Курсовая работа

-
...

Содержание
1 Исходные данные 3
2 Технико-экономическое сравнение вариантов 4
3 Расчет главной балки 8
3.1 Подбор сечения 8
3.2. Проверки подобранного сечения 11
3.3 Изменение сечения балки по длине 16
3.4 Проверки изменённого сечения 17
4 Расчет колонны 20
4.1 Подбор сечения 20
4.2 Расчет опирания главной балки на колонну 22
4.3 Расчет базы колонны 24
Приложения 30
Приложение 1. Таблица 19 СНиП 2.01.07-85 (2003) 30
Список литературы 32

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Расчетно-графическая работа«Балочная клетка»
Исходные данные:
1. Ширина колонн в продольном направлении = 18,0 м.
2. Шаг колонн в поперечном направлении = 7,5 м.
3. Отметка верха настила = 11,0 м.
4. Строительная высота перекрытия не ограничена.
5. Временная равномерно–распределенная нагрузка = 20,0 кН/м2.
6. Материал стальных конструкций: балок, колонн и настила по выбору
7. Бетон фундаментов: класс В 15
8. Допускаемый относительный прогиб настила: 1/150.

7.10 [4], стенку балки укрепляем поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать = 2*172,8 = 345,60 см.Принимаем шаг поперечных ребер (Рис.3) = 300,00 см (увязываем расположение ребер с шагом балок настила).Рис. SEQ Рисунок \* ARABIC 3. Главная балка.Ширину ребра принимаем исходя из условия: = 172,8/30+40 = 97,6 мм.Назначаем = 110 мм.Толщину ребра принимаем из условия: = 2*110*(23/20600)0,5 = 7,35 мм.Назначаем = 8,0 мм.Согласно п. 5.14* [4], для стенок балок, рассчитываемых по формуле (28) [4], должны выполняться условия:;,где – нормальное напряжение в средтнной плоскости стенки, параллельное оси балки; – нормальное напряжение в срединной плоскости стенки, перпендикулярное оси балки, в том числе (так как в местах опирания балок настила установлены поперечные ребра жесткости, то не учитываем); – касательное напряжение в стенке балки.Проверяем один отсек главной балки.Так как длина отсека = 300,00 см больше его высоты = 172,8 см, то при вычислении средних напряжений и в отсеке принимаем расчетный участок длиной, равной высоте отсека (п. 7.2* [4]),т. е. = 172,8 см.Изгибающие моменты на расчетном участке отсека: = 194,2*18/2*4,27-194,2*4,272/2 = 5694,4 кН*м; = 194,2*18/2*6,00-194,2*6,002/2 = 6991,0 кН*м.Поперечные силы на расчетном участке отсека: = 194,2*18/2-194,2*4,27 = 918,2 кН; = 194,2*18/2-194,2*6,00 = 582,6 кН,где = 427 см – расстояние от опоры до начала расчетного участка; = 600 см – расстояние от опоры до конца расчетного участка.Среднее значение момента на расчетном участке отсека: = (5694,4+6991,0)/2 = 6342,70 кН*м.Средняя поперечная сила на расчетном участке отсека: = 918,2+582,6 = 750,37 кН.Нормальное напряжение в стенке посередине расчетного участка: = 6342,70/3122798*172,8/2 = 17,55 кН/см2.Касательное напряжение в стенке посередине расчетного участка: = 750,37/3122798*14288,40/1,4 = 2,45 кН/см2,где = 45,0*3,6*176,4 = 14288,40 см3 – статический момент пояса балки относительно нейтральной оси.Проверяем условия:;(17,552+3*2,452)0,5 1,15*23*1,0;18,06 кН/см2 26,45 кН/см2;2,45 кН/см2 13,34 кН/см2.Все условия выполняются.Так как > 2,5, то согласно п. 7.3 [4], требуется проверить устойчивость стенки балки (п. 7.4*, формула (74) [4]):,где = 34,60*23/4,122 = 46,79 кН/см2; = 750,37/1,4/172,8 = 3,10 кН/см2; = 10,3*(1+0,76/1,742)*13,34/4,122 = 10,11 кН/см2; = 0,8*45,0/172,8*(3,6/1,4)3 = 3,54; = 17,55 кН/см2; = 34,60 (табл. 21 [4]); = 45,0 см – ширина сжатого пояса балки; = 3,6 см – толщина сжатого пояса балки; = 0,8 (табл. 22 [4]); = 1,4 см – толщина стенки балки; = 172,8 см – высота стенки балки; = 172,80/1,4*(23/20600)0,5 = 4,12; = 172,80 см – меньшая из сторон пластинки ( или ); = 300,00/172,8 = 1,74 – отношение большей стороны пластинки к меньшей.((17,55/46,79)2+(3,10/10,11)2)0,5 1,0;0,48 1,0 – условие выполняется.Следовательно, нет необходимости укреплять стенку балки ребрами жесткости (согласно п. 7.7 [4]).3.3 Изменение сечения балки по длинеПри равномерно распределенной нагрузке сечение разрезной составной балки можно уменьшить в местах снижения изгибающих моментов (на расстоянии 1/6 пролёта от опоры).Изменяем ширину пояса главной балки, назначив стык на расстоянии = 18/6 = 3,00 м от опоры. Уменьшенная ширина поясов должна составлять: ; ; 180 мм.Изгибающий момент и поперечная сила в месте изменения сечения: = 194,2*18/2-194,2*3,002/2 = 4369,38 кН; = 194,2*18/2-194,2*3,00 = 1165,17 кН.Требуемый момент сопротивления сечения: = 4369,38/19,55/1,0 = 22349,79 см3,где = 0,85*23 = 19,55 кН/см2 – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию и растяжению по пределу текучести в отсутствие физических методов контроля (табл. 3 [4]).Требуемый момент инерции в измененном сечении: = 22349,79/2*180,0 = 2011481,36 см4.Момент инерции стенки = 601974 см4.Момент инерции, приходящийся на поясные листы: = 2011481,36-601974 = 1409506,99 см4.Требуемая площадь поясных листов: = 6*1409506,99/(3,62+3*176,42) = 90,58см2.Ширина пояса: = 90,58/3,6 = 25,16 см.Принимаем = 30,0 см.3.4 Проверки изменённого сеченияПроверяем прочность по приведенным напряжениям в месте соединения полки и стенки балки по формуле (33) [4]:;,где = 436938,45*172,8/25361,37/180,0 = 16,54 кН/см2; = 2*2282523,49/180,0 = 25361,37 см3; = 1,4*172,83/12+2*(30,0*3,63/12+30,0*3,6*(176,4/2)2 = 2282523,49 см4; = 30,0*3,6*(176,4/2) = 9525,60 см3; = 1165,17*9525,60/2282523,49/1,4 = 3,47 кН/см2.(16,542+3*3,472)0,5 1,15*23*1,0;17,60 кН/см2 26,45 кН/см2 – условие выполняется;3,47 кН/см2 13,34 кН/см2– условие выполняется.Согласно п. 5.16 [4] проверяем устойчивость балки в месте изменения сечения. Так как = 176,4/30,0 = 5,88 > 6, то формулы табл. 8 [4] применять нельзя.Согласно п. 5.15 [4], проверяем устойчивость балки по формуле (34) [4]:,где = 4369,38 кН*м; = 25361,37 см3 – момент сопротивления для сжатого пояса; – коэффициент, определяемый по прил. 7* [4].Для определения вычисляем параметр по формуле (176) [4]:; = 8*(750*3,6/176,4/30,0)2*(1+90,0*1,43/30,0/3,63) = 2,45,где = 750 см – расчетная длина балки (шаг вспомогательных балок); = 3,6 см – толщина пояса балки; = 176,4 см – расстояние между осями поясов; = 30,0 – ширина пояса балки; = 0,5*180,0 = 90,0 см; = 1,4 см – толщина стенки балки.По табл. 77 [4] определяем коэффициент : =2,25+0,07*2,45 = 2,42.Коэффициент определим по формуле (174) [4]:,где = 2282523,49 см4 – момент инерции сечения относительно оси = 172,8*1,43/12+3,6*30,03/6 = 16239,51 см4 – момент инерции сечения относительно оси . = 2,42*16239,51/2282523,49*(176,4/750)2*20600/23 = 0,85.Так как < 0,85, то = 0,85;поскольку = 0,85 < 1, принимаем = 0,85.436938,45/0,85/25361,37 23*1,0;20,18 кН/см2 23,00 кН/см2 – условие выполняется.Устойчивость главной балки в измененном сечении обеспечивается.Прогиб балки с измененным сечением вычисляем по формуле(5.104) [3]: = = 163,1*18004/54/384*(13/20600/2282523,49+257/20600/3122798) = 3,53 см; = 3,53/1800 = 0,0020 < 0,0040 – условие выполняется.Сварные швы, соединяющие стенку и пояса составной двутавровой балки, рассчитываем согласно п. 11.16 [4].Сдвигающее усилие (табл. 37* [4]), приходящиеся на 1 см длины балки: = 1747,8*9525,60/2282523,49 = 7,29 кН/см.сварные швы выполняем автоматической сваркой в лодочку сварочной проволокой (табл. 55* [4]) диаметром = 4 мм. Катет шва, прикрепляющего пояса главной балки со стенкой, определяемсогласно п. 11.2* [4]:– по металлу шва: = 7,29/2/1,10/1,0/21,5/1,0/1,0 = 0,15 см;– по металлу границы сплавления: = 7,29/2/1,15/1,0/16,65/1,0/1,0 = 0,19 см,где = 2 - –количество сварных швов; = 1,0 см – расчетная длина шва; = 1,10, = 1,15 (табл. 34* [4]); = 21,5 кН/см2 (табл. 56 [4]); = 37 кН/см2 (табл. 51* [4]; = 0,45*37 = 16,65(табл. 3 [4]); = 1,0 (п. 11.2* [4]); = 1,0 (табл. 6* [4]).Согласно п. 12.8 [4], принимаем = 7 мм (табл. 38* [4]).4 Расчет колонны4.1 Подбор сеченияРис. SEQ Рисунок \* ARABIC 4. Расчетная схема колонны.Расчетная нагрузка на колонну: = 2*1747,8*1,01 = =2*1747,8*1,01 \# "0,0" 3530,6 кН,где = 1747,8 кН – опорная реакция главной балки.Отметка верха колонны за вычетом толщины настила, высоты главной балки с учетом выступающей части опорного ребра) составляет: = 11,0-0,009-0,02-1,944+0,6 = =11,0-0,009-0,02-1,944+0,6 9,627 м.В соответствии с условиями закрепления концов колонны определяем расчетную длину стержня: = 1,0*9,627 = 9,627 м; = 1,0*9,627 = 9,627 м,где = 1,0; = 1,0 – коэффициенты расчетной длины колонны постоянного сечения (табл. 71,а [4]).Материал: сталь С255, лист t = 10-20мм, Ry = 25 кН/см 2;Задаемся =80, тогда: = 80*(25/(2,06*10^4))^0,5 = =80*(25/(2,06*10^4))^0,5 \# "0,000" 2,787; =0,686; = 3530,46/0,686/25 = =3530,46/0,686/25 \# "0,0" 205,9 см2; = 962,7/80 = =962,7/80 \# "0,0" 12,0; = 12,0/0,24 = =12,0/0,24 \# "0,0" 50,0 см (у=0,24)hст – принимаем hст=500мм.tст – назначаем из условия её местной устойчивости:;(0,36+0,8*2,787)*(2,06*10^4/25)^0,5 = =(0,36+0,8*2,787)*(2,06*10^4/25)^0,5 \# "0,00" 74,34;50/74,34 = =50/74,34 \# "0,00" 0,67 см,принимаем tст= 8 мм.Требуемая площадь поясов: = (205,9-50*0,8)/2 = =(205,9-50*0,8)/2 \# "0,0" 83,0 см2.Принимаем пояса 520х16, при этом Ап= 52*1,6 = =52*1,6 \# "0,0" 83,2 см 2 и обеспечена местная устойчивость пояса по формуле: Геометрические характеристики сечения:А = 2*83,2+50*0,8 = =2*83,2+50*0,8 \# "0,0" 206,4 см 2; = 2*1,6*52^3/12 = =2*1,6*52^3/12 \# "0" 37495 см4; = (37495/206,4)^0,5 = =(37495/206,4)^0,5 \# "0,00" 13,48 см;так как проверку устойчивости ведем относительно оси у-у: = 962,7/13,48 = =962,7/13,48 \# "0,0" 71,4, отсюда по табл.16: у=0,732.Проверка устойчивости:; 3530,46/0,732/206,4 = =3530,46/0,732/206,4 \# "0,0" 23,4 < 25,0*1,0 = 25 – выполняется.4.2 Расчет опирания главной балки на колоннуТребуемая площадь опорного ребра главной балки из условия смятия торцевой поверхности: = 1747,8/36,00/1,0 = 48,55 см2,где = 1747,8 кН – опорная реакция главной балки; = 36,00 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 1* [4]); = 36,00 кН/см2 – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению (табл. 51* [4]); = 1,0 (табл. 6* [4]).Рис. 5. Опирание ребра главной балки на колонну (сверху)/Назначаем опорные ребра шириной = 8 см. Толщина ребра (с учетом среза угла на 1,5 см): = 48,55/2*(8-1,5) = 3,73 см.Принимаем толщину ребра = 38 мм.Крепление опорных ребер к поясам и стенке балки выполняем полуавтоматической сваркой в среде сварочной проволокой (табл. 55* [4]) диаметром = 2 мм. Согласно п. 12.8 [4], принимаем = 7 мм.Прочность сварных швов, прикрепляющих опорные ребра к стенке балки, проверяем согласно п. 11.2 [4]:– по металлу шва:;– по металлу границы сплавления:,где = 4 - количество сварных швов; = 85*0,9*0,7 = 53,55 см – расчетная длина шва (п. 12.8 [4]); = 0,9, = 1,05 (табл. 34* [4]); = 21,5 кН/см2 (табл. 56 [4]); = 37 кН/см2 (табл. 51* [4]; = 0,45*37 = 16,65(табл. 3 [4]); = 1,0 (п. 11.2* [4]); = 1,0 (табл. 6* [4]).1747,8/4/0,9/0,7/53,55 21,5*1,0*1,0;1747,8/4/1,05/0,7/53,55 16,65*1,0*1,0;12,95 кН/см2 21,5 кН/см2 - условие выполняется;11,10 кН/см2 16,65 кН/см2 - условие выполняется.Согласно п. 7.12 [4], проверяем опорный участок балки на устойчивость из плоскости балки как стойку (условный опорный стержень), нагруженную опорной реакцией:,где = 2*3,8*0,866+1,4*(16,50+3,8+27,23) = 127,35 см2 – площадь условного опорного стержня; = 16,50 см – расстояние от торца балки до опорного ребра; = 0,65*1,4*(20600/24) = 27,23 см; = 172,8/3,63 = 47,60 – гибкость условного опорного стержня; = (1678,21/127,35)0,5 = 3,63 см - радиус инерции условного опорного стержня; = 3,8*(2*8+1,4)3/12+16,50*1,43/12+27,23*1,43/12 = = 1678,21 см4 – момент инерции условного опорного стержня; = 0,866 – коэффициент продольного изгиба условного опорного стержня (табл.