Курсовая работа: Робочий майданчик виробничих будівель

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.