Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет»
имени первого Президента Российской Федерации Б.Н. Ельцина
Кафедра строительных конструкций
Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Металлические конструкции»
Расчет и конструирование основных несущих конструкций многоэтажного промышленного здания
Содержание
1. Исходные данные для проектирования
2. Компоновка балочной клетки
3. Расчет и конструирование балки настила
3.1 Определение толщины настила
3.2 Расчетная схема балки
3.3 Определение погонной нагрузки на балку настила
3.4 Определение максимальных внутренних усилий
3.5 Предварительный подбор сечения балки
3.6 Проверки подобранного сечения
3.6.1 Проверки по предельным состояниям I группы
3.6.2 Проверка по предельным состояниям II группы
4. Расчет главной балки
4.1 Статический расчет
4.1.1 Составление расчетной схемы
4.1.2 Определение погонной нагрузки
4.1.3 Определение усилий, возникающих в балке
4.2 Конструктивный расчет главной балки
4.2.1 Подбор и компоновка основного сечения главной балки
4.2.2 Уменьшение сечения главной балки
4.2.3 Проверки подобранного сечения главной балки по I группе предельных состояний
4.2.4 Проверки подобранного сечения главной балки по II группе предельных состояний
5. Расчет колонны сплошного сечения
5.1 Cоставление расчетной схемы и определение расчетных длин колонны
5.2 Определение нагрузки, действующей на колонну
5.3 Предварительный подбор и компоновка сечения
5.4 Проверки подобранного сечения
6. Расчет сквозного сечения колонны
6.1 Подбор сечения
6.2 Компоновка соединительных элементов
6.3 Проверка подобранного сечения
6.3.1. Проверка устойчивости относительно материальной оси х
6.3.2. Проверка устойчивости относительно оси у
6.3.3 Проверка устойчивости отдельной ветви
7. Расчет узлов
7.1 Узлы главной балки
7.1.1. Опорный узел главной балки
7.1.2. Монтажный узел главной балки
7.1.3. Узел сопряжения главной балки и балки настила
7.2 Узел колонны (жесткая база колонны)
8. Расчет и конструирование фермы
Библиографический список
1. Конструкция пола и настила: керамическая плитка толщиной 25 мм по цементной стяжке толщиной 30 мм; настил ж/бетонный толщиной 120 мм.
2. Конструкция покрытия: кровельные сэндвич-панели с толщиной утеплителя 160 мм.
3. Полезная нормативная нагрузка на перекрытие этажа pn = 12,8 кН/м2.
4. Высота этажей Н1 = 4,2 м., Н2 = 16,0 м.
5. Пролет главных балок L = 16,2 м., пролет балок настила l = 5,8 м.
6. Материал конструкций – сталь марка 10ХСНД.
7. Коэффициент надежности по полезной нагрузке γf2 = 1,2.
8. Район строительства: г. Чита.
Заводские соединения сварные, монтажные соединения – сварные, болтовые.
Учитывая пролет главной балки (L=16,2 м) и тип настила (ж/бетонный) примем шаг балок настила а=2,44 м, крайний шаг будет равен ак=2 м. При этом количество шагов получается нечетное.
Рис. 1. Компоновка балочной клетки
Определение толщины настила
Толщину ж\бетонного настила принимаем по условию равной δ = 120 мм.
Рис. 1. Расчетная схема и эпюры внутренних усилий балки настила
Таблица 1
Сбор нагрузок
No п.п.
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка, кН/м2
Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянная нагрузка
1
Керамическая плитка
δ = 25 мм; γ = 1500 кг/м3
0,375
1,1
0,4125
2
Цементная стяжка
δ = 30 мм; γ = 1600 кг/м3
0,45
1,3
0,585
3
Ж/бетонный настил
δ = 140 мм; γ = 3000 кг/м3
2,64
1,1
2,904
∑постоянных нагрузок
gn = 3,465
g = 3,9015
4
Полезная нагрузка на перекрытие этажа
12.8
1,2
15,36
∑полезных нагрузок
рn = 12,8
р = 15,36
Погонная нормативная нагрузка:
, кН/м,
где: γn – коэффициент надежности по назначению, для зданий и
сооружений второго уровня ответственности, γn=1,0;
а – шаг балок настила.
0,5 – собственный вес балки настила, кН/м.
кН/м;
Погонная расчетная нагрузка:
, кН/м;
кН/м.
Максимальный расчетный изгибающий момент:
Максимальный нормативный изгибающий момент:
Максимальная расчетная поперечная сила:
Сечение балки настила подбираем прокатное. Предварительный подбор сечения производим из условия прочности с учетом упруго-пластичной работы материала:
где: – коэффициент условий работ, (табл. 1 СП 16.13330-2017);
– расчетное сопротивление стали С375 по пределу текучести, (ГОСТ 27772-88, при ).
Подбираем требуемый момент сопротивления :
Принимаем по ГОСТ 8239-89 прокатное сечение в виде двутавра 33 со следующими геометрическими характеристиками:
;
;
;
;
;
;
.
Проверка максимальных нормальных напряжений.
Условие прочности:
Недонапряжения составляют 8,2%, что не превышает рекомендуемые 10%. Условие экономии материала выполняется.
Проверка максимальных касательных напряжений.
Условие прочности:
где: расчетное сопротивление стали С375 на сдвиг;
Проверка общей устойчивости.
Общая устойчивость балки настила обеспечена, так как верхний сжатый пояс балки непрерывно раскреплен настилом.
Проверка местной устойчивости элементов балки.
Местная устойчивость полки и стенки балки обеспечивается сортаментом.
Проверка прочности по местным напряжениям.
Нет сосредоточенных сил – проверка по местным напряжениям не требуется.
Проверка максимального прогиба.
Определяем фактический относительный прогиб балки:
где: – модуль упругости первого рода для сталей, .
Предельно допустимый прогиб определяем по таблице Е.1 СП 20.13330-2016. Имея длину балки получаем:
Сравниваем фактический относительный прогиб балки с предельно
допустимым относительным прогибом:
Фактический относительный прогиб превышает предельно допустимый, следовательно, требуется подобрать другое сечение.
Принимаем по ГОСТ 8239-89 прокатное сечение в виде двутавра 36 со следующими геометрическими характеристиками:
;
;
;
;
;
;
.
Выполняя все те же самые проверки, получаем:
Проверка максимальных нормальных напряжений.
Условие прочности:
Недонапряжения составляют 26%, что превышает рекомендуемые 10%. Условие экономии материала не выполняется, однако из условия прочности принимаем данный двутавр.
Проверка максимальных касательных напряжений.
Условие прочности:
где: расчетное сопротивление стали С375 на сдвиг;
Прочность обеспечена.
Проверка максимального прогиба.
Определяем фактический относительный прогиб балки:
где: – модуль упругости первого рода для сталей, .
Предельно допустимый прогиб определяем по таблице Е.1 СП 20.13330-2016. Имея длину балки получаем:
Сравниваем фактический относительный прогиб балки с предельно
допустимым относительным прогибом:
Фактический относительный прогиб не превышает предельно допустимого, следовательно, жёсткость балки настила обеспечена.
Так как на балку действует более 5 сосредоточенных сил (12 балок настила), то нагрузку на главную балку считаем равномерно распределенной. Расчетная схема и эпюры в
