Расчет и конструирование изгибаемых элементов балочной клетки нормального типа. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования 

Магнитогорский  Государственный Технический Университет

им. Г. И. Носова 
 
 

Кафедра строительных конструкций 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
 

к курсовому  проекту

на тему: 

« Расчет и конструирование изгибаемых элементов  балочной клетки нормального типа. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны ». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила студентка 

группы СП-06:                                          

Проверил:                                           Нищета С.А. 
 
 
 

Магнитогорск

2009

 

    Содержание

Исходные  данные для проектирования………………………………………………………3

1. Расчет и конструирование изгибаемых конструкций балочной клетки…………………4

      1.1. Расчет прокатной балки настила………………………………………………....4

      1.2. Расчет и конструирование главной балки………………….……………………5

2. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны………………………………..15

      2.1. Геометрическая длина колонны……………………………………………..….15

      2.2.  Расчет колонны сквозного сечения…………………………………………….16

      2.3. Расчет планок…………………………………………………………………….18

      2.4. Расчет и конструирование базы  колонны……………………………………....19

      2.5 Расчет оголовка…………………………………………………………..……….21

3. Список литературы………………………………………………………………………...23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ  ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ 

1.1  Расчет прокатной  балки настила

    1.1.1 Нагрузка 

    На  прокатную балку передается с  настила полезная (временная) нагрузка, определяемая по заданию как нормативная равномерно распределенная по площади p^н. Так как собственные массы прокатной балки и настила еще неизвестны, то эта нагрузка определяется заданием как нормативная равномерно распределенная по площади g^н (прил. 1). "Грузовая" площадь для прокатной балки настила (рис.1).

    Погонная  нормативная нагрузка на балку длиной собирается с "грузовой" площади шириной :

                                                 

    Расчетное значение погонной нагрузки:

          где - коэффициенты надежности по назначению от веса конструкции

γ_fg = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для ж/б конструкции;

γ_fp = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке для временной или полезной нагрузки.

    Расчетный максимальный изгибающий момент в пролете:

                                                                              

    Расчетная поперечная сила на опоре:

      

    1.1.2 Подбор сечения 

    При изгибе балки настила в одной  плоскости и упругой работе стали, номер прокатного профиля определяют по требуемому моменту сопротивления:

         где

- расчетное сопротивление стали,  взятое по пределу текучести  (табл. 51 [1]),

- коэффициент условий работы (табл. 6 [1]).

По сортаменту подбираем прокатный двутавр, выполняя условие:

W_x≥W_тр;

597 см³>576,786 см³;

Номер прокатной балки № 33:

I_x=9840 см⁴;                 W_x=597 см³;

h=330 мм;                     b=140 мм;

S_x=339 см³;                   t=11,2 мм.

    1 1.3. Проверка прочности 

    Проверка  прочности прокатной балки:

по нормальным напряжениям

        - проверка выполнена; 

    1.1.4. Проверка деформативности (жесткости): 

    ,

   где ;предельное значение относительного прогиба

   E=2,06*10⁶ кг/см²

    - условие выполняется.

 

Рис. 1. Схема  балочной клетки нормального типа 
 

1.2  Расчет и конструирование  главной балки

    На  главную балку опирается сверху (при этажном сопряжении) или примыкает  сбоку      (при сопряжении балок в одном уровне) прокатные балки настила. 

    1.2.1 Нагрузка 

    При определении нагрузки на главную балку принимается допущение: действие сосредоточенных сил (опорных реакций прокатных балок настила) заменяется эквивалентной погонной нагрузкой, приложенной вдоль верхнего пояса главной балки. "Грузовая" площадь для главной балки

    Погонная  нормативная нагрузка на главную  балку пролетом собирается с "грузовой" площади шириной

         

    Расчетное значение погонной нагрузки:

         

    Расчетный максимальный изгибающий момент:

   

   Расчетная максимальная поперечная сила:

     

    1.2.2 Определение высоты главной балки, компоновка сечения  

    Цель  компоновки сечения - определить (рис.2):

   - высоту главной балки;

- расстояние между центрами  верхнего и нижнего поясов;

-  высоту стенки;

 - толщину стенки;

 - толщину поясных листов;

- ширину поясных листов.

   Рис. 2 Поперечные сечения главной балки 

    Требуемый момент сопротивления главной балки:

          где

  - расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести (по СНиП II-23-81*, табл. 51*);

- коэффициент условий работы (табл. 6 [1]).

c₁=1 – коэффициент, учитывающий пластическую работу стали;

    Из  условий экономичности:

   

   где . По ГОСТ принимаем t_w=12 мм. 

    Предварительно высота главной балки h (в мм) назначается равной 1/10 ее пролета l₁.

Толщина стенки принимается в соответствии с  величинами, приведенными в сортаменте;

    Из  условия жесткости (для балок  из малоуглеродистой стали):

   

   где - модуль упругости стали;

- предельный относительный прогиб  главных балок (табл. 40 [1]);

- соотношение нормативной и расчетной погонных нагрузок.

    Требуемая высота главной балки принимается не менее равной   

    В соответствии с сортаментом (прил. 2) определяется высота стенки по ширине листов широкополосной универсальной или листовой стали.

   По  ГОСТ принимаем  =140 см.

   Окончательно: см,

     см.

    Проверка  стенки главной балки на срез опорной  реакцией

          где

- расчетное сопротивление стали сдвигу (табл. 1 [1]).

Минимальная ширина пояса:

    Окончательно  ширина принимается из универсальной стали, причем (учитываются условия опирания прокатных балок настила). Принимаем по сортаменту ширину пояса

    После определения всех назначенных размеров вычисляются геометрические характеристики сечения.

    Момент  инерции:

   

   Момент  сопротивления:

   

   Статический момент полусечения относительно нейтральной оси х-х:

                

    1.2.3 Проверка прочности и общей устойчивости главной балки  

1. По нормальным напряжениям при изгибе:

   

   Увеличим  ширину полки  , следовательно:

   

   

   

   

    2. По касательным напряжениям:

   R_s – расчетное сопротивление сварного соединения сдвигу [1, табл. 1].

    В данном случае общая устойчивость главной балки обеспечивается частым расположением балок настила, в связи с этим, проверку устойчивости выполнять не обязательно. 

    1.2.4 Проверка местной устойчивости стенки главной балки 

    Стенка  главной балки составного сечения  укрепляется основными поперечными парными ребрами жесткости при условии где

- геометрические размеры стенки;

- расчетное сопротивление стали;

- модуль упругости стали.

    Максимальное  расстояние между поперечными ребрами  жесткости  (в осях) устанавливается в зависимости от условной гибкости:

 при       при

_{У нас первый случай  200≤280}

    Ребра жесткости представляют собой пластины (полосы) толщиной

    

      Толщину ребра принимаем

     

    Ширину  ребра жесткости принимаем 

    Проверка  местной устойчивости выполняется, как правило, для отсека, расположенного в средней части балки. 

    В выбранном отсеке определяется место расположения  "опасного" сечения. Делается это таким образом. От правого ребра  жесткости влево откладывается отрезок, равный . Строится условный квадрат со сторонами Пересечение   диагоналей этого квадрата и определяет положение "опасного"сечения   в проверяемом отсеке (рис.3). Затем устанавливается расстояние от левой   опоры до "опасного" сечения. Если стороны отсека связаны неравенством то "опасное" сечение расположено посередине отсека. В нашем случае