение R w
z
×b z
=184,5 МПа.
Определяем катет сварных швов по формуле:
Принимаем требуемый катет шва k f
=6 мм (в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*).
Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.
Принимаем сталь С255, g=95,46 кН/м, R y
=24 кН/см2.
Расчетная нагрузка: N= g×l×1,05=95,46×10×1,05=1002 кН,
l 0
=ОП– t н
–h БН
–h ГБ
+ОФ=8,2–0,01–0,22–1+0,6=7,57 м.
Задаемся гибкостью λ=60 и находим соответствующее значение φ=0,805. Подбираем сечение стержня, рассчитывая его относительно материальной оси Х.
Определяем требуемые площадь сечения и радиус инерции по формулам:
По сортаменту ГОСТ 8239–72 принимаем два двутавра №33 со значениями А и i, близкие к требуемым А=53,8 см 2
, i=13,5 см.
Рассчитаем гибкость относительно оси Х:
λ х
=757/13,5=56,1. Определим φ х
=0,823.
Проверяем устойчивость относительно оси Х:
Недонапряжение составляет 5,7%, что допустимо.
6.1
Конструирование и расчет базы колонны

Материал базы – сталь марки С255, расчетное сопротивление 24 кН/см 2
. Бетон фундамента класса В15 с расчетным сопротивлением, R bt
=0,6 кН/см2.
Вычисляем расчетную нагрузку на базу колонны по формуле:
Вычисляем требуемую площадь плиты базы по формуле:
Назначаем толщину траверсы tp=10 мм. Вылет консольной части плиты l=100 мм, тогда ширина плиты b=b к
+2×(t mp
+l)=140+2(10+100)=360 мм.
Требуемая длина плиты: l mp
= cм. Принимаем l б
=40 cм.
Размеры верхнего обреза фундамента принимаем на 10 см больше размеров плиты, т.е. А ф
=a ф
×b ф
=46×50 см, корректируем коэффициент γ:
Рассчитываем напряжение под плитой базы:
Конструируем базу колонны с траверсами толщиной 10мм, привариваем их к полкам колонны и к плите угловыми швами. Вычисляем изгибающие моменты на разных участках для определения толщины плиты.
Отношение сторон b/a=310/66=4,69 – α=0,125:
М 1
= α×σ×a 2
=0,125×0,69×6,6 2
=3,8 кН/см.
Отношение сторон b 1
/a 1
=85/140=0,62 – β =0,077:
М 2
= α × β ×a 1
2
=0,077×0,69×14 2
=10,41 кН/см.
М3= α × σ ×с 2
=0,5×0,69×10 2
=34,5 (кН/см).
Определяем толщину плиты по максимальному моменту по формуле:
Принимаем толщину плиты t пл
=30 мм.
Таким образом, с запасом прочности усилие в колонне полностью передается на траверсы, не учитывая прикрепления торца колонны в плите.
Прикрепление траверсы к колонне выполняется ручной полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св08Г2. Толщину траверс принимаем tmp=10 мм, высоту h=400 мм. Расчетные характеристики:k f
=8 мм, Rs=0,58R y
=0,58×24=13,92 кН/см 2
.
Определяем напряжение шва фундамента следующим образом:
l f
= l б
–2=40–2=38 см.<85×β f
×k f
=85×0,8×0,7=47,6 см, требование к макси-мальной длине швов выполнено.
По металлу шва b f
=0,7 (табл.34 СНиП II-23-81*, для ручной полуавтоматической сварки); расчетное сопротивление металла шва R wf
= 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*); R wf
×b f
=180×0,7=126 МПа.
по металлу границы сплавления b z
= 1 (табл.34 СНиП II-23-81*, для ручной полуавтоматической сварки); расчетное сопротивление металла шва R wz
= 0,45R un
=0,45·410=184,5 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*); R w
z
×b z
=184,5×1=184,5 МПа.
Более опасное сечение по металлу шва.
1. СНиП 2-23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990.-96с.
2. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. Пособие для техникумов.-2-еизд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1991.-431с.: ил.
3. Металлические конструкции. Общий курс.: Учебник для вузов/ Е.И.Беленя, В.А. Балдин и др. ; Под общей ред. Е. И. Беленя. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат , 1986. – 560с., ил.
4. Учебное пособие. Конструирование и расчёт балочной площадки промышленного здания. – Шагивалеев К. Ф., Айгумов М.М. – Саратов: СГТУ, 2004. – 51с.

Название: Проектирование металлических конструкций
Раздел: Рефераты по строительству
Тип: курсовая работа
Добавлен 01:56:35 19 октября 2010 Похожие работы
Просмотров: 1372
Комментариев: 15
Оценило: 3 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Проектирование металлических конструкций
Реферат: Производство отливок в литейных цехах. Скачать бесплатно и без регистрации
Классификация Ошибок В Сочинении
Методика Технико Экономическое Обоснования
Реферат: Глобальные проблемы экологии. Скачать бесплатно и без регистрации
Окр Мир 2 Класс Контрольная Работа
Реферат: Newport News
Контрольная работа по теме Конкуренция
Межкультурная Коммуникация Реферат
Разбор Сочинения Допуска К Егэ
Реферат по теме Функциональные особенности обращений в современном французском языке
Реферат: Кабардино-Балкарский государственный университет
Настройка Операционной Системы Windows Реферат
Курсовая работа по теме Организация офисной локальной сети
Дипломная работа по теме Товарные запасы, товарооборачиваемость. Влияние товарооборачиваемости на результаты хозяйственной деятельности (на примере ЧУП 'Белкоопоптторг', м–н 'Дисконт')
Мотивация Және Іс Әрекет Реферат
Реферат На Тему Архитектура Барокко
Реферат: Правова охорона навколишнього природного середовища
Заболевания Позвоночника Реферат
Реферат по теме Роль науки в библиотечном деле
Курсовая Работа На Тему Ліквідація Юридичної Особи В Зв’Язку З Банкрутством
Реферат: Социально-территориальные общности. Социология города и деревни
Реферат: Природно-ресурсный потенциал Калининградской области
Доклад: Юмашев Борис Иванович