Курсовая работа по металловедению на тему Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

Введение
Площадки предназначаются для размещения разнообрахго технологического оборудования, для организации его обслуживания и ремонта.
Рабочие площадки могут размещаться в зданиях и сооружениях различных назначений.
Рабочие площадки чаще всего выполняются в виде самостоятельного сооружений, встроенных в производственные или иного назначения здания и сооружения. В зависимости от назначения рабочие площадки могут иметь различные размеры в плане и различную сетку колонн.
Рабочие площадки состоят из колонн, по которым укладывают систему несущих балок, а сверху размещают настил.
Система несущих балок называется балочной клеткой.
Наибольшее распространение в рабочих площадках промышленных зданий получили два типа балочных клеток: нормальный и усложненный.
Главные балки площадки проектируют обычно сварными составного
сечения. Наиболее распространены балки в виде бисимметричного двутавра,
состоящие из стенки и двух поясов. Пояса рекомендуется принимать постоянной толщины из одиночных листов универсальной стали поГОСТ 82-70*.
Колонны бывают сварными и сквозными, что состоят из парных элементов (швеллеров, двутавров)
Целью курсовой работы является ознакомление с положениями конструирования основных элементов рабочей площадки, их расчета по методу предельных состояний.
В процессе проектирования необходимо выполнить:
1) конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки;
2) конструирование и расчет колонны;
3) конструирование и расчет узла сопряжения балок и колонны
Основная задача – обеспечение надежности работы всех элементов рабочей площадки в соответствии с двумя группами предельных состояний: по несущей способности и по пригодности к нормальной эксплуатации.

1.Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки.
1.1. Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки.
1.1.1. Балочная клетка нормального типа (1 вариант)
1.1.1.1. Компоновка ячейки.
Главные балки располагаю в продольном направлении, перекрывая пролет L = 17 м
Учитывая условия транспортабельности делю каждую балку на две равные отправочные марки – ГБ1. Принимаю шаг балок настила а = 1 м, кратный пролету главной балки. Частное от деления L/a = 17 – нечетное число.

Рис.1. Ячейки балочной клетки нормального типа
1.1.1.2. Расчет настила
Расчет настила выполняю при помощи графика Лейтеса

Рис.2 К расчету настила. а) конструктивная схема, б)расчетная схема
Расчет настила производим с помощью графиков Лейтеса (рис. 2а). Для заданной нагрузки g=27.2 и предельно допустимого относительного прогиба определяем требуемое от- ношение пролета настила к его толщине ; тогда минимальная толщина настила определяется, как: . По ГОСТ 19903–74* принимаю толщину настила t = 8мм.Значение нормативной величины нагрузки от массы настила, что распределяется на 1 м2 площади, определяю умножением объемной плотности стали на толщину листа

1.1.1.3. Расчет балок настила
Значение нормативной нагрузки на балку настила:

Значение расчетной нагрузки на балку настила:

- значение коэффициента надежности по нагрузке, принимаем условно; - Коэффициенты надежности по нагрузке значение для стали (СП 20.13330.2016 таб 7.1)
Значение расчетного изгибающего момента

Значение наибольшей поперечной силы

Подбор сечения производим, как для балок 2-го и 3-го классов, с учетом возможности развития пластических деформаций
Значение требуемого момента сопротивления балки

Ry –значение расчетного сопротивления стального проката на сжатие, растяжение и изгиб [4, табл. B.5]; в данном случае Ry = 24 кН/см2, как для фасонного проката при толщине от 10 до 20 мм (включ.);

–коэффициент, принимаемый в зависимости от величины касательных напряжений; примем в первом приближении = 1 для случая ≤0,5Rs с последующей проверкой после подбора сечения/
cx – коэффициент учёта развития пластических деформаций, определяемый по [4, табл. Е.1] в зависимости от схемы сечения; в курсовой работе для двутавровых балок можно для упрощения с достаточной точностью принять сx=1,1;
– коэффициент условий работы [4, табл. 1] =1
По сортаменту металлопроката по ГОСТ 57837-2017 с изм. подбираю двутавр №25Б3, момент сопротивления =410,8см, момент инерции
Статический момент Sx=233,88см3 толщина стенки s=7,5мм и линейная плотность g=37,4кг/м

Рисунок 3 К расчету балки настила
а) конструктивная схема;
б) расчетная схема;
в) эпюра изгибающих моментов;
г) эпюра перерезывающих усилий.
Проверим корректность выбора коэффициента . Для этого определим касательные напряжения:


Таким образом, коэффициент = 1 принят правильно.
Прочность принятой балки по нормальным напряжениям обеспечена, так как
Обеспечена и общая устойчивость балки: нагрузка на нее передается через стальной жесткий лист настила, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно к нему приваренный ([4, п. 8.4.4, б] с учётом особенностей, указанных в [4, п. 8.4.6]).
Проверяю жесткость балки. Для этого определяем относительный прогиб f / l1 и сравниваем его с предельно допустимым значением. Предельно допустимое значение [f / l1] определяем по [3, табл. Д.1] в соответствии с п. 2, а
Пролёт балки l1 =6 м. В табл. Д.1 приводятся предельно допустимые относительные прогибы для пролёта для пролёта 6 м – 1/200 (принято при высоте до низа главных балок более 6 м).


1.1.1.4. Технико-экономические показатели
Расход настила на 1м2 ячейки

Расход стали на балки настила, отнесенный к 1 м2 ячейки, можно определить делением линейной плотности балок на ширину их грузовой полосы:

Суммарный расход стали на квадратный метр ячейки определяется, как

Количество отправочных марок балок в ячейке составляет 15 шт.
Количество типоразмеров балок в ячейке -1 шт.
1.1.2.Балочная клетка усложненного типа (2 вариант)
1.1.2.1. Компоновка ячейки
Как и в ячейке балочной клетки нормального типа, главные балки располагаю, перекрывая больший пролет. По условиям транспортабельности делю каждую балку, как и в первом варианте, на две равные отправочные марки – ГБ1..
Вспомогательные балки размещаю с шагом l2 = 3,0м, кратным пролету главных.
Учитывая нежелательность попадания ВБ на монтажный стык ГБ, принимаем вариант с совмещением крайних вспомогательных балок в ячейке с поперечными осями.