Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Ноября 2010 в 18:06, курсовая работа
Рабочие площадки располагаются внутри производственного здания и служат для размещения на них стационарного и подвижного оборудования, складов материалов и т.п.
Систему несущих балок, образующих конструкцию рабочей площадки, называют балочной клеткой.
При проектировании следует два варианта балочной клетки. После статического и конструктивного расчётов настила и балок для двух вариантов производят технико - экономическое сравнение по расходу стали на 1м2 площади покрытия балочной клетки.
В качестве первого варианта можно рассматривать крепление настила непосредственно к балкам настила при расстоянии между ними
а=80 - 160см (рис. 1).
Во втором варианте стальной настил следует располагать по балкам настила при расстоянии между ними а=60 - 140см, вспомогательные балки при этом нужно располагать с шагом b=2 - 5м (рис. 2). Ему должен быть кратен пролёт главной балки.
В качестве стального настила применяется сталь широкополосная (универсальная). Для балок и колонн применяют прокатные профили или они компонуются из листовой стали.
Глава 1. Исходные данные для проектирования.
Исходные данные.
Компоновка балочной клетки.
Схема рабочей площадки, схемы балочных клеток (рис. 1).
Глава 2. Проектирование площадки.
Расчёт настила.
Расчёт прокатных балок:
Расчёт балочной клетки по 1 варианту;
Расчёт усложнённой балочной клетки (2 вариант);
Расчёт вспомогательной балки для балочной клетки по 2 варианту;
Выбор наиболее выгодного варианта балочной клетки.
Расчёт главной балки:
Определение нагрузки на главную балку, подбор её сечения с проверкой его по несущей способности и жёсткости;
Расчёт сечения главной балки на участке 1\6 пролёта от опоры;
Расчёт необходимости применения рёбер жёсткости;
Расчёт поясных швов балки;
Проверка опорной стойки балки на устойчивость относительно оси Z;
Расчёт сопряжения вспомогательной балки с главной балкой;
Расчёт и конструирование монтажного болтового стыка в сварной главной балке.
Определение нагрузок на колонну и подбор сечения стержня сквозной колонны.
Расчёт базы колонны с траверсами.
Глава 3. Приложения к расчёту.
Глава 4. Литература.
Чтобы не принимать продольных рёбер:
.
Сравнивая полученные толщины стенки, принимаем tw = 18мм конструктивно, т. к. она отвечает условию прочности на действие перерезывающей силы и не требует укрепления стенки продольными рёбрами жёсткости.
Размеры горизонтальных поясных листов определим исходя из необходимой несущей способности балки.
Требуемый момент инерции сечения балки:
Требуемый момент инерции балки, принимая толщину поясов 2,5см:
Момент инерции поясных листов:
Требуемая площадь сечения поясов балки:
Моментом инерции поясов относительно их собственной ос пренебрегаем.
Принимаем по ГОСТ 19903-74* пояса из универсальной стали 450х25мм, для которой отношение находится в пределах 0,2 - 0,5, обеспечивающих общую устойчивость.
Вес погонного метра балки:
Уточним
нагрузки с учётом собственного веса балки.
Расчётная погонная нагрузка:
Уточним ранее принятый коэффициент учёта пластической работы С1:
По таблице 6 [1] получим С1=1,15.
Проверяем принятую ширину (свес) поясов исходя из их местной устойчивости:
Проверяем подобранное сечение по прочности. Момент инерции и момент сопротивления подобранного сечения балки:
Наибольшее нормальное напряжение в балке:
Подобранное
сечение балки удовлетворяет проверке
прочности и имеет недонапряжение 8,4%.
Расчёт
сечения главной балки на участке 1/6 пролёта
от опоры.
В целях экономии стали изменим сечение полки на участке от опоры до 1/6 пролёта.
Расчётный
изгибающий момент в сечениях х=L/6=18/6=3м.
Требуемый момент сопротивления:
Так как
Момент инерции полок:
Требуемая площадь поясных горизонтальных листов:
Где h0 - расстояние между центрами тяжести полок.
Принимаем полку из листа 250х25мм, что удовлетворяет условиям:
Проверим принятое сечение на прочность.
Момент инерции принятого сечения:
Момент сопротивления:
Нормальное напряжение в месте изменения сечения балки:
Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:
Где статический момент полусечения балки:
Проверим совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в месте изменения сечения балки:
Прочность балки обеспечена.
Общую устойчивость не проверяем, так как сжатый пояс балки раскреплён жёстким настилом.
Проверим
местную устойчивость стенки.
Расчёт
необходимости применения рёбер жёсткости.
Определим необходимость постановки рёбер жёсткости:
Вертикальные парные рёбра жёсткости не нужны, но примем их конструктивно, так как к ним крепятся балки настила.
Принимаем расстановку вертикальных парных рёбер жёсткости в местах закрепления балок настила, т. е. с шагом 100см.
Поскольку
, проверку устойчивости стенки производить
не нужно.
Расчёт
поясных швов балки.
Рассчитываем поясные швы сварной балки. Швы выполняем двухсторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св - 08А.
Определяем толщину шва в сечении у опоры.
По табл. 5.1 [2] определяем для металла сварного шва, а по приложению 4[2] для металла по границе сплавления.
По табл. 5.3[2] определяем и
Определяем опасное сечение шва:
Опасным сечением оказалась граница сплавления.
Принимаем по табл. 5.4[2] минимально допустимый при толщине пояса шов , что больше получившегося по расчёту .
Назначаем размеры промежуточных поперечных рёбер жёсткости.
Ширина ребра .
Принимаем .
Толщина ребра .
Принимаем .
Производим расчёт опорных рёбер жёсткости. Требуемую площадь опорного ребра находим по смятию торца.
.
Принимаем толщину ребра tp=1,8см, тогда
Окончательно принимаем сечение ребра 240х18мм.
Сечение удовлетворяет условию:
, т. е. местная устойчивость обеспечена.
Проверка
опорной стойки балки на устойчивость
относительно оси Z.
Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z.
Ширина участка стенки, включённой в работу опорной стойки,
По табл. 5[1]
Устойчивость опорного ребра обеспечена.
Расчёт
сопряжения вспомогательной балки с главной
балкой.
В случае этажного сопряжения балок расчёт не производят. Расчёт сопряжения балок в одном уровне сводится к определению количества или диаметра болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу с помощью поперечного ребра жёсткости.
Расчётной силой является опорная реакция балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.
Расчётная погонная нагрузка составила 21,06кН/м. при пролёте балки настила l = 7м
Целесообразно для сопряжения балок принимать 2 или 3 болта. Возьмём 3 болта нормальной точности по ГОСТ 7798-70 ( ). Определим диаметр болта:
, где nср - количество рабочих срезов болта.
Тогда
В соответствии
с рекомендациями табл. 6.3 [2] принимаем
3 болта диаметром 20мм.
Расчёт
и конструирование монтажного болтового
стыка в сварной главной балке.
Принимаем расположение монтажного стыка с учётом заданной максимальной величины отправочной марки и его размещения на расстоянии не менее 0,5м от ребер жёсткости в широкой части пояса балки.
Назначаем размеры отправочных марок 7 и 11м.
Поперечные размеры стыковых накладок поясов и стенки примем в соответствии с размерами сечения балки. Площадь сечения накладок должна быть не менее площади пояса или стенки. Толщину накладок на стенку балки целесообразно назначить равной толщине стенки.
При толщине пояса 25мм примем толщину накладок в 14мм. Толщину накладок на стенку балки назначим равной её толщине - 18мм.
Расчётный изгибающий момент в сечении, отстоящем на расстояниях х = 7м от левой опоры:
Расчётная перерезывающая сила:
К расчёту примем высокопрочные болты диаметром 30мм из стали 40Х «селект».
Определим несущую способность болта d = 20мм, имеющего две плоскости трения ( ):
В этой формуле:
- площадь нетто сечения болта d = 30мм (табл. 10 [1]);
- коэффициент условий работы при 10 и более болтов в соединении;
- коэффициент трения при газопламенной обработке двух поверхностей без консервации;
- коэффициент надёжности, учитывающий способ регулирования натяжения болта по углу закручивания.
Стык поясов:
Пояс балки перекроем тремя накладками сечением 450х14 и 2х200х14мм общей площадью сечения:
Усилие в поясе:
Количество болтов для прикрепления накладок:
По условиям размещения принимаем 8 болтов. Длина накладок 50см.
Стык стенки:
Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 1540х280х18мм.
Момент, приходящий на стенку:
Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов .
Найдём коэффициент стыка:
По табл. 3 [1] для количество рядов болтов по вертикали k = 8.
Принимаем по 2 болта в горизонтальном ряду полунакладки и 8 рядов по вертикали по 19см. Общее количество болтов на полунакладке равно 16.
Проверим прочность стыка стенки с учётом действия момента и поперечной силы:
Прочность монтажного стыка на высокопрочных болтах обеспечена.
Определение
нагрузок на колонну и подбор сечения
стержня колонны сквозного сечения.
Сквозную колонну конструируют из двух швеллеров прокатного профиля, связанных между собой решёткой в виде соединительных планок.
При нагрузках на колонну, превышающих несущую способность двух швеллеров наибольшего по сортаменту номера, колонна может быть запроектирована из двух прокатных двутавров.
В качестве расчётных схем принимают или схему с шарнирным закреплением верхнего и нижнего концов колонны, или схему с жёстким закреплением нижнего конца колонны и шарнирным закреплением её верхнего конца.
При определении расчётной высоты колонны следует учитывать условия закрепления её концов. Геометрическую высоту колонны при опирании балок сверху принимают равной разности между заданной высотой до верха настила рабочей площадки Н и фактически принятой строительной высотой балочной клетки. При примыкании главной балки к колонне сбоку геометрическую высоту колонны принимают равной Н.