Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
Кафедра МБГ
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни "Металеві конструкції"
На тему: "Робочий майданчик виробничих будівель"
Запоріжжя
2010
1. ВИБІР РАЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ БАЛОЧНОЇ КЛІТКИ
Згідно завдання до курсової роботи та рекомендацій п.2 [1] приймаємо дві схеми балочної клітки: загального та ускладненого типу.
Рисунок 1 – Компоновочна схема балочної клітки:
а – нормального типу;б – ускладненого типу.
1.1 Розрахунок настилу
Розрахунок товщини настилу проводимо згідно рівняння 1 [1]:
 , (1.1)
де  - відношення прольоту настилу до його граничного прогину; - нормативне навантаження згідно завдання,  ; - модуль деформації сталі; - коефіцієнт Пуассона для сталі.
Розрахунок горизонтальної опорної реакції обчислюємо за формулою 2 [1]:
 , (1.2)
де  - відносний прогин настилу;
 - коефіцієнт надійності за наантаженням.
Із умов міцності [1] знаходимо кати кутових швів кріплення настилу:
 , (1.3)
 , (1.4)
де  - коефіцієнти, що примається за табл.7д [1];  - розрахунковий опір металу шва (за табл.6д [1]),  ;  - розрахунковий опір шва за межею сплавлення (за табл.5д [1]), ;  - коефіцієнт надійності за призначенням (за табл.1д [1]);  - коефіцієнт умови роботи конструкцій.
Катет шва приймаємо за більшим із знайдених значень, але не меньше мінимального, яке вказане у табл.8 додатку до [1].
1.1.1 Розрахунок настилу балочної клітки нормального типу
За формулою 1.1 розраховуємо товщину настилу балочної клітки:
Згідно сортаменту листової сталі приймаємо лист товщиною  .
За формулою 1.2 розраховуємо горизонтальну опорну реакцію в настилі:
За формулами 1.3 та 1.4 знаходимо катет кутвих швів кріплення настилу щодо умов ручної зварки електродами Е46:
Згідно табл.8 додатку до [1] приймаємо катет шва  .
1.1.2 Розрахунок настилу балочної клітки ускладненого типу
За формулою 1.1 розраховуємо товщину настилу балочної клітки:
Згідно сортаменту листової сталі приймаємо лист товщиною  .
За формулою 1.2 розраховуємо горизонтальну опорну реакцію в настилі:
За формулами 1.3 та 1.4 знаходимо катет кутвих швів кріплення настилу щодо умов ручної зварки електродами Е46:
Згідно табл.8 додатку до [1] приймаємо катет шва .
1.2 Розрахунок балок настилу
Визначаємо нормативні і розрахункові навантаження на балку за формулами:
 ; (1.5)
 ; (1.6)
 ; (1.7)
 ; (1.8)
де  - нормативне навантаження від власної ваги настилу,  ;
 - нормативне навантаження від власної ваги балок настилу, .
Нормативне навантаження від власної ваги балок настилу розраховуємо за формулою:
 , (1.9)
де  - лінійна густина балки настилу,  ;
 - кількість балок настилу в частині балочної клітини за розмірами  ;
 - крок допоміжних балок,  ;
 - крок колон балочної, ;
 - коефіцієнти надійності за навантаженням ( ).
Визначаємо граничні значення згинального моменту та перерізуючої сили за формулами:
 (1.10)
 (1.11)
Визначаємо потрібний момент опору за формулою 8 [1]:
 (1.12)
Перевірку міцності прийнятого перерізу виконуємо за фомулою 9 [1]:
 , (1.13)
де  - коефіцієнт роботи матеріалу.
Міцність за дотичними напруженнями визначаємо за формулою 11 [1]:
 , (1.14)
де  - моменти інерції обраного перерізу балки настилу;
 - товщина стінки профілю,  ;
 - розрахунковий опір сталі зрізу, .
Жорсткість балки настилу перевіряємо за формулою 12 [1]:
 (1.15)
1.2.1 Розрахунок балок настилу балочної клітки нормального типу
За формулами 1.5 та 1.7 визначаємо нормативні і розрахункові навантаження на балку настилу:
За формулами 1.10 та 1.11 визначаємо граничні значення згинального моменту та перерізуючої сили:
За формулою 1.12 визначаємо потрібний момент опору балки настилу:
з сортаменту фасонного прокату приймаємо наступну за кроком двотаврову балку №20 з характеристиками:  ;  ;  ;  .
За формулою 1.13 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.14 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.15 перевіряємо жорсткість балки настилу:
Усі умови виконуються, таким чином для даної схеми приймаємо балки настилу з двотаврового профілю ý
20.
1.2.2 Розрахунок балок настилу балочної клітки ускладненого типу
За формулами 1.5 та 1.7 визначаємо нормативні і розрахункові навантаження на балку настилу:
За формулами 1.10 та 1.11 визначаємо граничні значення згинального моменту та перерізуючої сили:
За формулою 1.12 визначаємо потрібний момент опору балки настилу:
З сортаменту фасонного прокату приймаємо двотаврову балку №14 з характеристиками:  ;  ;  ;  .
За формулою 1.13 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.14 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.15 перевіряємо жорсткість балки настилу:
Усі умови виконуються, таким чином для даної схеми приймаємо балки настилу з двотаврового профілю ý
14.
За формулою 1.9 розраховуємо нормативне навантаження від балок настилу:
За формулами 1.6 та 1.8 визначаємо нормативні і розрахункові навантаження на допоміжну балку:
За формулами 1.10 та 1.11 визначаємо граничні значення згинального моменту та перерізуючої сили:
За формулою 1.12 визначаємо потрібний момент опору балки настилу:
З сортаментуфасонного прокату приймаємо двотаврову балку №30 з характеристиками:  ;  ;  ;  .
За формулою 1.13 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.14 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.15 перевіряємо жорсткість балки настилу:
Усі умови виконуються, таким чином для даної схеми приймаємо допоміжні балки з двотаврового профілю ý
30.
1.3 Порівняння варіантів схем балочної клітки
Розрахунок металоємності балочних кліток нормального та ускладненого типу виконуємо за формулами 13,14 [1]:
 ; (1.16)
 ; (1.17)
де  - вага  настилу,  ; - відповідно, вага  балки настилу і допоміжної балки,  ;
 - відповідно кількість балок настилу і допоміжних балок.
Таким чином металоємність балочної клітки нормального типу складає:
Таким чином металоємність балочної клітки ускладненого типу складає:
Отримані дані з металоємності варіантів балочної клітки заносимо до таблиці.
Таблиця 1.1 – Порівняння варіантів схем балочної клітки
| №вар. |
Витрати сталі, |
Кількість |
| Всього |
На |
Відсотки, % |
Типів балок |
Монтажних елементів |
| 1 |
3018 |
78,96 |
1 |
6 |
| 2 |
2445 |
63,97 |
2 |
6 |
Таким чином варіант балочної клітини нормального типу є менш металоємним та трудомістким. Схема балочної клітки нормального типу буде використана у подальшому розрахунку головних балок перекриття та колон.
2
.
РОЗРАХУНОК ГОЛОВНОЇ БАЛКИ
Визначаємо нормативні і розрахункові навантаження на головну балку:
За формулами 1.10 та 1.11 визначаємо граничні значення згинального моменту та перерізуючої сили:
За формулою 1.12 визначаємо потрібний момент опору балки настилу:
З сортаменту фасонного прокату приймаємо двотаврову балку №50Б2 з характеристиками:  ;  ;  ;  .
За формулою 1.13 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.14 проводимо перевірку міцності прийнятого перерізу:
За формулою 1.15 перевіряємо жорсткість балки настилу, але значення припустимого прогину приймаємо  :
Перевіряємо загальну стійкість головної балки перекриття за формулою:
 , (2.1)
де  - крок балок настилу, ;
 - ширина полки двотавра, ;
 - товщина полки двотавра, ;
 - вістова відстань між центрами полок двотавра.
Таким чином загальна стійкість головної балки перекриття складає:
Усі умови виконуються, таким чином приймаємо перетин головної балки з двотаврового профілю ý
50Б2.
2.1 Розрахунок опорного ребра балки
Для даної схеми приймаємо конструкцію опорного ребра, розміщеного на краю головної балки. Ширину опорного ребра  приймаємо конструктивно рівною ширині полки двотавра  .
Товщину опорного ребра розраховуємо за формулою 71 [1]:
 , (2.2)
де  - опорна реакція головної балки,  ;
 - розрахунковий опір сталі за межею міцності, .
Таким чином за формулою 2.2 товщина опорного ребра складає:
Конструктивно приймаємо товщину опорного ребра .
Перевіряємо місцеву стійкість опорного ребра балки за формулою 72 [1]:
 , (2.3)
де  - ширина консольної частини полки балки, .
Таким чином розрахункова місцева стійкість ребра балки складає:
Стійкість опорного ребра балки , як центрово стиснутого стержня перевіряємо за формулою 73 [1]:
 , (2.4)
де  - коефіцієнт повздовжнього вигину, що визначається в залежності від гнучкості  ;
 - площа опорної ділянки балки, яка включає переріз опорного ребра та частину заввишки  .
Площу опорної ділянки балки визначаємо за формулою 74 [1]:
 , (2.5)
Гнучкість опорної частини балки визначаємо за формулою 76 [1]:
 , (2.6)
де  - радіус інерції, за формулою 77 [1]:
 , (2.7)
де  - момент інерції опорної ділянки відносно осі,  за формулою 78 [1]:
 (2.8)
Таким чином момент інерції опорної ділянки відносно осі стінки складає:
Таким чином радіус інерції перетину складає:
Таким чином гнучкість опорної частини балки складає:
За таблицею 21 додатку до [1] приймаємо коефіцієнт  .
За формулою 2.4 перевіряємо умову стійкості опорного ребра балки , як центрово стиснутого стержня:
Із умов міцності кутових за формулою 81 [1] знаходимо необхідний катет вертикального кутового шва:
 , (2.9)
де  - розрахункова довжина швів,  .
Згідно табл.8 додатку до [1] приймаємо катет шва  .
2
.2 Розрахунок спряження балок настилу з головною балкою
Розраховуємо монтажну висоту перекриття за формулою:
 , (2.10)
де  - конструктивна висота перекриття за завданням, ;
 - висота балок настилу, ;
 - товщина настилу, .
Таким чином монтажна висота перекриття складає:
Так як монтажна висота перекриття менше висоти головної балки, приймаємо схему з’єднання в одному рівні головної балки і балок настилу.
За формулою 82 [1] перевіряємо стінку прокатної балки настилу на місцеве зминання:
 (2.11)
де  - опорна реакція балки настилу,  ;
 - площа зминання стінки прокатної балки,  .
Площу зминання стінки прокатної балки знаходимо за формулою 83 [1]:  , (2.12) де  - товщина стінки прокатної балки, ;
 - знаходимо згідно геометричних параметрів двотаврового профілю.
Таким чином площа зминання стінки прокатної балки складає:
За формулою 2.11 перевіряємо умови зминання стінки прокатної балки настилу:
За формулою 84 [1] перевіряємо ребро жорсткості головної балки на торцеве зминання:
 (2.13)
де  - площа зминання торцевої поверхні ребра,  .
Площу зминання торцевої поверхні ребра знаходимо за формулою 85 [1]:
 , (2.14)
де  - товщина ш ширина ребра жорсткості головної балки,  .
Таким чином площа зминання торцевої поверхні ребра жорсткості складає:
За формулою 2.13 перевіряємо ребро жорсткості головної балки на торцеве зминання:
Визначаємо діаметр болта
 (2.15)
 (2.16)
Монтажні болти для кріплення балки настилу до головної балки приймаємо М16.
2
.3 Розрахунок монтажного стику головної балки
Вибираємо конструктивно розташування монтажного стику посередині головної балки, тоді  ;  .
Згідно рекомендацій [1] приймаємо схему розташування болтів монтажного стику головної балки, спосіб обробки – металевими щітками, контроль затягування болтів – за згинальним моментом.
Рисунок 2 – Схема компоновки болтів монтажного стику
Момент інерції у найбільш віддалених від вісі болтах розраховуємо за формулою 88 [1]:
 , (2.15)
де  - момент інерції стінки балки,  ;
- момент інерції всього перерізу балки, .
Таким чином момент інерції у найбільш віддалених від вісі болтах складає: 
За формулою 89 [1] визначаємо зусилля в болтах, викликане моментом  :
 , (2.16)
де  - відстань між крайніми рядами болтів за висотою, ;
 - сума квадратів відстаней між симетричними рядами болтів, ;  - кількість рядів болтів.
Таким чином максимальне зусилля в болтах складає:
Так як поперечна сила у перетині , сумарне зусилля  .
За формулою 92 [1] визначаємо необхідну площу перерізу високоміцного болта:
 , (2.17)
де  - розрахунковий опір розтягу високоміцного болта;
 - коефіцієнт умов з’єднання;
 - кількість поверхонь тертя;
 - коефіцієнт тертя та коефіцієнт надійності за табл.11д [1].
Таким чином необхідна площа перерізу високоміцного болта складає:
За табл.15д [1] вибираємо діаметр високоміцного болта М16 з  . Товщину накладок приймаємо конструктивно рівною  .
Зусилля в поясах балки розраховуємо за формулою 94 [1]:
 , (2.18)
де  - згинальний момент в полках балки,  ;
 - висота балки, .
Таким чином зусилля в поясах головної балки складає:
За формулою 95 [1] розраховуємо несучу здатність одного високоміцного болта кріплення поличок:
 (2.19)
Кількість болтів у з’єднанні визначаємо за формулою 96 [1]:
 (2.20)
 (приймаємо 8 болтів М16)
Необхідну площу накладок розраховуємо за формулою 97 [1]:
 (2.21)
Необхідну товщину накладок розраховуємо за формулою 98 [1]:
 (2.22)
 (приймаємо товщину  )
3. РОЗРАХУНОК ЦЕНТРОВО–СТИСНЕНИХ КОЛОН
Розрахункову висоту колони визначаємо за формулою 98 [1]:
 , (3.1)
де  - висотна позначка верха майданчика за завданням, ;
 - величина заглиблення колони у підлогу.
Таким чином розрахункова висота колони складає:
Так як при наявності зв’язків між колонами в обох напрямках, вузол верхнього закріплення колони вважають шарнірним розрахункова висота колони  . Згідно рекомендацій [1] приймаємо гнучкість колони  , тоді коефіцієнт  .
Потрібний радіус інерції перерізу гілки колони розраховуємо за формулою: 
Потрібну площу перерізу ланки колони визначаємо за формулою 102 [1]:
 , (3.3)
Таким чином потрібна площа перерізу колони складає:
З сортаменту фасонного прокату приймаємо швелер №14 з характеристиками:  ;  . Таким чином фактична гнучкість колони буде складати: 
Отримана гнучкість перевищує припустиме значення, тому з сортаменту фасонного прокату приймаємо швелер №18 з характеристиками:  ;  . Таким чином фактична гнучкість колони буде складати:  ( )
Перевірку міцності прийнятого перерізу виконуємо за формулою:
 (3.4)
Розрахунок необхідної гнучкості колони проводимо із умови рівностійкості перерізу колони ( ) за формулою 120 [1]:
 , (3.5)
де  - гнучкість окремої гілки колони.
Таким чином гнучкість колони складає:
Необхідний радіус інерції відносно вісі Y визначаємо за формулою 121 [1]:
Необхідну відстань між гілками колони знаходимо за формулою 123 [1]:
 (приймаємо  )
Мінімальна ширина наскрізної колони з умов [1] повинна складати:
Таким чином приймаємо ширину наскрізної колони  .
За формулою 124[1] встановлюємо відстань між планками:
 (3.6)
де - гнучкість окремої гілки;
 - радіус інерції гілки відносно нейтральної вісі, .
За формулою 3.6 відстань між планками складає:
 (приймаємо  )
За формулою 126 [1] визначаємо власний момент інерції перерізу колони:
 , (3.7)
де  - відповідно, площа і власний момент інерції гілки відносно вісі Y.
Таким чином власний момент інерції перерізу колони складає:
Радіус інерції перерізу визначаємо за формулою 127 [1]:
За формулою 128 [1] визначаємо гнучкість колони відносно вісі Y:
 ( )
За формулою 129 [1] визначаємо приведену гнучкість колони:
За формулою 130 [1] перевіряємо стійкість відносно вісі Y:
 (3.8)
Перевіряємо стійкість відносно вісі за формулою 3.8:
За формулою 131 [1] знаходимо ширину планок:
 (приймаємо  )
Згідно умов формули 132 [1] та рекомендацій приймаємо товщину і ширину планок  ; .
За формулою 133 [1] перевіряємо відношення жорсткості планки і гілки:
 , (3.9)
де  - момент інерції перерізу планки відносно власної вісі, ;
 - відстань між осями планок, ;
 - відстань між осями гілок, .
Таким чином перевіряємо умови формули 3.9:
За формулою 135 [1] проводимо розрахунок планки на дію умовної поперечної сили:
За формулами 136 [1] проводимо розрахунок поперечної сили і згинального моменту в планках:
За формулою 137 [1] проводимо перевірку кутових швів що закріплюють планку до гілок колони: (3.10)
3.1 Розрахунок оголовка колони
Товщину опорної плити  приймаємо конструктивно в межах 20…25мм. Болти виконують тільки фіксуючу роль і також назначаються конструктивно діаметром в межах  .
Із умови міцності на зминання визначаємо товщину ребра (формула 138 [1]):
 , (3.11)
де  - довжина зминаємої площі.
Таким чином товщина опорного ребра складає:
 (приймаємо  )
За формулою 140 [1] визначаємо необхідний катет шва:
 (3.12)
Висоту ребра визначаємо із умови міцності зварних швів, які закріпляють їх до стінок колон (формула 139 [1]):
 (3.13)
 (приймаємо )
Визначивши розміри ребра, необхідно перевірити його на зріз за формулою 139 [1]:
 (3.14)
3.2 Розрахунок бази колон
За формулою 143 [1] визначаємо необхідну площу опорної плити, виходячи із умови забезпечення міцності бетону фундаменту під плитою:
 , (3.15)
де  – розрахунковий опір стисненню бетону фундаменту,  ;
 – коефіцієнт, який залежить від співвідношення площі верхнього обрізу фундаменту і площі опорної плити бази;
 – розрахунковий тиск колони на фундамент, який враховує власну вагу колони, кН
.
За формулою 144 [1] знаходимо розрахунковий тиск колони на фундамент
 , (3.16)
 – площа перерізу колони, м2
;
 – довжина колони;
 – вага  перерізу колони за довідником;
 - коефіцієнт надійності за навантаженням.
Таким чином розрахунковий тиск колони на фундамент складає:
Згідно формули 3.15 площа опорної плити колони складає:
За формулою 145 [1] встановлюємо ширину плити:
 (3.17)
де  - товщина траверси, приймається в межах  ;
– величина консольного звісу, приймається в межах  .
Таким чином ширина плити складає:
За формулою 146 [1] визначаємо необхідну довжину плити:
Згідно умов [1] довжину плити приймаємо  .
За формулою 147 [1] визначаємо напруження стиску опорної бази:
За формулами 148-150 [1] визначаємо найбільші згинальні моменти, що виникають у опорній плиті колони для смужки одиничної ширини  :
За найбільшим згинальним моментом знаходимо необхідну товщину плити за формулою 152 [1]:
 (приймаємо  )
За формулою 153 [1] визначаємо висоту траверси колони:
 (приймаємо  )
За формулою 154 [1] навантаження на траверсу приймаємо рівномірно розподіленим:
За формулами 155-156 [1] найбільші значення згинального моменту в траверсі становить:
а) на консольних ділянках:
б) у прольоті:
За формулою 157 [1] найбільша поперечна сила на опорі складає:
За формулою 158 [1] проводимо перевірку міцності траверси на згин:
 (3.18)
За формулою 159 [1] проводимо перевірку міцності траверси на зріз
 (3.19)
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Методичні вказівки до виконання курсової роботи "Робочий майданчик виробничих будівель" по курсу "Металеві конструкції" для студентів фаху 7.092101 "Промислове і цивільне будівництво"/Склад. В.В.Шкода. – Запоріжжя: ЗДІА, 1997-61 с.
2. Бадур А.И., Белогуров В.Д. Стальные конструкции. Справочник конструктора.-К.: Изд-во "Сталь", 2004.-120 с.
3. Справочник конструктора металлических контрукций/ Васильченко В.Т., Рутман А.Н., Лукьяненко Е.П.-Киев: Будівельник, 1890.-288 с.
4. Справочник техника-конструктора. Изд. 3-е, перераб. И доп. Самохвалов Я.А., левицкий М.Я., Григораш В.Д. Киев, "Техніка", 1978.-592 с.
|