- •Металлические конструкции Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу “Металлические конструкции” для студентов специальности 290300 пгс
- •Введение
- •1. Состав курсового проекта
- •Содержание расчетно-пояснительной записки
- •Часть 1. Проектирование элементов рабочей площадки.
- •Часть 2. Компоновка каркаса и расчет фермы.
- •1.2. Содержание листов чертежей
- •2.1.2. Расчет балки настила
- •2.1.3. Расчет вспомогательной балки
- •2.2. Расчет сварной главной балки
- •2.2.1. Расчетная схема. Нагрузки. Усилия
- •2.2.2. Подбор сечения
- •2.2.3. Изменение сечения
- •2.2.4. Опорная часть
- •2.2.5. Конструктивное обеспечение устойчивости стенки
- •2.2.6. Проверки прочности, жесткости и устойчивости балки и ее элементов
- •2.3. Расчет колонны сплошного сечения
- •2.3.1. Расчетная схема. Усилия
- •2.3.2. Подбор сечения стержня колонны
- •2.3.3. Проверки жесткости, общей и местной устойчивости колонны и ее элементов
- •2.3.4. Конструирование и расчет оголовка
- •2.3.5. Конструирование и расчет базы
- •2.4. Конструирование и расчет узлов сопряжения элементов балочной клетки
- •2.4.1. Расчет прикрепления настила
- •2.4.2. Расчет узла этажного опирания балки настила на вспомогательную балку
- •2.4.3. Расчет и конструирование узла пониженного опирания балок
- •2.4.4. Конструирование равнопрочного монтажного (укрупнительного) узла главной балки
- •3.Компоновка каркаса
- •Сетка колонн
- •Компоновка поперечной рамы
- •Определение вертикальных размеров
- •3.2.2. Определение горизонтальных размеров
- •Компоновка ригеля
- •Компоновка связей между колоннами
- •3.5. Компоновка связей по покрытию
- •3.6. Компоновка торцового фахверка
- •Определение расчетных усилий в стойке рамы
- •Расчетная схема рамы
- •Нагрузки на поперечную раму
- •Постоянные нагрузки
- •Снеговая нагрузка
- •Крановые нагрузки
- •Ветровые нагрузки
- •4.3. Статический расчет рамы
- •5. Расчет фермы покрытия
- •5.1. Определение расчетной нагрузки и усилий в стержнях фермы
- •5.2. Подбор сечений стержней
- •5.3. Расчет и конструирование узлов фермы из парных уголков
- •Литература
- •Приложения
- •Оглавление
- •Металлические конструкции
2.2. Расчет сварной главной балки
Расчет главной балки включает в себя: назначение расчетной схемы с определением нагрузок и усилий; подбор сечения в средней части и измененного сечения в приопорных участках; расчет опорной части; назначение шага и размеров ребер жесткости; проверки прочности элементов сечения и их местной устойчивости, а также жесткости и общей устойчивости балки.
Примеры расчета сварных балок приводятся в [1, 7, 10], поэтому в настоящих указаниях приводятся только краткие рекомендации по их расчету.
Заданием на проектирование предусмотрен расчет и конструирование главной балки в традиционном варианте (с “толстой” плоской стенкой). По согласованию с руководителем проектирования в качестве главной балки можно применить балку с перфорированной или тонкой стенкой (гофрированной, предварительно напряженной или плоской, теряющей устойчивость).
2.2.1. Расчетная схема. Нагрузки. Усилия
В принятой схеме балочной клетки на промежуточную главную балу с шагом ℓbn(рис. 3) опираются (с двух сторон) вспомогательные балки. При опирании последних на главную балку в четырех и более точках (n> 3) сосредоточенную нагрузку на нее можно заменять равномерно распределенной. Ее нормативная и расчетная величины соответственно будут равны:
;
,
где В– шаг главных балок, м;
- коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса главной балки, приблизительно равный 1,05;
- расход стали, кг/м2, от вспомогательных балок.
Рис. 3. Расчетная схема главной балки (а – при n< 4; б - приn≥ 4)
Главные балки в курсовом проекте предлагается делать разрезными и опирать на колонны сверху, т.е. шарнирно. За расчетный пролет главной балки можно принимать расстояние между осями колонн, т. е. . Максимальные усилия в балке при этом будут равны
;;;.
При трех или двух точках опирания вспомогательных балок на главную балку усилия в последней определяются по правилам строительной механики или по формулам:
;;;,
где - коэффициент, принимаемый по табл. 3.
Таблица 3. Коэффициенты, используемые при вычислениях минимальной высоты главной балки (,), изгибающего момента в главной балке () и оптимального расстояния от края балки до мест изменения ее сечения () при числе точек опирания вспомогательных балокn
n |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
.>9 |
0,229 |
0,196 |
0,214 |
0,204 |
0,211 |
0,206 | ||||
1,043 |
1,047 |
1,042 |
1,046 |
1,042 | |||||
8 |
5,4 |
8 |
7,692 |
8 |
7,84 |
8 |
7,92 |
8 | |
0,125 |
0,250 |
0,187 |
0,183 |
0,167 |
0,164 |
0,156 |
0,183 |
0,175 |
2.2.2. Подбор сечения
Подбор сечения сварной балки в средней зоне длины заключается в назначении размеров сечения стенки и полок (рис. 4), обеспечивающих надлежащую прочность, устойчивость и жесткость их и балки в целом.
Подбор сечения балки начинается, как правило, с назначения ее высоты, которая определяется условиями жесткости, минимума расхода стали и увязывается с заданной строительной высотой балочной клетки.
Минимальная высота балки, hmin, (или высота из условия жесткости) определяется по формуле,
где - коэффициент, зависящий от количества сосредоточенных сил (точек опирания вспомогательных балок) в пролете главной балки, принимаемый по табл. 3;
- расчетное сопротивлениелистовой стали, из которой изготовлена главная балка, кН/см2;
no– отношение пролета главной балки,L , к ее допускаемому прогибу, принимаемое по табл. 2;
- коэффициент увеличения прогиба балки с переменным сечением по ее длине, принимаемый по табл. 3 (для балок постоянного сечения=1) ;
- усредненный коэффициент надежности по нагрузкам на главную балку, равный.
Рис. 4. Фрагмент главной балки, его план
и поперечные сечения
Высота балки, см, при которой ее масса будет минимальной, определяется по [1, 7, 10] или по формуле ,
где - коэффициент, принимаемый по табл. 4;
- требуемый момент сопротивления сечения балки, см3, определенный без учета развития пластических деформаций.
Таблица 4. Величина коэффициента в формуле оптимальной высоты балки
Вид балки |
при расчете | |
По упругой стадии |
С учетом развития пластических деформаций | |
Сварная постоянного сечения |
3,14 |
3,26 |
Сварная переменного сечения |
2,76 |
2,89 |
Окончательную высоту балки следует принять не менее (если позволяет строительная высота балочной клетки), при этом отклонение ее на 15…20 % отне вызывает заметного увеличения расхода стали.
При ограниченной строительной высоте балочной клетки необходимо обратиться к [1, 7, 10].
При назначении окончательной высоты балки, h, следует иметь ввиду, что при малом количестве балок (до нескольких десятков) целесообразно размер высоты балки принимать кратным 100 мм. При большом количестве балок - определяющей является высота стенки,hw, которая увязывается со стандартными размерами выпускаемых листов [1].
Далее определяется толщина стенки, причем во внимание принимаются условия обеспечения ее прочности и местной устойчивости.
Из условия прочности на срез толщина стенки, см, определяется формулой
,
где 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения касательных напряжений в сечении стенки;
- ориентировочная высота стенки балки, см, равная=h– 4…5 см;
Rs– расчетное сопротивление стали стенки на срез, кН/см2,.
С целью обеспечения местной устойчивости толщина стенки, см , принимается близкой к или(здесьhв см).
Во избежание установки продольных ребер жесткости толщину стенки целесообразно принять не менее .
Окончательную толщину стенки балки, tw, назначают по ГОСТ 19903-74* (от 6 мм с шагом 2 мм до 22 мм и далее: 25, 28, 30, 32, 36, 40 мм) и не менее.
На следующем этапе по [1, 7, 10] определяют толщину пояса tfи его ширинуbfв средней части длины балки. При назначении последней необходимо выполнить условия:;;. Окончательная ширина пояса принимается кратной 20 или 50 мм.
Требуемая толщина пояса определяется из условия обеспечения необходимой площади его сечения ,
где - требуемая из условия прочности балки площадь сечения пояса
,
- требуемый момент сопротивления сечения балки;
с– предварительно задаваемый коэффициент (см. п. 2.1.2), учитывающий частичное развитие в сечении балки пластических деформаций,с= 1,08…1,12. Окончательная толщина пояса принимается по ГОСТ 19903-74* и не более, чем.
Примечание: При неудачно заданной стали или завышенной высоте балки может оказаться, что ≤ 0. В этом случае можно снизить высоту балки доhmin или по согласованию с руководителем проектирования изменить класс стали.
Стенку с поясами соединяют автоматизированной или механизированной сваркой в соответствии с требованиями [2].