Введение. 
Расчет и конструирование главной балки

В данной курсовой работе запроектировано стальное балочное перекрытие рабочей площадки размерами 18×45м и высотой 8 м.

Данная курсовая работа состоит из пояснительной записки, выполненной на листах формата А4, и графической части на одном листе формата А1.

Выбор схемы балочной клетки

Определение вариантов балочной клетки

I Вариант. Нормальный тип балочной клетки.

Рис. 1. План балочной клетки

Шаг балок настила где L=15м, n=20 — четное число Выполним расчет стального настила.

Равномерно распределенная нагрузка: q=22 кН/м2=0,0022 кН/см2.

Коэффициент перегрузки:? =1,2; коэффициент условия работы: ?=1.

Предельный относительный прогиб:, так как.

оголовок колонна ребро балка.

Рис. 2. К расчету настила

Определяем толщину листов настила по формуле:

где — пролет настила;

— предельно допустимый прогиб;

где ?=0,3,.

148.0, тогда.

принимаем 6 мм.

Определим силу, растягивающую настил, для этого в настиле вырежем полосу шириной 1 см (см. рис.3а) и составим расчетную силу настила (см. рис.3б).

Рис. 3. К расчету настила

Определяем изгибающий момент, действующий в настиле:

где М0 — балочный момент где РЭ — Эйлерова сила,.

где.

Определим момент сопротивления настила:

Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам (настил приварен к балкам электродами типа Э-42А с), выполненного ручной сваркой в нижнем положении по формуле принимаем [1,табл.5.4].

Выполним проверку прочности настила по формуле:

где Аn=1· 0.6=0.6см2; Ry=23 кН/см2 (С235);

условие выполнено.

Выполним проверку жесткости настила:

условие выполнено.

Определим расход стали на 1м2:

Выполним расчет балки настила.

Материал: сталь С245, Rу=240МПа.

Определим нагрузку, действующую на балку:

qn1=22 кН/м2 — временная нагрузка;

qn2=0.47 кН/м2 — вес настила.

Определим вид загружения балки настила (см. рис.4):

Рис. 4. а) Размеры грузовой площади; б) Расчетная схема балки;

в) Эпюра изгибающих моментов.

Соберем все нагрузки на БН:

где — коэффициенты надежности по уровню ответственности;

— коэффициент надежности;

Определим Определим требуемый момент сопротивления из формулы:

где с1 — учитывает возможность пластических деформаций, согласно [1, стр.135] с1=1,1 для двутавровых балок по ГОСТ 8239–89.

по сортаменту [1, прил.14] принимаем двутавр № 27, имеющий: (см. рис.5).

Рис. 5. Сечение балки настила

Уточняем нагрузку на БН с учетом ее собственного веса:

qn3=(?· l·10/а)10−3=(31,5·10/0,813)10−3=0,387 (кН/м2);

;

Проверим прочность подобранного сечения по формуле:

условие выполнено.

Общая устойчивость обеспечена в связи с жестким закреплением и удержанием балок настила листами настила.

Местная устойчивость обеспечена большими толщинами проката.

Проверяем подобранное сечение по деформациям (прогибам):

Определим расчетное значение прогиба:

где.

Определим допустимый прогиб.

условие выполнено Принятое сечение двутавра № 27 удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Определим расход на 1м2:

II Вариант. Нормальный тип балочной клетки.

Шаг балок настила где L=15м, n=12 — четное число Дальнейший расчет аналогичен I варианту, поэтому все пояснения к расчету смотри выше.

Выполним расчет стального настила.

Равномерно распределенная нагрузка: q=22 кН/м2=0,0022 кН/см2.

Коэффициент перегрузки:? =1,2; коэффициент условия работы: ?=1.

Предельный относительный прогиб:, так как.

Определяем толщину листов настила по формуле:

где — пролет настила;

— предельно допустимый прогиб;

где ?=0,3,.

138.2, тогда.

принимаем 10 мм.

Определим силу, растягивающую настил:

Определяем изгибающий момент, действующий в настиле:

где М0 — балочный момент,.

где РЭ — Эйлерова сила, где.

Определим момент сопротивления настила:

Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам (настил приварен к балкам электродами типа Э-42A с), выполненного ручной сваркой в нижнем положении по формуле:

принимаем [1,табл.5.4].

Выполним проверку прочности настила по формуле:

где Аn=1· 1=1см2; Ry=23 кН/см2 (С235);

условие выполнено.

Выполним проверку жесткости настила:

условие выполнено.

Определим расход стали на 1м2:

Выполним расчет балки настила.

Материал: сталь С245, Rу=240 МПа.

Определим нагрузку, действующую на балку:

qn1=22 кН/м2 — временная нагрузка;

qn2=0,785 кН/м2 — вес настила.

Соберем все нагрузки на БН:

где — коэффициенты надежности по уровню ответственности;

— коэффициент надежности;

Определим Определим требуемый момент сопротивления из формулы:

где с1 — учитывает возможность пластических деформаций, согласно [1, стр.135] с1=1,1 для двутавровых балок по ГОСТ 8239–89.

по сортаменту [1, прил.14] принимаем двутавр № 33, имеющий: .

Уточняем нагрузку на БН с учетом ее собственного веса:

qn3=(?· l·10/а)10−3=(42.2·10/1,25)10−3=0,338 (кН/м2);

;

Проверим прочность подобранного сечения по формуле:

условие выполнено.

Общая устойчивость обеспечена в связи с жестким закреплением и удержанием балок настила листами настила.

Местная устойчивость обеспечена большими толщинами проката.

Проверяем подобранное сечение по деформациям (прогибам):

Определим расчетное значение прогиба:

Где.

Определим допустимый прогиб.

условие выполнено.

Принятое сечение двутавра № 33 удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Определим расход на 1м2:

III Вариант. Усложненный тип балочной клетки.

Шаг вспомогательных балок:

.

где L=15м, n=4 — четное число Шаг балок настила:

где В=6м, n=4;

Выполним расчет стального настила.

Расчет аналогичен I варианту.

Равномерно распределенная нагрузка: q=22 кН/м2=0,0022 кН/см2.

Коэффициент перегрузки:? =1,2; коэффициент условия работы: ?=1.

Предельный относительный прогиб:

так как.

Определяем толщину листов настила по формуле:

где — пролет настила;

— предельно допустимый прогиб;

где ?=0,3,.

129.8.

Тогда принимаем 12 мм.

Определим силу, растягивающую настил:

Определяем изгибающий момент, действующий в настиле.

где М0 балочный момент,.

где РЭЭйлерова сила.

Где.

Определим момент сопротивления настила:

Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам (настил приварен к балкам электродами типа Э-42А с), выполненного ручной сваркой в нижнем положении по формуле:

принимаем [1,табл.5.4].

Выполним проверку прочности настила по формуле:

где Аn=1· 1,2=1,2 см²; Ry=23 кН/см2 (С235);

условие выполнено.

Выполним проверку жесткости настила:

условие выполнено.

Определим расход стали на 1м2:

Выполним расчет балки настила.

Материал: сталь С245, Rу=240МПа.

Определим нагрузку, действующую на балку:

qn1=22 кН/м2 — временная нагрузка;

qn2=0,942 кН/м2 — вес настила.

Соберем все нагрузки на БН:

где — коэффициенты надежности по уровню ответственности;

— коэффициент надежности;

Определим Определим требуемый момент сопротивления из формулы:

где с1 — учитывает возможность пластических деформаций, согласно [1, стр.135] с1=1,1 для двутавровых балок по ГОСТ 8239–89.

по сортаменту [1, прил.14] принимаем двутавр № 24, имеющий: .

Уточняем нагрузку на БН с учетом ее собственного веса:

qn3=(?· l·10/а)10−3=(27,3·10/1,5)10−3=0,182 (кН/м2);

;

Проверим прочность подобранного сечения по формуле:

условие выполнено.

Общая устойчивость обеспечена в связи с жестким закреплением и удержанием балок настила листами настила.

Местная устойчивость обеспечена большими толщинами проката.

Проверяем подобранное сечение по деформациям (прогибам):

Определим расчетное значение прогиба:

где.

Определим допустимый прогиб.

условие выполнено, принятое сечение двутавра № 24 удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Определим расход на 1м2:

Выполним расчет вспомогательной балки.

Расчетная схема приведена на рис. 6.

Рис. 6. Расчетная схема вспомогательной балки

Материал: сталь С245, Rу=240МПа.

Определим нагрузку, действующую на балку:

qn1=22 кН/м2 — временная нагрузка;

qn2=0,942 кН/м2 — вес настила;

qn3=0,182 (кН/м2) — вес БН.

Соберем все нагрузки на БН:

;

где — коэффициенты надежности по уровню ответственности; - коэффициент надежности;

Определим.

Определим требуемый момент сопротивления из формулы:

где с1 — учитывает возможность пластических деформаций, согласно [1, стр.135] с1=1,1 для двутавровых балок по ГОСТ 8239–89.

по сортаменту [7, прил.11] принимаем двутавр № 55, имеющий: ,.

Уточняем нагрузку на БН с учетом ее собственного веса:

qn4=(?· l·10/b)10−3=(92,6·10/3.75)10−3=0,247 (кН/м2);

;

Проверим прочность подобранного сечения по формуле:

условие выполнено.

Проверим прочность по касательным напряжениям по формуле:

где.

условие выполнено.

Вывод: прочность балки по изгибающему моменту и касательным напряжениям обеспечена.

Выполним проверку местной устойчивочти ВБ с учетом местного давления БН (см. рис.7) по формуле:

Рис. 7. Местные напряжения в ВБ от БН

Определим местные напряжения по формуле:

Где FБН=2· QБН=2·73,7=147,4(кН),.

условие выполнено.

Проверим общую устойчивость вспомогательной балки по формуле:

где.

Так как тогда используем следующую формулу с подстановкой.

где ?=0,3 — учитывает пластические деформации.

условие выполнено, следовательно, общая устойчивость ВБ обеспечена.

Проверяем подобранное сечение по деформациям (прогибам):

Определим расчетное значение прогиба:

где.

Определим допустимый прогиб:

условие выполнено.

Принятое сечение двутавра № 55 удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Определим расход на 1м2:

Сравнение вариантов балочной клетки

Сравнение вариантов балочной клетки выполнено в табличной форме (табл.1).

Таблица 1. Сравнение вариантов балочной клетки.

Вывод: Для дальнейшего расчета принимаем I вариант в виду его меньшего расхода стали, что значительно снижает нагрузки на нижестоящие конструкции.