Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КУРСОВАЯ РАБОТА
Расчет и конструирование отдельных конструктивных элементов.
Содержание:
Введение
1.1. Объем работы. Исходные данные....……………………………………….2
2. Расчет настилов и вспомогательных балок
2.1. Расчет настила ……………………………………………………………….2
2.1.1. Проверка жесткости настила ……………………………………………. 3
2.1.2. Проверка прочности настила ……………………………………………. 4
2.2. Расчет вспомогательных балок .
2.2.1. Определение нагрузки на вспомогательную балку…………………….. 4
2.2.2. Подбор сечения прокатного двутавра …………………………………… 5
2.2.3. Проверка прочности вспомогательной балки …………………………... 5
2.2.4. Проверка жесткости вспомогательной балки …………………………… 5
2.3. Расчет угловых швов………………………………………………………….6
3. Расчет главной балки
3.1. Определение нагрузки на главную балку ………………………………….7
3.2. Определение размеров сечения главной балки.
3.2.1. Определение высоты главной балки ……………………………………. 7
3.2.2. Определение толщины стенки балки …………………………………… 8
3.2.3. Определение размеров пояса балки …………………………………….. 9
3.3 Проверка прочности балки.
3.3.1. По нормальным напряжениям……………………………………………10
3.3.2. По касательным напряжениям……………………………………………11
3.4. Проверка жесткости балки …………………………………………………11
3.5. Изменение сечения балки по длине.
3.5.1. Определение размеров измененного сечения пояса ……………………11
3.5.2. Проверка прочности балки в измененном сечении …………………….12
3.6 Опорный узел балки………………………………………………………… 13
3.7 Усиление стенки балки ребрами жесткости…………….………………… 15
3.8 Расчет поясных швов ………………………………………………………. 16
3.9 Проверка местной устойчивости стенки главной балки ………………… 17
4. Расчет центрально- сжатой колонны
4.1. Выбор расчетной схемы …………………………………………………….20
4.2. Расчет стержня сплошной колонны.
4.2.1. Подбор сечения стержня сплошной колонны……………………………20
4.2.2. Проверка устойчивости стержня колонны ………………………………21
4.2.3. Проверка устойчивости поясных листов колонны ……………………..22
4.2.4. Проверка устойчивости стенки колонны ………………………………..22
4.3. Расчет стержня сквозной колонны.
4.3.1. Подбор сечения стержня сквозной колонны…………………………….23
4.3.2. Определение расстояния между ветвями ………………………………..24
4.4. Расчет и конструктивное оформление балки с колонной…………………26
4.5. Расчет и конструктивное оформление базы колоны………………………27
Заключение
Список используемой литературы
Введение
В рамках курсового проекта изучаются вопросы расчета, проектирования и сооружения деревянных конструкций с целью обеспечения их требуемой надежности и долговечности при минимальных затратах материалов, труда и средств. Для того чтобы для проектируемого сечения найти наиболее целесообразное и обоснованное решение, необходимо комплексное рассмотрение вопросов поведения конструкции при нагрузке и способов производства работ по его возведению. В этой связи необходимо применять вариантное проектирование и на основе анализа различных вариантов принимать наиболее экономически целесообразное и конструктивно обоснованное решение.
Получение наиболее эффективного решения связано со значительным объемом расчетов, выполнение которых требует широкого применения ЭВМ. Особенно важно применение ЭВМ для проектирования сложных систем по второй группе предельных состояний (по деформациям) с учетом всех видов загружений, расчетных сочетаний усилий. Такая система может быть рассчитана с помощью ЭВМ, например, методом конечных элементов, позволяющим учитывать различные сочетания усилий в конструкциях.
1. Общая часть
Цель курсовой работы – закрепление знаний студентов по соответствующим разделам курса «Металлические конструкции» и приобретение навыков расчета и конструирования отдельных конструктивных элементов.
Исходные данные:
1. Полезная нормативная нагрузка, кН/м² 30
2. Отметка верха площадки, в м 7
3. Пролет главной балки, в м 16
4. Пролет второстепенной балки, в м 7,0
5. Количество продольных пролетов, шт. 3
6. Количество поперечных пролетов, шт. 3
7. Вариант сопряжения конструкций г
8. Отметка колонны на уровне верха фундамента, в м -0,8
2. Расчет настилов и вспомогательных балок
2.1. Расчет настила
Расход металла на балочную клетку зависит в основном от принятого расстояния между вспомогательными балками. Настил балочных клеток рассчитывается по деформациям, т.е. должно выполняться условие: .
Где - прогиб настила от нормального напряжения,
- допустимый прогиб, установленный в соответствии с СниП 2.01.07-85.
Вначале вычисляем цилиндрический модуль упругости:
Мпа
Допускаем пролет настила до 1 м , тогда .
Устанавливаем отношение пролета настила к его толщине, обеспечивающее жесткость настила:
где величина, обратная относительному допустимому прогибу;
- цилиндрический модуль упругости;
Мпа – модуль упругости стали;
- коэффициент Пуассона;
нормативная нагрузка.
;
Для конструкции настила делаем проверку его жесткости и прочности. Для этого в коротком направлении вырезаем полосу настила шириной 1 метр и рассматриваем ее как балку с шарнирно-подвижными опорами.
q- расчетное нагружение, кН/пог.м
а) Определяем нормативное нагружение на полосу:
кПа
где 9,81- коэффициент перехода от массы к весу, кН/т;
7,85- плотность стали, т/м³;
- толщина настила, см.
кН/м.
б) Определяем балочный прогиб полосы:
см
в) Из выражения:
,
Определяем коэффициент , который учитывает влияние продольной силы Н (распор) на величину деформации настила.
. Откуда = 2,525.
Г) Определяем величину фактического прогиба:
см.
д) Проверяем жесткость настила:
Жесткость настила обеспечена.
2.1.2.Проверка прочности настила:
а) Определяем расчетное нагружение на полосу настила шириной 1м:
кН/м.
б) Определяем изгибающий балочный момент:
кНм;
в) Определяем изгибающий момент в полосе с учетом влияния продольных сил:
;
кНм;
г) Определяем сопротивление:
кН
д) Делаем проверку прочности настила по нормальным напряжениям:
Мпа
Прочность настила обеспечена.
2.2. Расчет вспомогательных балок.
2.2.1. Определение нагрузки на вспомогательную балку.
а) Определяем нормативную нагрузку на вспомогательную балку:
кН/м;
б) Определяем расчетную нагрузку на вспомогательную балку:
- коэффициент надежности по нагружению. Для собственного веса металлических конструкций равняется 1,05; для полезного нагружения равен 1,2.
кН/м;
в) Определяем расчетный изгибающий момент:
кНм.
2.2.2. Подбор сечения прокатного двутавра.
Определяем требуемый момент сопротивления:
где С- коэффициент, который учитывает работу стали, в упругопластической области. Для двутавровых балок при плоском изгибе: с=1,12;
- коэффициент условия работы, принятый по таблице 6*.
- расчетное сопротивление стали, выбирается согласно выбранного класса прочности стали.
см³
По сортаменту принимаем двутавр №40:
Делаем проверку несущей способности и жесткости балки.
2.2.3. Проверка прочности вспомогательной балки.
Подобрав сечение вспомогательной балки, проверяем прочность:
Мпа
- момент сопротивления нетто для принятого сечения балки в см³.
Условие выполняется, значит, прочность вспомогательной балки обеспечена.
2.2.4. Проверка жесткости вспомогательной балки.
Жесткость балки проверяем, сравнивая фактический прогиб с допустимым:
где - нормативная нагрузка на вспомогательную балку;
- пролет вспомогательной балки, м;
Е- модуль упругости, принимаем Мпа;
- момент инерции сечения вспомогательной балки в см;
допустимый относительный прогиб вспомогательной балки, ;
Условие выполняется, значит, жесткость балки обеспечена.
Определяем приведенную массу настила и балки (отнесенную к единице площади):
кг/м²,
где - масса погонной длины 1м вспомогательной балки, кг/м;
- толщина настила, см;
- пролет настила, м.
2.2.5. Расчет угловых швов.
В соответствии с принятой расчетной схемой настил рассматривается, как пластинка, изгибающаяся по цилиндрической поверхности, опирающаяся по двум сторонам на шарнирно- неподвижные опоры.
Для обеспечения принятых в расчетной схеме кинематических условий на опорах необходимо настил приварить по всей длине вспомогательных балок.
Требуемую величину катета шва определяем из расчета на срез по двум сечениям: по металлу шва и по металлу границы сплавления.
При расчете по металлу шва
,см;
По металлу границы сплавления
,см;
где Н- продольная сила (распор) возникающий в настиле на 1 пог. см длины, кН;
- расчетная длина шва, принимаем равной =1 см;
- коэффициенты, которые должны приниматься при сварке элементов с пределом текучести до 580 МПа по табл.3 приложения, с пределом текучести более 580 МПа - ;
- коэффициенты условий работы шва, принимаем равным единице;
- расчетное сопротивление условному срезу по металлу шва, принимаем по табл.2 приложения;
- расчетное сопротивление условному срезу углового шва по металлу границы сплавления, принимаем ,
- временное сопротивление стали разрыву принимаем по таблице 1 приложения в зависимости от марки стали и толщины проката.
Расчетное предельное усилие в настиле (распор) можно определить по приближенной формуле:
,
где - коэффициент перегрузки для полезной нагрузки, принимаем ;
допустимый относительный прогиб настила, принимаем равным ;
Мпа – модуль упругости стали;
- коэффициент Пуассона;
- толщина настила, см.
кН
Сваривание принимаем полуавтоматическое с односторонними угловыми швами, свариваемая проволока – Св-0,8А с МПа и МПа. Для стали С235 МПа.
МПа
При расчете по металлу шва
см;
По металлу границы сплавления
см;
Согласно СНиП 2-23-81* табл. 38 принимаем =5 мм.
3. Расчет главной балки.
3.1. Определение нагрузки на главную балку.
Нагрузка на главную балку складывается из полезной нагрузки и от собственной массы настила, вспомогательных и главных балок.
Нормативная равномерно-распределенная нагрузка на главную балку определяем как:
(кН/м),
кН/м,
а расчетную
(кН/м),
кН/м,
где нормативная полезная равномерно-распределенная нагрузка, кПа;
- приведенная масса настила и вспомогательных балок, кг/м²;
- коэффициент перегрузки для полезной нагрузки, принимаем ;
- коэффициент надежности по нагрузке;
- пролет вспомогательной балки, м;
1,03- коэффициент, который учитывает собственную массу главной балки (3%).
3.2. Определение размеров сечения главной балки.
3.2.1. Определение высоты главной балки
Для определения высоты главной балки предварительно вычисляем расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления:
(кН·м),
(см³),
где МПа – расчетное сопротивление стали по пределу текучести;
кН·м,
см³,
Оптимальная высота главной балки, обеспечивающая минимальный расход стали:
(см),
где К- коэффициент, зависящий от соотношения конструктивных коэффициентов поясов и стенки балки, принимаемый равным 1,10-1,15.
Для балок высотой до 2м толщина стенки может назначаться по эмпирической формуле: (мм),
- толщина стенки, мм;
(м)- высота балки, принимаем предварительно равной 1/10 пролета балки.
м; мм. Принимаем .
Минимальная высота главной балки, обеспечивающая жесткость балки:
(см),
допустимый относительный прогиб главной балки, принимаемый равным ;
см. Принимаем .
Проверяем достаточность принятой толщины:
.
3.2.2. Определение толщины стенки балки
Толщину стенки балки определяем из условия прочности на срез в опорном сечении:
(см)
Q- поперечная сила в опорном сечении (опорная реакция),
(кН)
кН
высота стенки предварительно принимается на 4-6 см меньше высоты балки;
- расчетное сопротивление стали срезу;
МПа
см
см
Из условия обеспечения устойчивости стенки балки
см
Из условия коррозийной стойкости:
см.
Все условия выполняются, поэтому окончательно принимаем и .
3.2.3. Определение размеров пояса балки
Площадь поясов балки определяется таким образом, чтобы обеспечить необходимую величину момента сопротивления сечения балки, в такой последовательности:
- определяется необходимый момент инерции балки
см
- определяется момент инерции стенки балки:
где толщина пояса балки. Предварительно принимаем мм.
см
- необходимый момент инерции пояса:
см
- необходимая площадь каждого из двух поясов:
см²
Согласно сортаменту универсальной листовой стали, принимаем пояс - 28530 мм.
Проверим соблюдение условий принятого пояса:
1) см² см²
2) Обеспечение максимального использования прочности стали:
мм
мм
3) Условие свариваемости:
мм
4) Возможность использования автоматического сваривания:
мм
мм
5) Общая стойкость балки:
мм
6) Местная устойчивость:
Все условия соблюдаются, значит, принимаем пояс - 28530 мм.
3.3 Проверка прочности балки.
3.3.1. По нормальным напряжениям
Сечение балки подбирается, исходя из обеспечения ее прочности по нормальным напряжениям, поэтому и необходимо сделать проверку нормальных напряжений.
Для этого необходимо определить фактические геометрические размеры и нагружения:
1.Площадь сечения балки:
см;
2.Момент инерции:
см
3. Момент сопротивления:
(см³),
см³
Проверка прочности по нормальным напряжениям:
МПа
Недонапряжение составляет . Прочность балки по нормальным напряжениям обеспечена.
3.3.2. По касательным напряжениям
В случае, если балка опирается через опорное ребро проверка по максимальным касательным напряжением:
МПа
(кН)
кН
МПа
Прочность балки по касательным напряжениям обеспечена.
3.4. Проверка жесткости балки
(кН/м),
кН/м,
- нормативная равномерно-распределенная нагрузка;
- длина главной балки, м;
Е- модуль упругости, принимаем Мпа;
- момент инерции балки в см;
3.5. Изменение сечения балки по длине.
3.5.1. Определение размеров измененного сечения пояса
Для разрезных балок, работающих в упругой стадии с целью экономии стали следует изменить мечение балки за счет уменьшения площади поясов в симметричных сечениях балки на расстоянии от каждой опоры.
м. Принимаем х = 3 м.
Подбор измененного сечения балки производим в такой последовательности:
(кН·м),
кН·м
(см³),
где – расчетное сопротивление сварного стыкового шва,
МПа
(см³),
см²
см
см. Принимаем мм.
Проверяем выполнение условий:
мм
мм;
;
.
Условия соблюдаются, поэтому окончательно принимаем универсальную широкополосную сталь – 28*340 мм.
3.5.2. Проверка прочности балки в измененном сечении
Предварительно вычисляем геометрические характеристики измененного сечения.
Момент инерции определяем по формуле:
см
см;
Момент сопротивления:
(см³),
(см³),
Статический момент половины сечения:
(см³),
(см³),
Максимальную поперечную силу в месте измененного сечения:
(кН),
кН
Проверка по нормальным напряжениям в месте изменения сечения:
МПа
Проверка по касательным напряжениям:
МПа
МПа
При этажном опирании вспомогательных балок на главную балку:
МПа
МПа
- напряжение в стенке от местного давления (местные напряжения);
- коэффициент, принимаемый для балок, равным 1,1;
- расчетная сосредоточенная нагрузка от вспомогательной балки.
кН
- расчетная нагрузка на вспомогательную балку;
- пролет вспомогательной балки, м;
- условная длина распределения местного давления.
(см), где
- ширина полки прокатного двутавра вспомогательной балки, см;
- толщина полки главной балки, см.
см
кН
МПа
МПа
Приведенное напряжение не превышает допустимого значения, прочность балки в измененном сечении обеспечена.
3.6 Опорный узел балки
Опирание балок может выполняться через опорное и через промежуточное ребро. В нашем случае проектируем опорный узел балки с опиранием через опорное ребро.
Опорный узел обеспечивает передачу усилия от балки на колону, поэтому он должен воспринимать большую сосредоточенную силу – опорную реакцию. Опорное ребро, через которое собственно и передается реакция, должно вплотную касаться опоры. Его площадь определяется из условия работы на смятие, т.е.:
где - расчетное сопротивление смятию торцевых поверхностей, принимается равным
МПа
Опорная реакция: (кН)
кН;
Необходимая площадь ребра: (см²)
Для того, чтобы опорное ребро не утратило стойкости, его свободная длина должна быть:
, где - толщина ребра.
Опорное ребро и часть стенки шириной условно называется опорной стойкой. Опорную стойку проверяем на стойкость под влиянием продольной силы, которая равняется опорной реакции, при этом за расчетную длину опорной стойки принимается высота балки: , т.е. считается, что опорная стойка шарнирно опирается в нижнем и верхнем сечении.
Проверка устойчивости: ,
где φ- коэффициент продольного изгиба, принимается по табл. 72 СНиП II-23-81* в зависимости от гибкости стойки: , где - радиус инерции стойки
, где - момент инерции стойки,
,
где и- размеры опорного ребра,
- площадь опорной стойки.
Ширину ребра принимаем равной ширине пояса мм, тогда необходимая толщина будет: см.
Принимаем ребро из универсальной широкополосной стали - 22 340 мм.
Площадь опорной стойки:
(см²)
Момент инерции:
см;
Радиус инерции: см;
Гибкость: . По табл. 72 СНиП II-23-81* коэффициент φ=0,951.
Проверяем стойкость опорной стойки:
МПа
Устойчивость стойки обеспечена.
Размер «а» для опорного ребра должен быть см. Принимаем а=35 мм.
3.7 Усиление стенки балки ребрами жесткости
Стенка балки – это длинная тонкая пластина, она находиться под действием нормальных и касательных напряжений, которые могут вызвать потерю ее стойкости. Но стойкость стенки достигают не увеличением ее толщины, а установлением специальных ребер жесткости, которые располагают нормально к поверхности выпучивания листа.
Стойкость балки усиливаются поперечными ребрами жесткости, если при отсутствии местного напряжения на пояс балки, и если при действии местного напряжения на пояс балки, где - условная гибкость стенки, определяется как:
,
где - расчетная высота стенки балки, т.е. расстояние между внутренними гранями поясов.
Расстояние между поперечными ребрами принимается равной: при , и при
В случае проверки стенки на местную стойкость расстояние между ребрами может быть увеличена до .
Ребра могут быть односторонними и двусторонние. При парных симметричных поперечных ребрах ширина их выступающей части должна быть:
мм,
для односторонних –
мм.
Толщина ребра должна быть не менее:
.
При сжатии вспомогательных балок с главными в одном уровне ставятся дополнительные ребра жесткости для обеспечения конструкции узла. Высота дополнительных ребер принимается равной половине высоты сжатой зоны балки , ширина и толщина – в соответствии с и .
Расчетная высота балки равняется ее фактической высоте : см.
Условная гибкость стенки: , значит, установка поперечных ребер необходима. Поскольку при , расстояние между ребрами , но может быть увеличено до при проверки местной устойчивости стенки, принимаем расстояние между ребрами а = 4000 мм, т.е. каждую половину балки делим на два равных отсека. а = 4м<=5,83 м. Ребра принимаем двусторонние, тогда размеры ребра будут такими: мм. Принимаем мм.
см. Принимаем ребра жесткости из полосы 8105 мм.
Катет шва назначаем конструктивно. При полуавтоматическом сваривании двусторонними швами по табл.38* СНиП II-23-81* мм.
3.8 Расчет поясных швов
Поясные швы соединяют пояс балки со стенкой и воспринимают силу, которая срезает, величина которой может быть определена по формуле:
,
где - поперечная сила,
- момент инерции и статический момент пояса в рассмотренном сечении.
Поскольку максимальная поперечная сила действует в опорном сечении (), то и необходимо определять по измененному сечению. Катет поясного шва по длине балки не меняется и принимается такой же, как и в опорном сечении.
Катет поясного шва должен быть: ,
И не менее величин, указанных в табл.38* СНиП II-23-81* в зависимости от вида соединения, вида сварки и толщины элементов, которые свариваются.
Двусторонние поясные швы должны также проверяться по формулам:
,
.
Максимальный катет шва должен быть см по табл.38* СНиП II-23-81* минимальный катет при автоматическом сваривании таврового соединения с двусторонними швами при толщине более толстого из элементов, которые свариваются, 28 мм, должен быть 8 мм. По формулам и при кН/см.
По табл.34* СНиП II-23-81*: . МПа; МПа. Необходимый катет шва будет равняться: см; см.
Поскольку расчетная величина катета получилась меньше минимальной, принимаем мм.
3.9 Проверка местной устойчивости стенки главной балки
3.9.1.Устойчивость поясных листов балки обеспечена, если выполняется условие:
,
где - расчетная ширина свеса пояса, принимается равной расстоянию от грани стенки до края поясного листа:
;
- ширина пояса в месте проверки устойчивости,
- толщина пояса.
см.
Устойчивость поясных листов обеспечена.
3.9.2. Проверка устойчивости стенки балки делают с учетом всех компонентов напряженного состояния, т.е. нормальных, касательных и местных напряжений.
Сжимающие напряжения определяются на расчетной границе стенки, касательные – как средние значения при условии, что вся поперечная сила воспринимается только стенкой:
,
.
Местные напряжения определяются под вспомогательной балкой по формуле:
,
где - сосредоточенная сила, приложенная к балке, в рассмотренном случае она равняется сумме опорных реакций двух вспомогательных балок;
- условная длина разделения напряжения, для случая опирания двутавровой балки:
,
где - ширина пояса вспомогательной балки;
- толщина пояса главной балки.
Усилия и в случае проверки устойчивости в конкретных точках определяются для этих точек. Если устойчивость проверяем в отсеке, то и принимаются, равными среднему значению и на границах отсека, если ширина отсека не больше его расчетной высоты;
если длина отсека больше, то и необходимо вычислять для более напряженного участка с длиной, равной высоте отсека.
МПа,
МПа.
Местные напряжения в этом сечении отсутствуют.
3.9.3. В месте изменения сечения балки действуют только нормальные и касательные напряжения, а местные напряжения отсутствуют, , потому что вспомогательные балки в этом месте не опираются.
Проверка местной устойчивости в месте изменения сечения балки выполняется:
,
где - критические нормальные напряжения;
,
- критические касательные напряжения;
.
Коэффициент определяется по табл. 21 СНиП II-23-81* в зависимости от коэффициента защемления стенки , который определяется как:
,
где коэффициент определяется по табл. 22 СНиП II-23-81* в зависимости от назначения балок и условной работы сжатого пояса;
- расчетная ширина свободного свеса пояса, причем ширина пояса в месте изменения ширины пояса берется равной ,
- отношение большей стороны отсека к меньшей, т.е. всегда ;
- условная гибкость стенки в границах отсека:
,
где меньшая из сторон отсека (высота или ширина а).
3.9.4. Если есть местные напряжения, т.е. при проверки местной устойчивости под местом опирания вспомогательных балок, эта проверка выполняется по формуле:
.
Коэффициент условия работы во всех случаях принимается по табл.6* СНиП II-23-81*.
. По табл. 21 СНиП II-23-81* =33.
Условная гибкость стенки равняется:
.
МПа.
Поскольку ребра жесткости установлены на расстоянии больше расчетной высоты стенки, то и :
МПа
МПа
Проверяем устойчивость стенки:
Устойчивость стенки в этом сечении обеспечена.
Проверка устойчивости стенки под первым вспомогательной балкой на расстоянии х=0,5м.
Определяем внутренние усилия:
кН·м
кН
Реакция вспомогательной балки:
кН
Усилия, передаваемое в месте опирания вспомогательных балок:
кН
Определяем компоненты напряженного состояния:
МПа,
МПа.
МПа
см
где мм- ширина пояса вспомогательной балки;
Определяем критические напряжения. Касательные критические напряжения оставляем без изменения: МПа.
и
Значит, МПа, где по табл.24 СНиП II-23-81*.
МПа.
. По табл.23 СНиП II-23-81* .
Проверяем устойчивость стенки под первой балкой:
Устойчивость в этом сечении обеспечена.
4. Расчет центрально-сжатой колонны
4.1. Выбор расчетной схемы.
К расчету принимаем колону, на которую опираются две главные балки. Такую колону считаем центрально загруженной даже в случае присоединения главных балок сбоку. Для центрально-сжатых колонн рабочих площадок с целью упрощения узлов соединения их с балками и фундаментами эти узлы рациональнее принимать шарнирными. Значит, расчетной схемой колоны будет центральносжатый стержень с шарнирным опиранием концов. Расчетная длина такого стержня равняется его геометрической длине от низа главной балки до верха фундамента: , при шарнирном опирании концов .
Обрез фундамента углубляется на 800 мм.
Нагружение на колону передается главными балками и равняется сумме их опорных реакций. При опирании двух главных балок и с учетом собственного веса это нагружение равняется: , где - опорная реакция главной балки.
кН;
Отметка верха площадки – 7м;
Сталь класса С235.
Нагрузка на колону будет составлять: кН.
При этажном опирании вспомогательных балок эту длину необходимо уменьшить на величину высоты этих балок, а при расположении обреза фундамента ниже нулевой отметки прибавить величину, равную отметки обреза.
мм
Расчетная длина колоны равняется: м.
4.2. Расчет стержня сплошной колонны.
4.2.1. Подбор сечения стержня сплошной колонны
Необходимая площадь сечения колоны определяется как:
,
Коэффициент продольного изгиба определяется по табл. 72 СНиП II-23-81*, в зависимости от расчетного сопротивления стали и гибкости , которой задаемся, используя прикладную номограмму.
см²
Необходимый радиус инерции:
;
см;
Двутавровое составное сечение при условиях изготовления принимается из соотношения сторон .
Имея ввиду, что жесткость сечения относительно оси, которая является перпендикулярной стенке, больше, то по необходимому радиусу инерции определяем ширину полки :
,
см. Принимаем мм.
Соответственно, мм.
На стенку необходимо оставить приблизительно 20% необходимой площади, и тогда толщина пояса будет равняться:
;
см.
Из сортамента широкополосной универсальной стали, принимаем размеры пояса:
-18 530мм.
Стенку принимаем из такой же стали шириной 500 мм, т.е. см и см.
Определяем толщину стенки:
,
см.
Из сортамента широкополосной универсальной стали, принимаем стенку из листа
- 8500 мм.
4.2.2. Проверка устойчивости стержня колонны
Определяем геометрические характеристики сечения, причем момент инерции и радиус инерции определяется относительно оси, перпендикулярной поясам, потому что в этом направлении жесткость сечения меньше.
,
см²
см
cм,
.
По табл. 72 СНиП II-23-81*, определяется коэффициент , в зависимости от и , и выполняется проверка напряжений в сечении:
МПа.
Недонапряжение составляет:
, что допустимо нормами.
4.2.3. Проверка устойчивости поясных листов колонны
Стойкость поясных листов считается обеспеченной, если выполняется условие:
,
где =- условная гибкость стержня.
Если , необходимо принимать =0,8.
Если , необходимо принимать =4.
=
см,
.
Устойчивость поясных листов обеспечена.
4.2.4. Проверка устойчивости стенки колонны
Стойкость стенки обеспечена, если выполняется условие:
.
При, но не больше 2,3.
При , но не больше 2,3.
и делаем проверку:
Значит, стойкость стенки не обеспечена.
Условие не выполняется, значит, необходимо конструктивными путями усилить устойчивость стенки.
Проверим устойчивость стержня колоны с учетом нерабочей части высоты стенки по п.7.20* СНиП II-23-81*, пристенки сплошных колонн усиливают поперечными ребрами жесткости, которые устанавливаются на расстоянии (2,5-3) один от другого и не более 4 метров; на каждом отправном элементе должно быть не менее двух ребер.
Для этого вычисляем:
,
см
см²
МПа.
Устойчивость стержня с учетом неработающей части высоты стенки обеспечена, значит, сечение можно считать подобранным удовлетворительно.
Проверяем необходимость постановки ребер жесткости:
, значит, нет необходимости устанавливать ребра жесткости.
В соответствии с требованиями ДСтУ табл. 38* СНиП II-23-81*, катет поясного шва минимальный =5 мм.
4.3. Расчет стержня сквозной колонны.
4.3.1. Подбор сечения стержня сквозной колонны
По нонограмме для стержня из двух двутавров при метров и кН, , а соответственно коэффициент определяется по табл. 72 СНиП II-23-81*.
Необходимая площадь сечения колоны определяется из расчета относительно материальной оси.
,
см²
Необходимая площадь одной ветки:
см²
Из сортамента для ветки принимаем двутавр №55Б1, у которого см²; см; см;см; ширина полки мм; погонная масса g=86,3 кг/м.
см²
Гибкость колоны относительно материальной оси: . Соответствующий коэффициент .
Проверяем устойчивость стержня относительно материальной оси: МПа.
, значит, сечение ветки подобрано удовлетворительно.
4.3.2. Определение расстояния между ветвями
Расстояние между ветками принимается равным при ветках из двутавров расстоянию между осями стенок, а при ветках из швеллеров – расстоянию между внешними гранями.
Для определения расстояния между ветками ранее задаемся гибкостью ветки на расстоянии между планками:
, тогда .
Радиус инерции сечения относительно свободной оси: см и необходимое расстояние между ветками: см.
Принимаем расстояние между ветками кратным 50 мм мм; при этом зазор будет больше 100 мм.
Момент инерции сечения относительно свободной оси будет равняться:
см
см
Радиус инерции: см.
Гибкость: .
Для проверки устойчивости колоны относительно свободной оси заранее намечаем размеры планок:
- ширина планки а=(0,5-0,75)*50=(25-37,5) см,
Принимаем а= 300мм;
- толщина планки см,
Принимаем см.
Момент инерции планок: см.
Расстояние между осями планок:
см, принимаем см. Тогда .
Определяем отношение погонных жесткостей ветки и планки:
, а величина обратная п: , значит, для определения гибкости стержня относительно свободной оси необходимо воспользоваться формулой: ; .
Проверяем устойчивость стержня относительно свободной оси:
МПа.
Устойчивость стержня колоны относительно свободной оси обеспечена.
Для проверки прочности планок определяем условную поперечную силу и усилия в планках:
Поперечная сила, воспринимаемая одной системой планок:
кН.
Сила, перерезывающая планку: кН.
Изгибающий момент в планке: кНсм.
Проверяем прочность планок по нормальным и касательным напряжениям:
МПа
МПа
Шов, которым привариваются планки, проверяется как:
, МПа
, МПа
, МПа
, МПа
где мм.
Катет шва принимаем =1,2 мм.
Планки привариваются внахлестку угловым швом с провариванием с внутренней стороны. Нахлест должен быть в границах 20-30 мм. Таким образом, длина планки будет равняться:
мм,
где мм – ширина полки ветки двутавра №55Б1.
Сравниваем, полученные результаты по массе.
Масса сплошной колоны состоит из собственного веса стержня и массы ребер жесткости, т.е.
кг/м.
Масса сквозной колоны состоит из массы веток и массы планок, т.е.
Так как массы стержней колон практически равны между собой, предпочтение отдаем сплошной колоне как менее трудоемкой при изготовлении.
4.4. Расчет и конструктивное оформление соединения балки с колонной.
При опирании балки на колону сверху опорная реакция передается через опорную плиту на ребра и стенку сплошной колоны. Толщину опорной плиты назначаем конструктивно в границах от 20 до 25 мм. Принимаем толщину опорной плиты 25 мм.
Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Высоту катетов этих швов определяем по формуле:
см,
см
Высоту ребра определяем требуемой длиной швов, передающих нагрузку на колону:
Катет шва принимаем равным толщине стенки мм.
см,
см,
см,
см,
Толщину ребра оголовка определяем из условия сопротивления его смятию под полным опорным давлением.
см,
где длина площадки смятия, принимаем равной ширине опорного ребра, увеличенного на две толщины опорной плиты. см,
расчетное сопротивление стали смятию, МПа, где
расчетное сопротивление стали разрыву, коэффициент надежности по материалу, для наиболее распространенных сталей .
МПа
мм.
см,
Принимаем мм.
4.5. Расчет и конструктивное оформление базы колоны
База колоны состоит из опорной плиты и траверса.
Площадь опорной плиты определяется прочностью бетона фундамента в соответствии с выражением:
где - коэффициент, который учитывает характер передачи нагружения, при равномерно распределенном нагружении , ;
- прочность бетона с учетом увеличенного влияния обоймы:
,
- расчетное сопротивление бетона сжатию, определяется в зависимости от класса бетона с учетом коэффициентов надежности и .
- коэффициент, который учитывает влияние обоймы: ,
где - площадь опорной плиты;
- площадь, включающая участок, который примыкает к площадке смятия ( площадь подколонника).
С учетом и .
( предварительно задаемся);
для бетона В10 равняется 6 МПа;
МПа
см²
При квадратной опорной плите ее сторона равняется:
см. Принимаем мм из сортамента , тогда см.
Принимаем опорную плиту размером 900*800мм. Ее площадь составит: см²
Принимаем размер подколонника на 450 мм больше опрной плиты в каждую сторону, т.е. 1250*1350 мм, получим: см².
.
Уточняем :
Давление под подошвой опорной плиты:
МПа.
Размеры плиты оставляем без изменений.
Для определения толщины опорной плиты определяем изгибающие моменты на отдельных участках. Толщину траверса принимаем 16 мм.
Участок 1.
Площадка опирается по четырем сторонам. В этом случае момент в полосе плиты, равной 1 см, будет равняться:
,
- коэффициент, определяемый по табл. 8.6 СНиП 2.01.07-85, в зависимости от отношения большей стороны пластинки к меньшей , тогда.
кН*см,
где кН/см.
Участок 2.
Площадка опирается на три канта. В этом случае момент в полосе, шириной 1 см, будет равняться:
,
- коэффициент, определяемый по табл. 8.7 СНиП 2.01.07-85, в зависимости от отношения большей стороны пластинки к меньшей , значит, участок необходимо рассматривать как консоль.
кН*см
Участок 3.
Пластинка, опертая по одной стороне. В этом случае момент определяется как:
,
где - свободный свес пластинки; при опирании пластинки на три канта и отношения , то с=b.
кН*см.
Наибольший момент на участке 2. Толщину плиты определяем по этому моменту:
см,
Окончательно принимаем толщину опорной плиты t=50 мм.
Заключение
В данном курсовом проекте разработан конструктивный вариант промышленного здания из дерева, включающего основной цех и подсобное помещение.
Задачей инженера, проектирующего деревянные конструкции, является нахождение оптимального решения при помощи вариантного проектирования и оптимизационных методов расчета. В настоящее время выбор наиболее оптимального конструктивного решения осуществляется, как правило, путем технико - экономического сравнения вариантов устройства по следующим показателям:
экономической эффективности;
материалоемкости;
необходимости выполнения работ в сжатые сроки;
возможности выполнения работ в зимнее время;
трудоемкости выполнения работ и т.п.
Задачей проектирования является выбор наиболее эффективного решения, которое может быть определено только при правильной оценке условий строительной площадки, работы конструкций здания совместно с основанием, климатических условий, данных о материалах.
Все конструкции рассчитаны по первой группе предельных состояний (по прочности). Клеефанерная панель и балка подсобного помещения рассчитана по двум группам предельных состояний (по прочности и прогибу).
Список используемой литературы
1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой СССР.-М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1988.-96 с.
2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР.-М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1987.-36 с.
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/ Э.И. Беленя, В.А. Балдин,
Г.С. Ведеников и др.; Пол общ. ред. Э.И. Беленя.- 6-е изд., перераб. И доп.-М:Стройиздат, 1985.-560с., ил.
4. Металеві конструкції/ За ред. Ф.Є. Клименка: Підручник.- 2-ге вид., випр. І доп.-Львів: Світ, 2002.- 312 с.: 320 іл.
5. С.П. Ніколаєвський, В.М. Прозорова- Сталевий балковий робочий майданчик промислового призначення в прикладах (для студентів за фахом 6.092100 «Будівництво» денної і заочної форм навчання): Навч. Посібн.- Алчевськ: ДГМІ, 2003.- 95 с.
6. Методические указания к выполнению курсовой работы «Балочная клетка» по курсу «Металлические конструкции» (для студентов специальности 29.03)/ Сост.: С.П. Николаевский, И.П. Колесникова.- Алчевск: ДГМИ, 1992.- 50 с.