Metodichka_po_MK-1_ch1

1. Зміст курсового проекту

Курсовий проект "Балкова клітка» є розрахунково-графічною роботою,

яка виконується з метою закріплення знань, отриманих при вивченні курсу

"Металеві конструкції" та придбання студентами практичних навиків розрахун-

ку та конструювання елементів балочної клітини: балок із прокатних профілів,

балок складеного перерізу та центрально-стиснутих колон.

Курсовий проект виконується за завданням, виданим студентові на кафед-

рі МДК. Він складається із розрахунково-пояснювальної записки та креслення металевих конструкцій балкової клітини на одному аркуші формату А1.

В курсовому проекті розробляють нормальний тип балкової клітини

(рис.1.1), як найбільш загальний.

Перед виконанням розрахунків студент повинен розробити загальну схему каркасу майданчика відповідно до отриманих в завданні вихідних даних: нанес-

ти осі, прольоти балок, відмітки верху настилу та верху фундаменту, дати зв’язки по колонам.

Зміст розрахунково-пояснювальної записки:

1.Розрахунок сталевого настилу.

2.Підбір двотаврового прокатного профілю для балки настилу та перевірка її міцності та жорсткості.

3.Розрахунок головної балки складеного двотаврового перерізу.

3.1.Підбір основного перерізу за найбільшим значенням згинаючого момен-

ту.

3.2.Зміна перерізу по довжині балки.

3.3.Перевірка місцевої стійкості поличок та стінки балки.

3.4.Перевірка загальної стійкості балки.

3.5.Розрахунок опорної частини балки.

3.6.Розрахунок зварних швів, що з'єднують стінку з поличками.

4.Розрахунок центрально-стиснутої колони.

4.1.Розрахунок стержня колони суцільного перерізу (або стержня наскрізної колони – тип колони вказується в завданні).

4.2.Розрахунок баз і оголовків колон суцільного або наскрізного перерізів.

5.Список використаної літератури

Рис. 1.1 Нормальний тип балкової клітки:

1 - балка настилу; 2 - головна балка; 3 - колона;

4 - зв'язки; l - прольот балки настилу;

L - прольот головної балки; а- крок балок настилу;

н - незнімний сталевий настил; р - ребра через 1м

Вихідні дані до курсового проекту наведено нижче для конкретного прик-

ладу балкової клітини.

2. Вихідні дані на проектування

Законструювати і розрахувати конструкцію балкової клітки робочого май-

данчика з двох секцій (розмір секції 6 12м) і сталевим незнімним настилом

(рис.2.1). Балкова клітка опирається на колони, крок яких у поздовжньому на-

прямі 12м, а в поперечному – 6м. Тимчасове рівномірно розподілене по площі вертикальне характеристичне (нормативне) навантаження дорівнює P n =20

кН/м2. Інші вихідні дані наведені в табл. 2.1.

Загальна схема каркасу майданчика відповідно до вище зазначених вихід-

них даних показана на рис. 2.1.

Таблиця 2.1

Вихідні дані

Рис.2.1. Компонування балкової клітки нормального типу за вихідними даними табл. 2.1 числового прикладу :

1 – балки настилу; 2 – головні балки; 3,4 – колони; 5 – зв'язки

Коефіцієнти надійності за розрахунковим граничним (максимальним)

навантаженням: для власної ваги металевих конструкцій – fm =1,05; для тим-

часового навантаження – fm =1,2.

Оскільки в навчальному прикладі не позначаємо ступінь відповідальності

споруди, коефіцієнт надійності будівлі (споруди) за призначенням умовно приймаємо n,m n,e n =1,0.

Для будівельних конструкцій приймають маловуглецеву сталь, вміст вуг-

лецю в якій не перебільшує 0.22%. Вуглецева сталь звичайної міцності скла-

дається із заліза, вуглецю та незначним вмістом кремнію та марганцю. Останні використовуються як розкислювачі та поліпшують фізико-механічні властивості сталі.

Добре розкислює сталь алюміній, який також нейтралізує шкідливий вплив таких домішок, як фосфор, сірка та ін. Якщо треба підвищити корозійну стій-

кість сталі, до її складу додають мідь.

Підвищення механічних властивостей сталей здійснюють додаванням до сплавів легуючих компонентів-металів, що здатні розчинятися в фериті та замі-

щують атоми заліза. Такі сталі відносять до сталей підвищеної міцності. Вони мають назву малолегованих, або низьколегованих.

Для отримання сталей великої міцності використовують легування та термічну обробку (нормалізацію, загартовування та відпуск, що зменшує крих-

кість сталі).

Маловуглецеві сталі за механічними властивостями розподіляються на три

групи:

1.Маловуглецеві сталі звичайної міцності з межею текучості 23,5…28,5кН/см2 .

2.Сталі підвищеної міцності (малолеговані) з межею текучості 29...40кН/см2 .

3.Високоміцні сталі з межею текучості 45...75кН/см2 .

Будівельні сталі поставляють за ГОСТ 27772-88, який розподіляє їх за мі-

цністю на 13 найменувань: від С235 до С590К.

Літера С – сталь будівельна; цифри 235, 245...345Т, 345К...590, 590К – ме-

жа текучості в МПа. Літери після цифр: К – варіант хімічного складу, Т – тер-

мооброблена сталь.

Сталі для будівельних конструкцій вибирають у залежності від умов робо-

ти матеріалу з урахуванням температури оточуючого середовища, характеру на-

вантаження, напруженого стану, способу з'єднання елементів, товщини прокату.

У залежності від перелічених умов усі металеві конструкції поділені на чотири групи відповідно до будівельних норм та правил [1, табл. 50*].

Балки настилу, настил та колони віднесені до третьої групи, де можна ви-

користовувати сталь С235; головні балки віднесені до другої групи і треба вико-

ристовувати сталь не нижче С245.

3.Сталеві настили

3.1.Загальні положення

Сталеві настили робочих площадок бувають знімні і незнімні. Сталеві зні-

мні настили вільно опираються на балки, а незнімні приварюються до них куто-

вими швами.

Достатньо жорсткі знімні настили (для яких характерно співвідношення

lt 50 ) працюють тільки на згин вздовж короткої сторони l (l – відстань між балками настилу) без розпору, подібно балці на двох шарнірних опорах

(рис.3.1).

Граничний стан такого настилу визначається умовою його деформативно-

сті і тому товщину настилу визначають лише з умови досягнення його максима-

льним відносним прогином від експлуатаційного навантаження qe значення від-

де EJ1 – циліндрична жорсткість пластини:

тут E 2,06 104 кНсм2 – модуль пружності; v 0,3 – коефіцієнт Пуассона.

Для розрахунку настилу умовно вирізають смугу шириною 1 см . Тоді мі-

німальна товщина сталевого настилу:

Рис. 3.1. Розрахункова схема знімного настилу для умовної смуги шириною 1 см

Напруження від розрахункового навантаження qm в настилі знаходять за формулою

при b 1см :

В варіанті незнімного настилу використовують тонкий листовий настил з

відношенням меншого прольоту до товщини в межах 50 lt 300 . Ефективність

роботи такого настилу значною мірою залежить від спроможностей працювати не тільки на поперечний згин, а й одночасно на розтяг. Виникаючий при цьому розпір H значно покращує роботу пластинки, зменшуючи в декілька разів її прогини і відповідно максимальний згинаючий момент, що в свою чергу дозво-

ляє суттєво зменшити товщину настилу. Такий настил є гнучким на відміну від жорсткого знімного настилу.

Для сприйняття гнучким настилом розпору H , його краї приварюють до підтримуючих його балок настилу. Крім того, нерухомість країв настилу між крайньою та сусідньою з нею балками настилу в межах кожної секції забезпечу-

ється встановленням ребер “р” (рис. 1.1), що кріпляться до верхніх поясів балок настилу (рис.1.1), запобігаючи їх крученню. Дані ребра працюють як стиснуті розпірки.

Для спрощення розрахунку в запас міцності та жорсткості вважають, що настил шарнірно з'єднується з балками і вигинається за циліндричною поверх-

нею (рис. 3.2).

де fm =1,2 - коефіцієнт надійності за розрахунковим граничним навантаженням для тимчасового навантаження.

Крок балок настилу приймається в межах 0,6...1,6м. В таблиці 3.1 приве-

дені рекомендовані товщини та вага 1 м2, гнучких настилів.

Більш докладніше питання конструювання та розрахунку настилів розгля-

нуті в навчальному посібнику [2].

Таблиця 3.1

Рекомендовані товщини сталевого настилу

3.2. Приклад розрахунку сталевого настилу

Приймаємо незнімний настил, приварений до балок кутовими швами

(рис.3.3). Вважаємо, що настил шарнірно з'єднується з балками. Відповідно до вихідних даних в прикладі прийнято характеристичне значення тимчасового

(технологічного, корисного) навантаження Pn 20 кН м2 . Попередньо за табл. 3.1 приймаємо товщину настилу t =10мм=1см . Для розрахунків умовно розгля-

даємо смугу шириною 1см . Тоді розрахункове експлуатаційне погонне рівномі-

рно розподілене навантаження на 1см довжини смуги при значенні корисного навантаження Pn 0,002 кНcм2 (за завданням) та власної ваги настилу

gнастn = ст t =0,0000785 1=0,0000785кН/см2 становить:

qe (Pn gнастn ) fe ,

точно приймаємо товщину настилу t 1cм .

Рис. 3.3. Схеми настилу: a - конструктивна; б - розрахункова;

1 - балки настилу; 2 - настил; 3 - зварні кутові шви

Величину розпору Н для смуги шириною 1см визначаємо за формулою

(3.8):

Висоту катету зварного кутового шва визначаємо за формулами:

- при розрахунках на міцність за металом шва

- при розрахунках на міцність за межею сплавлення

за 1,табл. 34*];

lw 1см - розрахункова довжина шва;

Rwf 18 кНсм2 - розрахунковий опір шва, прийнятий за [1, табл. 56] для електродів типу Е42 за ГОСТ 9467-75;

Rwz 0,45Run 0,45 37,0 16,65 кНсм2 - розрахунковий опір металу межі сплавлення;

Run 37,0 кНсм2 -нормативний опір сталі С235 за тимчасовим опором, що при-

ймають зa [1, табл. 51*];

с =1 –коефіцієнт умов праці.

При виконанні умови

f Rwf 0,7 18 12,6 кНсм2 z Rwz 1 16,65кНсм2 ,

розрахунок швів виконуємо тільки за металом шва за формулою (3.9):

Мінімальний катет зварного кутового шва, прийнятий за додатком 1 при товщині настилу t 1см , дорівнює 4мм . Тому остаточно приймаємо

K f 4мм 0,4см .

4. Балки настилу із гарячекатаних фасонних профілів

Балки настилу сприймають навантаження від плити настилу, від чого в них виникають внутрішні зусилля - згинаючий момент і перерізуюча сила. За статичною схемою вони розглядаються як однопрольотні розрізні балки,

шарнірно оперті на головні балки.