Определяем растягивающее усилие на 1 см настила:

,

где - цилиндрический модуль деформации, ;

- коэффициент надёжности по нагрузке (т. 1.4 [1]);

- предельный прогиб балки, при по т. 1.5 [1] определяем .

.

Для крепления настила принимаем ручную электродуговую сварку (ГОСТ 9467-75*) с электродом Э42.

Угловой шов рассчитываем по металлу шва, т. к.

,

где и - коэффициенты глубины проплавления шва, для ручной электродуговой сварки, и (т. 4.2 [1]);

- расчётное сопротивление металла шва (т. 4.4 [1]);

Компоновка сечения главной балки

б) место проверки приведенных напряжений в сечении 1-1.

Находим усилия в изменённом сечении главной балки:

Момент инерции сечения главной балки:

.

Момент сопротивления сечения главной балки

.

Статический момент сечения главной балки:

.

Прочность в уменьшенном сечении главной балки.

Проверяем прочность главной балки по нормальным напряжениям в сварном стыковом шве:

.

В связи с большим запасом прочности принимаем

Момент инерции сечения главной балки:

.

Момент сопротивления сечения главной балки

.

Статический момент сечения главной балки:

.

Прочность в уменьшенном сечении главной балки.

Проверяем прочность главной балки по нормальным напряжениям в сварном стыковом шве:

.

Проверяем прочность главной балки по касательным напряжениям у опоры главной балки:

,

где - расчётное сопротивление стали срезу, .

Проверяем приведенные напряжения на границе стенки в месте изменения сечения главной балки при _loc = 0.

;

;

.

Находим приведенные напряжения:

Проверка общей устойчивости главной балки не требуется, так как она закреплена балками настила через и выполняется следующее условие:

2.3 Проверка местной устойчивости элементов главной балки

Проверка местной устойчивости пояса главной балки

Местная устойчивость пояса обеспечена, т. к. выполняется условие:

где - свес полки, .

Проверка местной устойчивости стенки главной балки

Рис. 20. Схема расстановки рёбер жёсткости в главной балке

Условие гибкости стенки:

,

где .

При сопряжении балок в одном уровне () и необходима проверка местной устойчивости стенки. Так как и отсутствует подвижная нагрузка, то местная устойчивость может быть обеспечена основными ребрами жесткости.

Принимаем шаг ребер жёсткости ():

- ;

Так как , то проверку местной устойчивости следует вести при средних значениях M₁ и Q₁, вычисленных для более наряженного участка длиной , т. е. в сечении, расположенном на расстоянии от первого поперечного ребра.

а) Крайний отсек (x₁ = 698+1408/2= 1402 мм = 1,402 м)

В сечении 1-1 действуют:

;

.

балка сечение оголовка настил

Находим сжимающие напряжения у верхней границы стенки:

.

Средние касательные напряжения в стенке:

.

При .

Находим коэффициент :

Критические нормальные напряжения определяем по формуле:

,

где коэффициент, при по т. 3.14 [1].

Критические касательные напряжения:

,

где ;

;

.

Проверяем устойчивость стенки:

.

Местная устойчивость стенки в крайнем отсеке обеспечена

б) Средний отсек (x₂ = 9,85 м)

В сечении 2-2 действуют:

Находим сжимающие напряжения у верхней границы стенки:

.

Средние касательные напряжения в стенке:

.

Находим коэффициент :

.

,

где коэффициент, при по т. 3.14 [1].

Проверяем устойчивость стенки:

.

Местная устойчивость стенки в среднем отсеке обеспечена.

Назначаем размеры двухсторонних ребер жёсткости.

Размеры двухсторонних ребер жёсткости:

.

Принимаем ширину ребра жёсткости .

Находим толщину ребра:

.

Принимаем толщину ребра жёсткости (т. 7.14 [1]).

Назначаем сечение ребра . Торцы ребер должны иметь скосы 40x60 мм для пропуска поясных швов и их разгрузки от сварочных напряжений.

Поперечные рёбра жёсткости привариваем ручной электродуговой сваркой электродом Э50. В соответствии с т. 4.5 [1] принимаем катетом сварного шва .

Рис. 21 Двусторонние рёбра жёсткости

2.4 Расчёт соединения пояса со стенкой главной балки

Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляем двусторонними поясными швами.

Для сварки пояса со стенкой главной балки принимаем автоматическую сварку (ГОСТ 8713-79) под флюсом проволокой СВ_10Г2² 1,4-2 мм.

Угловой шов рассчитываем по металлу шва, т. к.

,

где и - коэффициенты глубины проплавления шва, и (т. 4.2 [1]);

- расчётное сопротивление металла шва (т. 4.4 [1]);

нормативное временное сопротивление стали С345 (т. 2.3 [1]);

(т. 4.7 [1]),

расчётное сопротивление шва по металлу границы сплавления.

- коэффициенты условий работы сварного шва.

Определяем катет сварного шва на участке с изменением сечения пояса.

,

где - длина шва, ;

- коэффициент условий работы (т. 2.1 [1]);

- статический момент полки (отсеченной части)

;

;

- расчетная поперечная сила под ближайшей к опоре балкой настила;

В соответствии с требованиями т. 4.5 [1] принимаем .

2.5 Расчёт опорной части главной балки

Ребро нагружено опорной реакцией .

Расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности:

,

где нормативное временное сопротивление стали С345 (т. 2.3 [1]);

коэффициент надёжности по нагрузке (т. 1.6 [2]).

Определяем требуемую площадь опорного ребра:

.

Ширина опорного ребра принимается равной ширине полки в измененном сечении балки

.

Определяем требуемую толщину опорного ребра:

.

Принимаем толщину опорного ребра (т. 7.14 [1]).

Принимаем сечение опорного ребра .

Площадь опорного ребра:

.

Ширина участка стенки, включенного в работу опорной стойки

;

;

.

Гибкость опорной части

коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов при гибкости опорного ребра и (т. 3.10 [1]).

.

Для крепления опорного ребра принимаем ручную электродуговую сварку (ГОСТ 9467-75*) с электродом Э60.

Угловой шов рассчитываем по металлу шва, т. к.

,

где и - коэффициенты глубины проплавления шва, и (т. 4.2 [1]);

- расчётное сопротивление металла шва (т. 4.4 [1]);

нормативное временное сопротивление стали С345 (т. 2.3 [1]);

(т. 4.7 [1]), расчётное сопротивление шва по металлу границы сплавления.

- коэффициенты условий работы сварного шва.

Определяем катет сварного шва, прикрепляющего опорное ребро к стенке главной балки из условия его прочности и максимально допустимой длины . Расчет ведем по металлу шва:

,

где количество швов, прикрепляющих ребро к стенке.

Принимаем катет сварного шва , что больше (т. 4.5 [1]).

Проверяем длину расчетной части шва

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

Опорное ребро выпускаем за пределы нижнего пояса на

Торец ребра, опирающийся на опорный столик должен быть пристроган.

2.6 Расчёт укрупнительного стыка балки

Укрупнительный стык делаем в середине пролёта балки, где и

Стык осуществляем высокопрочными болтами из стали 40X «Селект» по ГОСТ 4543-71*. В соответствии с т. 5.7 [1] наименьшее временное сопротивление высокопрочного болта

По т. 5.9 [1] принимаем способ обработки соединяемых поверхностей - дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации, способ регулирования натяжных высокопрочных болтов - по углу закручивания.

Несущая способность болта при двух поверхностях трения k=2:

,

где ;

площадь болта нетто (т. 5.5 [1]);

коэффициент условий работы болтового соединения (т. 5.3 [1]);

коэффициент надёжности (т. 5.9 [1]);

коэффициент трения (т. 5.9 [1]);

число поверхностей трения.

Стык поясов

Каждый пояс балки перекрываем 3_мя накладками ( и ) общей площадью сечения:

.

Усилие в поясе:

;

,

Количество болтов для прикрепления накладок:

.

Принимаем количество болтов .

Стык стенки

Стенку перекрываем 2_мя вертикальными накладками сечением длиной .

Момент, действующий на стенку:

.

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

.

Коэффициент стыка при двух вертикальных рядах болтов :

,

По т. 2.12 [1] принимаем количество рядов болтов по вертикали с

Окончательно принимаем 10 рядов болтов по высоте балки с шагом 150 мм, 9?120=1080 мм.

Проверяем стык стенки по формуле:

,

где .

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты .

Пояс ослаблен 2_мя болтами на краю стыка:

.

В ослабленных сечениях пояса должно выполняться условие прочности:

Проверяем ослабление накладок в середине стыка двумя отверстиями:

Ослабление накладок можно не учитывать.

2.7 Расчёт стыка балки настила с главной балкой

Уточняем расчётную нагрузку на балку с учётом собственного веса двутавровой балки № 45Б1 по ГОСТ 26020-83:

.

Определяем уточнённую:

.

Укрупнительный стык делаем на краю пролёта балки, где и .

Для крепления балки настила к главной балке принимаем болты М20 класса точностиВ5.6.

Определяем несущую способность болта из условия среза:

,

где - расчетное сопротивление болта срезу (т. 5.8 [1]).

- количество плоскостей среза.

- коэффициент условий работы болтового соединения (т. 5.3 [1]).

- площадь сечения болта (т. 5.5 [1]).

Определяем несущую способность болта из условия смятия:

где - расчетное сопротивление болта смятию (т. 5.6 [1]).

- диаметр болта.

- минимальная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.

- коэффициент условий работы болтового соединения (т. 5.3 [1]).

Определяем количество болтов:

где .

Принимаем количество болтов .

Проверяем ослабление сечение отверстиями под болты .

Проверка выполняется.

Для крепления настила принимаем сварку полуавтоматическую (ГОСТ 14771-76*) в углекислом газе (ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой СВ_08Г2С (ГОСТ 2246-701*) Ш1.4-2.0 мм

Угловой шов рассчитываем по металлу шва, так как

где и - коэффициенты глубины проплавления шва, для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа проволокой СВ_08Г2С Ш1.4-2.0 мм и (т. 4.2 [1]);

- расчетное сопротивление по металлу шва (т. 4.4 [1]);

(т. 4.7 [1]),

где - временное сопротивление стали С285 (т. 2.3 [1]);

- коэффициент условий работы сварного шва

Уточняем расчётную нагрузку на балку с учётом собственного веса двутавровой балки № 45Б1 по ГОСТ 26020-83:

.

Определяем уточнённую :

.

Находим катет шва

,

где - длина шва;

- коэффициент условий работы (т. 2.1 [1])

Окончательно по т. 4.5 [1] принимаем минимально допустимое значение в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов: для двутавра № 45Б1 при толщине стенки

3. Расчёт и конструирование колонны

3.1 Определение расчётной длины колонны

Расчётная нагрузка на колонну:

,

где - расчётная нагрузка на главную балку с учётом собственного веса.

Т.к. , то будем рассчитывать сплошную колонну.

Расчётная длина колонны:

,

где - отметка верха настила;

- высота главной балки;

- толщина настила;

- глубина заложения.

Расчётная длина колонны:

,

где коэффициент, зависящий от вида закрепления колонны (т. 3.19 [1]).

3.2 Расчёт сплошной колонны

Подбор и проверка сечения стержня колонны

Задаемся гибкостью сечения колонны л=60; при R_y=260 МПа ц=0,795 (по табл. 3.10 [1]) и определим требуемую площадь сечения колонны:

где- коэффициент условий работы

Определим требуемые радиусы инерции:

см

Определяем минимальные требуемые размеры сечения:

где

В двутавровом сечении по конструктивным соображениям, поэтому принимаем . Принимаем .

Компонуем сечение колонны.

Из условия местной устойчивости стенки, толщина стенки должна быть не менее:

где - предельная условная гибкость стенки;

- условная гибкость колоны.

Принимаем , следовательно площадь стенки равна

Площадь полки равна:

откуда толщина полки будет равна:

,

но из условия местной устойчивости полки, ее толщина должна быть не менее:

Окончательно принимаем: .

Определяем геометрические характеристики сечения:

.

Определяем геометрические характеристики сечения колонны:

Определяем максимальную гибкость колонны:

,

по гибкости определяем по т. 3.10 [1].

Проверяем устойчивость колонны:

недонапряжение 1,37 %<5 %

Проверяем колону по предельной гибкости:

. Условие выполняется.

Проверка местной устойчивости стенки:

Проверка местной устойчивости полки:

Условие выполняется.

Расчёт базы колонны

Принимаем фундамент из бетона класса , для которого:

нормативное сопротивление бетона осевому сжатию (т. 6.1 [3]);

частный коэффициент безопасности бетона;

расчётное сопротивление бетона осевому сжатию;

коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки (изменение № 3 [3]);

коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии.

.

Предварительно определяем требуемую площадь опорной плиты:

Базу колонны проектируем с фрезерованным концом.

Назначаем толщину траверсы , вылет консольной части плиты .

Ширина плиты:

.

Принимаем

Требуемая длина плиты:

.

Принимаем .

Получаем плиту с размерами в плане .

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

.

Определяем изгибающие моменты для участков 1, 2, 3.

Участок 1 опёрт на четыре канта:

,

где коэффициент расчёта на изгиб прямоугольных пластинок, опёртых на четыре канта (т. 2.14 [1]) в зависимости от.

Участок 2 опёрт на три канта:

,

где (т. 2.15 [1]) в зависимости от

Участок 3 консольный:

.

Требуемая толщина плиты по максимальному моменту:

,

где расчётное сопротивление стали С285 для листового, широкополосного универсального проката по ГОСТ 27772-88 при толщине свыше 10 до 20 мм (т. 2.3 [1]).

Так как требуемая толщина плиты больше 2 см, что превышает выпускаемы толщины для стали С285, принимаем сталь С345, где расчётное сопротивление стали С345 для листового, широкополосного универсального проката по ГОСТ 27772-88 при толщине свыше 40 до 60 мм (т. 2.3 [1]).

Принимаем толщину листа из стали С345 (т. 7.14 [1]).

Для крепления траверсы к стержню колонны принимаем сварку полуавтоматическую (ГОСТ 14771-76*) в углекислом газе (ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой СВ_08Г2С (ГОСТ 2246-701*) Ш1.4-2.0 мм

Угловой шов крепления траверсы к колонне рассчитываем по металлу шва, т. к.

,

где и - коэффициенты глубины проплавления шва, для полуавтоматической сварки в углекислом газе, электродом Э50, и (т. 4.2 [1]);

- расчётное сопротивление металла шва (т. 4.4 [1]);

(т. 4.7 [1]), ;

- временное сопротивление свариваемости стали С345 (т. 2.3 [1]);

-коэффициенты условий работы сварного шва.

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, необходимых для прикрепления её к стержню колонны четырьмя вертикальными швами, и прочностью самой траверсы, работающей как балка на двух опорах.

Катет шва принимаем .

.

Принимаем высоту траверсы , толщину .

Производим проверку прочности траверсы (, ).

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента на траверсу:

Интенсивность погонной нагрузки на траверсу:

Производим проверку траверсы на прочность:

- на консольном участке

- на среднем участке

Определяем прочность сварных швов:

По табл. 5.11 [1] конструктивно принимаем анкерные болты ВСт3кп2 диаметром 20 мм, с площадью сечения и расчётным сопротивлением .

Расчёт оголовка колонны

Принимаем толщину плиты оголовка колонны .

Определяем толщину ребра оголовка из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением

где длина сминаемой поверхности

нормативное временное сопротивление стали С345 (т. 2.3 [1]);

коэффициент надёжности по нагрузке (т. 1.6 [2]);

По табл. 7.14 принимаем толщину ребра оголовка из стали класса С345.

Для крепления рёбер оголовка к стенке колонны принимаем полуавтоматическую сварку (ГОСТ_14771-76*) в углекислом газе (ГОСТ 8050-85) проволокой СВ_08Г2С (по ГОСТ2246-71*).

Угловой шов крепления ребра оголовка к стенке колонны рассчитываем по металлу шва, так как:

где: и- коэффициент глубины проплавления

расчётное сопротивление по металлу шва, (т. 4.4 [1]);

расчётное сопротивление шва по металлу границы сплавления,

коэффициенты условий работы сварного шва.

Катет шва принимаем .

Принимаем высоту ребра оголовка 53 см

Проверяем ребро на срез:

Проверяем напряжения в швах прикрепляющих оголовок к плите при

где:-длина сварных швов.

Так как условие выполняется то поперечные ребра устанавливать не надо.

Определяем толщину накладки

Принимаем толщину накладки

Заключение

При выполнении курсового проекта подробным образом ознакомились с методами расчета балочного перекрытия рабочей площадки. Балки являются основными и простейшими элементами работающими на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских и промышленных зданиях, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, складах, в подкрановых балках производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях. Ознакомились с методом расчета настила и компоновки балочной клетки (нормального и усложненного типов), подбором наиболее экономичного варианта. Выяснили, что наиболее часто используемыми являются балки двутаврового сечения, которые могут быть прокатными и сварными, симметричными и ассиметричными. В ходе расчета проследили распределение нагрузок передающихся через металлический настил непосредственно через главную балку на колонну. Затронули расчет колонны и ее составляющих частей.

Литература

балка сечение оголовка настил

1. Справочные материалы для проектирования стальных конструкций зданий и сооружений./А.Б. Шурин, А.Б. Мухин. - Брест, Изд-во БрГТУ 2004 г. - 84 стр.

2. Металлические конструкции: учебник для студ. учреждений высш. проф. образов/ Ю. И. Кудишин и др. Под общей редакцией Ю.И. Кудишина. - 13_е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2011. - 688 с.

3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов./Е. И. Беленя и др. Под общей редакцией Е.И. Беленя и др. - высшее издание переработанное и дополненное - М. Стройиздат 1985 г. - 560 стр.

4. СНиП II_23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1998.-96 стр.

Размещено на Allbest.ru