Задание на курсовую работу. Шифр задания – О 5 2 1 3 1 2.

Шифр задания – О 5 2 1 3 1 2.

Исходные данные:

1. Размер рабочей площадки – 3А×3В (таблица П1 приложения 1).

2. Шаг колонн в продольном направлении А = 18 м (таблица П1 приложения 1).

3. Шаг колонн в поперечном направлении В = 6 м (таблица П1 приложения 1).

4. Строительная высота h_стр= 2,2 м (таблица П1 приложения 1).

5. Отметка верха настила H_вн= 8 м (таблица П1 приложения 1).

6. Временная равномерно распределенная нагрузка на площадку p^н= 20 кН/м² (таблица П1 приложения 1).

7. Материал балок настила – сталь С235 (таблица П1 приложения 1).

8. Материал главной балки – сталь С255 (таблица П1 приложения 1).

9. Материал колонны – сталь С235 (таблица П1 приложения 1).

10. Бетон фундамента класса В15 (таблица П1 приложения 1).

Вариантное проектирование настилов

И балок настила

Необходимо запроектировать три балочные клетки – две нормального типа (варианты 1 и 2) , и одну усложненного типа (вариант3). В результате расчета подбираются толщины настилов, двутавры балок настила и вспомогательной балки. По результатам расчета подсчитывается материалоемкость вариантов и для дальнейших расчетов выбирается наиболее экономичный вариант.

Пример 1. Проектирование балочной клетки

Выбираем два варианта балочной клетки нормального типа и один вариант усложненного типа. При определении шага балок настила a_i (рисунок 1) необходимо иметь в виду следующее: количество балок должно быть четным и расстояние между ними должно быть в пределах от 0,6 до 1,5 м. При определении шага второстепенных балок а_вб их количество также должно быть четным, а расстояние между ними принимается в пределах от 2 до 3,5 м.

Принимаем:

1 вариант – а₁ = 1 м, n₁ = 18 балок.

2 вариант – а₂ = 1,5 м, n₂ = 12 балок.

3 вариант – а₃ = 1 м, а_вб = 3 м, n₃ = 7 балок, n_вб = 6 балок.

В усложненном типе балочной клетки нечетное количество балок настила допускается. Расчет ведем по вариантам.

Рисунок 1 – Схемы балочных клеток а, б – нормального типа, в – усложненного типа

Вариант 1

План балочной клетки с раскладкой балок приведен на рисунке 1,а. Рекомендуется предварительно задавать толщину настила в следующих пределах в зависимости от нормативной нагрузки:

t_н = 6 мм при p^н £ 10 кН/м²;

t_н = 8...10 мм при 10 < p^н £ 20 кН/м²;

t_н = 12...14 мм при p^н > 20 кН/м².

Рисунок 2 – Конструкция и расчетная схема настила

Для нагрузки p^н = 20 кН/м² принимаем t_н = 10 мм по сортаменту на толстолистовую сталь. Настил приваривается к балкам настила, что делает невозможным сближение опор при его прогибе (рисунок 2). Таким образом, расчетной схемой настила будет балка на двух шарнирно-неподвижных опорах, вследствие чего возникнет растягивающее настил усилие Н.

При нагрузке менее 50 кН/м² прочность настила обеспечена и его рассчитывают на жесткость. Предельное соотношение пролета настила к его толщине из условия жесткости определяем из выражения А.Л.Телояна:

где – a / t_н предельное соотношение пролета настила к его толщине из условия жесткости; Е₁ – цилиндрическая жесткость настила;

m = 0,3 – коэффициент Пуассона для стали; n₀ = 120 – величина, обратная предельному относительному прогибу настила a_i / f_u = 150, принимается по таблице 1; q^н – нормативная равномерно распределенная погонная нагрузка на 1 см ширины настила.

Таблица 1 (выборка из таблицы 19 [3]) – Вертикальные

предельные прогибы элементов конструкций

Примечание. Для промежуточных значений пролета предельный прогиб f_u принимается по интерполяции.

Собственный вес настила:

где g_ст = 78,5 кН/м³ – объемный вес стали.

Общая нагрузка на настил с учетом полезной нагрузки:

Нагрузка на 1 погонный сантиметр:

При заданном пролете настила а₁ = 1 м определяем его требуемую толщину:

По сортаменту принимаем t_н1= 7 мм. Растягивающее усилие Н в настиле определяем по формуле:

где g_f = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки; f_u / l = 1/120 – предельный относительный прогиб настила (таблица 1).

Назначаем параметры сварных швов крепления настила к балкам настила. Принимаем автоматическую сварку под флюсом сварочной проволокой СВ-08А, флюс АН-348-А по таблице 55^* [1], диаметр проволоки 3 мм, положение шва – нижнее, предварительно принимаем катет шва k_f = 5 мм по минимально возможному значению (таблица 38^* [1]). Значения расчетных сопротивлений:

Значения коэффициентов проплавления шва b_f = 1,1, b_z = 1,15 (таблица 34^*[1]). Определяем наиболее опасное сечение шва:

Таким образом, расчет ведем по металлу границы сплавления. Требуемый катет шва на один сантиметр ширины настила:

В соответствии с таблицей 38^* [1] принимаем катет шва k_f = 5 мм.

Подбираем сечение балки настила. Расчетная схема балки настила представлена на рисунке 3.

Определяем нормативную и расчетную погонную нагрузку на балку:

где 1,02 – коэффициент, учитывающий собственный вес балки настила; g_f1 = 1,2, g_f2 = 1,05 – коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для временной нагрузки и нагрузки от собственного веса металлических конструкций. Расчетные значения изгибающего момента и перерезывающей силы:

Рисунок 3 – Расчетная схема балки настила

Так как балка сплошного сечения и на нее действует статическая нагрузка, расчет ведем с учетом развития пластических деформаций, причем для прокатных двутавров принимаем c₁ = 1,1. Требуемый момент сопротивления двутавра:

где R_у = 23 кН/см² – по таблице 51^* [1] для фасонного проката толщиной до 20 мм; g_с = 1 – коэффициент условия работы балки (в дальнейшем при написании формул опускается).

По сортаменту ближайший больший момент сопротивления W_х = 472 см³ имеет двутавр №30, вес одного погонного метра двутавра g^н _с.в. = 0,365 кН/м, J_х = 7080 см⁴ .

Проверяем прочность балки:

Прочность балки обеспечена. Прогиб конструкции:

где f_u – предельно допустимый прогиб балки настила, определяется по таблице 1: при пролете 6 м f_u= l/200.

Жесткость балки также обеспечена. Вес настила и балок настила на 1 м² площади сооружения:

1.3.2 Вариант 2

По формуле А.Л. Телояна из 1 варианта:

где n₀ = 127,5 – по интерполяции для пролета 1,5 м по таблице 1.

При заданном шаге балок настила а₂ = 1,5 м определяем требуемую толщину настила:

По сортаменту принимаем t_н2 =11 мм. Расчетная схема настила аналогична варианту 1. Распор настила:

Параметры сварки принимаем по варианту 1. Требуемый катет шва:

По таблице 38^* [1] принимаем k_f = 5 мм.

Аналогично варианту 1 рассчитываем балку настила. Нагрузки на балку:

Расчетные усилия в балке:

Определяем требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №36, W_х = 743 см³ , J_х = 13800 см⁴ , g^н_с.в = 0,486 кН/м. Напряжения и прогиб:

Прочность и жесткость балки обеспечена.

Вес настила и балок настила на 1 м² площади:

Вариант 3

Так как шаг балок настила a₃ = 1 м, то толщину настила и катет шва принимаем по 1 варианту. Нагрузку на балку настила также принимаем по варианту 1.

Расчетная схема балки настила приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Расчетная схема балки настила по 3 варианту

Усилия в балке:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №16, W_х = 109 см³ , J_х = 873 см⁴ , g^н_с.в. = 0,159 кН/м. Напряжение и прогиб:

где f_u – предельно допустимый прогиб балки настила, определяется по таблице 1: при пролете 3 м f_u= l/150.

Жесткость и прочность балки обеспечены.

Подсчитываем нагрузку на второстепенную балку. Так как балок настила в пролете более 4-х, то заменяем сосредоточенные силы от них равномерно распределенной нагрузкой и расчетную схему принимаем по рисунку 3:

Изгибающий момент и перерезывающая сила в балке:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №50, W_х = 1589 см³ , J_х = 39727 см⁴ , g^н_с.в. = 0,785 кН/м. Напряжения и прогиб:

Прочность и жесткость балки обеспечена. Расход стали:

Составляем таблицу с основными показателями балочных клеток по вариантам (таблица 2).

Таблица 2 – Основные показатели балочных клеток

На основе сравнения вариантов по материалоемкости для дальнейшей разработки принимаем 1 вариант балочной клетки.
2 Проектирование главной балки