Расчет рабочей стальной площадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Курсовая работа выполнена на тему: «Расчет рабочей стальной площадки», в результате которой были произведены:

- подбор основных конструкций настила с учетом экономических показателей;

-основные расчеты для конструирования главной балки и колонны;

-компоновка основных конструкций и подобрано соответствующее сопряжение в соответствии с методическими указаниями и нормативными документами;

- выполнены все чертежи основных конструкций, проработаны основные конструктивные узлы и приведены соответствующие таблицы.

Проектом предусмотрено применение высококачественных, оптимально рассчитанных и подобранных металлических элементов каркаса. Это позволяет значительно уменьшить трудоемкость, повысить производительность труда и качество строительно-монтажных работ.

Курсовая работа состоит из двух частей: графической и пояснительной записки. Пояснительная записка состоит из 31 листа формата А4, в ней используется 11 рисунков и 113 формул. Графическая часть выполнена на двух листах формата А2.

Введение

Металл в строительстве начал использоваться как основной материал для изготовления несущих конструкций значительно давно, еще в начале XVII в., когда из него выполняли затяжки и скрепы для каменной кладки. Затем проектировались стержневые купольные конструкции глав церквей. В качестве конструкций каркаса для мостов и перекрытий, металлические конструкции начали использовать во второй половине XVIII в.

В данную эпоху особо применялись чугунные конструкции, поскольку металлургия железа (стали) была еще очень примитивной. Чугунные конструкции продолжали применять до конца XIX в., постоянно совершенствуя конструктивные формы. Появились двутавровые балки прямолинейного и криволинейного очертаний, в том числе балки с проемами, полые сечения колонн, удобные для литья. Сочетания таких балок и колонн позволило создать рациональный тип каркасного здания.

Широкому развитию металлических конструкций, начиная с 30-гг., прошлого столетия, способствовали 3 обстоятельства: появление клепаного процесса с использованием дыропробивных прессов, развитие проката листов и фасонных профилей, бурный рост сети железных дорог и связанное с этим строительство мостов и вокзальных перекрытий. Применение прокатных профилей и заклепочных соединений позволило достаточно просто выполнять сложные пространственные узлы, что способствовало бурному совершенствованию конструктивной формы конструкций.

Дальнейшее развитие и совершенствование металлических конструкций было связано с применением сварки. К концу 40-х гг. клепаные конструкции применялись исключительно редко, главным образом в мостах. Переход на сварные конструкции позволил делать их легкими, технологичными и экономичными. Сварка способствовала разнообразию конструктивных решений и расширению рациональных областей применения металлических конструкций.

Сейчас металлические конструкции производятся на специализированных сталелитейных заводах. В настоящее время характерной чертой развития металлических конструкций стала типизация конструктивных схем и элементов. Большой объем строительства и связанная с ним повторяемость конструкций создали предпосылки для разработки типовых схем и конструктивных решений каркасов промышленных зданий.

Существенно повышает качество проектирования и ускоряет его процесс современная вычислительная техника (ЭВМ) с системами автоматизированного проектирования (САПР). Применение ЭВМ позволяет проектировщику в короткие сроки найти оптимальное конструктивное решение проектируемого сооружения и рассчитать практически любую сложную систему без значительных упрощений.

1. Компоновка и выбор схемы балочной клетки

1.1 Компоновка балочной клетки

Рабочая площадка состоит из элементов, образующих балочную клетку (главных балок и балок настила), настила, колонн и связей. Расстановку балок в плане выполняем для одной ячейки размерами 9 на 13 м.

План рабочей площадке приведен на рис.1.

Рисунок 1 - План рабочей площадки.

По колоннам вдоль большого шага укладываем главные балки (ГБ), а по ним балки настила (БН), шаг балок настила выбираем таким образом, чтобы он был кратен размеру L. Рекомендуется назначать от 500 до 1200 мм.

При расстановке балок настила учитываем, что они не должны опираться на главную балку в середине пролета, так как в этом месте устраивается укрупнительный стык.

В курсовой работе рассматривается две схемы балочной клетки. Для каждой схемы:

- подбираем сечение балок;

- определяем толщину стального настила;

- выбираем экономический вариант.

1.2 Подбор сечения балки настила

Типовая ячейка балочной клетки приведена на рис.2.

Вариант 1. Для а = 500 мм.

Рисунок 2 - Типовая ячейка балочной клетки.

Расчетная схема балки настила приведена на рис.3.

Рисунок 3 - Расчетная схема балки настила.

Погонная нормативная и расчетная нагрузки на балку настила:

, (1)

где p - заданная временная длительная нагрузка;

a - шаг настила.

qn = 1,05 · 17 · 0,5 = 8,925 кН/м

(2)

где ?fp = 1,2 - коэффициент надежности по временной загрузке;

1,05 - коэффициент, учитывающий приближенно вес настила и балок настила.

q = 1,05 · 17 · 1,2 · 0,5= 10,71кН/м

Подбор сечения балок производим из условия их прочности с учетом развития пластических деформаций:

(3)

Условия жесткости определяется по формуле:

(4)

Изгибающий момент от расчетных нагрузок определяется по формуле:

(5)

где q - поперечная сила;

? - пролет балки.

М =10,71· 102 / 8 = 133,875 кНм

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления:

(6)

где с1 = 1,12 - коэффициент, учитывающий среднее значение пластической деформации;

?с = 1 - коэффициент условия работы стали;

Rу = 240МПа (24кН/см2 ) - расчетное сопротивление стали.

Wтр = 133,875 · 100 / 1,12 · 24 · 1 = 498,04 см?

Из условия жесткости определяем требуемый момент инерции:

(7)

где Е = 2.06 · 105 МПа - модуль упругости стали.

n0 - находим методом интерполирования по приложению10.

n0 =207,14

11652,67 см4

По сортаменту подбираем необходимый профиль у которого:

Исходя из расчетов по ГОСТ 260.20-83 подбираем двутавр № 36:

Ix = 13380 см4;

Wx = 743 см3;

Sx = 423 см3;

tw = 0,75 см;

m = 48,6 кг;

bf = 145 мм.

1.3 Расчет стального листового настила

Настил укладывается на балки настила и приваривается к ним сплошными угловыми швами.

Пример рисунка к расчету настила приведен на рис.4.

Рисунок 4 - К расчету настила.

Подбор толщины настила tn производится из расчета его жесткости:

(8)

где Е1-приведенный модуль упругости,

Е1 = Е / (1 - ?2) = 2,06 · 105 / (1 - 0,32) = 2,26 · 105Мпа; 2,26 · 104кН

?n = a - bf = 500 - 145 = 355 мм =35,5 см

Принимаем tn = 6 мм.

Вариант 2.

Меняем шаг настила и считаем для а = 750 мм.

Погонная нормативная и расчетная нагрузки на балку настила:

, (1)

где p - заданная временная длительная нагрузка;

a - шаг настила.

qn = 1,05 · 17 · 0,75 = 13,387кН/м

(2)

где ?fp = 1,2 - коэффициент надежности по временной загрузке;

1,05 - коэффициент, учитывающий приближенно вес настила и балок настила.

q = 1,05 · 24 · 1,2 · 0,75 = 16,065 кН/м

Изгибающий момент от расчетных нагрузок определяется по формуле:

(5)

где q - поперечная сила;

? - пролет балки.

М = 16,065 · 102 / 8 = 200,81 кН·м

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления:

(6)

где с1 = 1,12 - коэффициент, учитывающий среднее значение пластической деформации;

?с = 1 - коэффициент условия работы стали;

Rу = 240МПа (24кН/см2 ) - расчетное сопротивление стали.

Wтр = 200,81 · 100 / 1,12 · 24 · 1 = 747,06 см?

Из условия жесткости определяем требуемый момент инерции:

(7)

где Е = 2.06 · 105 МПа - модуль упругости стали.

n0 - находим методом интерполирования по приложению10.

n0 =183,33

15411,91 см4

По сортаменту подбираем необходимый профиль у которого:

Исходя из расчетов подбираем двутавр № 40:

Ix = 19062 см4;

Wx = 953 см3;

Sx = 545 см3;

tw = 0,83 см;

m = 57 кг;

bf = 155 мм.

Подбор толщины настила tn производится из расчета его жесткости:

(8)

где Е1-приведенный модуль упругости,

Е1 = Е / (1 - ?2) = 2,06 · 105 / (1 - 0,32) = 2,26 · 105Мпа; 2,26 · 104кН

?n = a - bf = 750 - 155 =595 мм = 59,5 см

Принимаем tn = 6 мм.

1.4 Выбор схемы балочной клетки

Подобрав балку настила и толщину настила для каждого варианта схемы, определяем массу настила и балок в кг/м2:

(9)

где gн - вес настила,

; (10)

gБН - вес балки настила;

Вес балки настила определяем путем деления массы одного погонного метра балки (по Сортаменту) на шаг настила.

Вариант 1.

gн = 7850 · 0,006 = 47,1 кг/м2

gБН = 57/0,5= 97,2 кг/м2

g = 47,1+97,2 = 144,3 кг/м2

Вариант 2.

gн = 7850 · 0,006 = 47,1 кг/м2

gБН = 57/0,75= 76 кг/м2

g = 47,1+76 = 123,1 кг/м2

Для дальнейшего проектирования принимается схема балочной клетки с меньшим g = 123,1 кг/м2, принимаем двутавр №40 с шагом 0,75 м (по 2 варианту).

2. Расчет главной балки

2.1 Расчетная схема, нагрузки и усилия

Нагрузка от балки настила передается на главную балку в виде сосредоточенных сил. Для средней балки площадки сосредоточенная сила равна двум опорным реакциям балок настила.

При большем количестве сосредоточенных сил (>5) их можно заменить равномерно распределенной нагрузкой.

Пример грузовой площади приведен на рис.5.

Рисунок 5 - Грузовые площади.

Погонная нагрузка с приближенным учетом собственного веса главной балки (2%) нормативная:

(11)

где 0,01 - коэффициент перевода массы (g) в кн.

qn = 1,02·(17 + 0,01 · 123,1) · 10 = 185,95 кН/м;

Расчетная:

(12)

q = 1,02·(17·1,2 + 0,01· 123,1·1,05) · 10 = 221,264 кН/м;

Максимальное значение изгибающего момента определяется по формуле:

(13)

где L - шаг колонн в продольном направлении, м;

q - расчетная нагрузка, кн/м.

(14)

Расчет главной балки ведем без учета работы материала в упруго пласти-ческой стадии. Прочность балки по максимальному нормальному напряжению проверяется по формуле:

(15)

Прочность балки по максимальному касательному напряжению проверяется по формуле:

(16)

где Ry = 24 МПа (для С255)

Rs - расчетное сопротивление сдвигу;

Rs = 0,58 Ry = 0,58·24 = 13,92 МПа;

Sx - статический момент.

Из условия прочности и жесткости определяем требуемые моменты инер-ции и сопротивления:

(17)

(18)

n0 = 197,62 (находим методом интерполирования по приложению10)

2.2 Компоновка сечения главной балки

Сечение главной балки компонуется из трех листов: вертикального (стенка) и двух горизонтальных (полки). Высота балки h принимается в результате сопоставления строительной, минимальной и оптимальной высоты.

Строительная высота hs задается и диктуется отметками верха настила hн и под площадного габарита hr. При этом строго соблюдается верхняя отметка, так как здесь находится оборудование обслуживающее технологический процесс.

Сечение главной балки приведено на рис.6.

Рисунок 6 - Сечение главной балки.

Пример с определением строительных высот приведен на рис.7.

Рисунок 7 - Строительная высота.

hs= hh - hr - (tn +?);

где ? - зазор, учитывающий прогиб главной балки, принимается от 60 до 100мм.

Из условия предельного состояния по жесткости определяем минимальную высоту сечения:

(19)

Оптимальная высота определяется из условия минимальной массы по формуле:

(20)

(21)

где ? - относительная гибкость (5…6).

см

см

Высота сечения h назначается в зависимости от соотношений между полученными значениями hs, hmin и hopm:

а) если hs ? hopm > hmin > h = hopm

б) если hs > hmin > hopm> h = hmin

в) если hmin < hs < hopm > h = hs

г) если hs ? hmin > h = hs

hmin < hs < hopm >60,1<170<179

принимаем h w = 170 см

Толщину стенки tw определяем:

1) из условия оптимальности -

(22)

= 1,16 см.

из условия прочности стенки на срез в опорном сечении -

(23)

где Rs = 0,58· Ry = 0,58 · 24 = 13,92 кН/см2;

из условия обеспечения устойчивости стенки -

(24)

1см

Окончательную толщину стенки назначаем равной 1 см.

Для определения ширины bf и толщины tf можно определить сначала требуемую площадь одной полки Af.

Момент сопротивления полок с некоторыми допущениями будет равен:

(25)

(26)

(27)

см?

Wf = 25928- 4816,66 = 25927,5 см3;

Af = 25927,5/ 170 = 152,51 см2.

Аналогично требуемую площадь можно получить из условия жесткости по требуемому моменту инерции:

(28)

(29)

(30)

см?

Принимаем большое значение требуемой площади 76,67 см?.

По большему значению требуемой площади полки назначаем ее размеры соблюдая следующие условия: а) условия общей устойчивости

 (31)

bf = (1 / 3…1 / 5) · 170 = 56,6 … 34 см.

Принимаем bf =45 см.

б) условие местной устойчивости полки -

(32)

tf > 45 / 29,297 = 1,53см.

Конструктивное требование:

a) tw ? tf ?3·tw

1 см ? 1,53 см ? 3· 1 см;

Принимаем tf =1,6 см

Принимаем полку из стандартного листа 54 на 1,16 см.

2.3 Проверка прочности и жесткости подобранного сечения

Проверку начинаем с вычисления геометрических характеристик сечения:

(33)

Af = 45 · 1,6 = 72 см2 (34)

Aw = 170 · 1,16 = 197,2 см2;

(35)

A = 2 · 72 + 197,2 = 341,2 см2;

(36)

(37)

h = 170 + 2 · 1,6 = 173,2 см;

(38)

(39)

Уточнение веса балки:

масса одного погонного метра главной балки в кг

(40)

кг/м.

нормативная нагрузка -

(41)

qn = (17+ 0,01 · 221,26) · 10 + 0,01 · 267,84 = 194,8 кН/м.

расчетная загрузка -

(42)

q = (1,2 · 17 + 0,01 · 1,05 · 221,26) · 10 + 0,01 · 1,05 · 267,84 = 230,04 кН/м.

4) максимальный момент -

кНм;

кН.

Уточняем значение расчетного сопротивления Ry в зависимости от толщины tf.

Ry = 24 кН/см2.

Проверяем прочность балки по максимальным нормальным напряжениям:

36,62 кН/см2 ? 24кН/см2.

Проверка не выполнена, увеличиваем сечение главной балки.

(33)

Af = 65 · 2,4 = 156 см2 (34)

Aw = 190 · 1,5 = 285 см2;

(35)

A = 2 · 156 + 285 = 597 см2;

(36)

(37)

h = 190 + 2 · 2,4 = 194,8 см;

(38)

(39)

Уточнение веса балки:

масса одного погонного метра главной балки в кг

(40)

кг/м.

нормативная нагрузка -

(41)

qn = (17+ 0,01 · 221,26) · 10 + 0,01 · 468,645 = 196,8 кН/м.

расчетная загрузка -

(42)

q = (1,2 · 17 + 0,01 · 1,05 · 221,26) · 10 + 0,01 · 1,05 · 468,645 = 232,15 кН/м.

4) максимальный момент -

кНм;

кН.

Уточняем значение расчетного сопротивления Ry в зависимости от толщины tf.

Ry = 24 кН/см2.

Проверяем прочность балки по максимальным нормальным напряжениям:

17,1 кН/см2 ? 24кН/см2.

Проверяем прочность балки по максимальным касательным напряжениям:

;

6,79<13,92

Проверяем жесткость балки:

(43)

?0=202,4

1500/0,82?202,4

1829б26?202,4

Определяем сопряжение балок по формуле:

;

где ? - зазор, учитывающий прогиб главной балки, принимается от 60 до 100мм.

принимаем сопряжение в одном уровне.

2.4 Изменение сечения главной балки по длине пролета

Изменить сечение пояса удобно за счет уменьшения ширины поясных листов сохраняя сечение стенки и толщину полок постоянными.

Изменение сечение главной балки по длине приведено на рис.8.

Рисунок 8 - Изменение сечения главной балки по длине.

(45)

х = (1 / 5…1 / 6) ·15 = 3…2,5 м

Принимаем х=2,75 м.

Окончательное расстояние х принимаем с учетом того, чтобы место изменения сечения не совпало с местом примыкания балки настила.

Расчетный изгибающий момент М1 и поперечную силу Q1 определяем по формулам:

(46)

(47)

Уменьшенное сечение подбираем исходя из прочности стыкового сварного шва нижнего пояса.

Требуемый момент сопротивления измененного сечения определяется по формуле:

(48)

где Rwy - расчетное сопротивление растяжению сварных швов.

При физическом методе контроля сварного шва Rwy =Ry·0,85=24·0,85=20,4;

W1 = 4468,89·100/ 20,4= 21906,32см3.

Требуемая площадь полки в измененном сечении будет равна:

(49)

(50)

b1f = 67,26 / 2,4 = 28,02 см.

Ширина поясного листа в измененном сечении должна быть не меньше 200 мм и не меньше 1 /10 h, где h - общая высота балки.

Принимаем b1f =30 см

Определив характеристики измененного сечения проводим проверку прочности главной балки:

 (51)

А1f = 190 · 1,5 + 2 · 30· 2,4= 429 см2.

(52)

I1x = = 2177576 см4.

(53)

W1x = 2 · 2177576/ 190 = 22921,85см3.

W1x > W1

22921,85> 21906,32

Если Wx1 > W1, то проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям не требуется, при условии, что стык будет выполняться при наличии выводных планок.

(54)

(55)

(56)

2.5 Проверка и обеспечение устойчивости балки, сжатого пояса и

стенки

В соответствии с пунктом 5.16 /1/ устойчивость балки проверять не требуется, так как при схемах балочной клетки, верхний пояс закреплен настилом. Устойчивость сжатого пояса обеспечена соотношением его ширины и толщины в процессе назначения размеров сечения. Стенку балки в соответствии с пунктом 7.10 /1/ следует укрепить поперечными ребрами жесткости, если:

(57)

126,66 > 93,75

Размещение ребер жесткости по пролету балки следует согласовать со схемой балочной клетки при сопряжении балок в одном уровне обычно ребра жесткости уславливается в местах опирания балок настила на главную балку с тем, чтобы их можно было использовать для крепления. Если балка настила расположена слишком часто (менее чем hw), то ребра можно устанавливать не под каждой балкой, а через 2-3 расстояния между ними, но не реже чем через 2hw. Принимаем шаг ребер жесткости а1 = 2,50м.

Варианты установки ребер жесткости приведены на рис.9.

Рисунок 9 - Варианты установки ребер жесткости.

Ширина парного симметричного ребра должна быть:

мм (58)

мм

bh 10см, принимаем bh = 11см.

Толщина ребра ts принимается не менее:

(59)

ts ? 0,75 см, принимаем ts = 0,75см.

Устойчивость стенки проверяется в предположении её работы как прямо-угольной пластинки размерами а1 · hw.

Проводим проверку устойчивости стенки в месте изменения сечения балки по формуле:

 (60)

(61)

(62)

(63)

(64)

d - меньшая сторона пластинки ( а1 или hw ) = 170см;

? - отношение большей стороны пластинки к меньшей (а1 / hw)= 1,15;

кН / см2;

кН / см2

кН / см2;

кН / см2;

; 0,55 < 1

2.6 Расчет соединения поясных листов со стенкой

Поясные швы препятствуют сдвигу полок относительно стенки вдоль балки от действия поперечной силы Q.

Пример к расчету соединения поясных листов со стенкой приведен на рис.10.

Рисунок 10 - К расчету соединения поясных листов со стенкой.

Расчет швов ведется на максимальную поперечную силу ( на опоре ), Qmax, а толщина швов принимается постоянной по длине балки.

Расчетное сдвигающее усилие на единицу длины шва:

(65)

Шов рассчитывается на срез (условный) по двум сечениям:

а) по металлу шва -

(66)

2,77 < 18

б) по металлу границы сплавления -

(67)

1,56 < 17,1.

2.7 Конструирование и расчет опорной части главной балки

Расчетом должны быть проверены опорные ребра на смятие, опорная часть балки на устойчивость и сварные швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке балки.

Опорные части главной балки приведены на рис.11.

Рисунок 11 - Опорные части главной балки.

Сначала определяются размеры опорного ребра bр и tр из условия его прочности на смятие торцевой поверхности опорной реакцией главной балки Fоп. Задавшись tр = 12 … 20 мм, находят:

(68)

(69)

где q - расчетная нагрузка на единицу длины главной балки;

Rр - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности;

Принимаем tр = 20мм = 2,0см.

кН

23,51 см

Принимаем bp = 30см.

Ширина ребра должна быть не менее 200 мм и соответствовать сортаменту на широкополосную универсальную сталь. Выступающая часть ребра принимается 15 - 20 мм, но не более 1,5 tр ( принимаем 20 мм ).

Проверяется устойчивость опорной части балки из плоскости стенки как центрально - сжатой стойки, нагруженной силой Fоп :

(70)

где Аоп - расчетное сечение стойки, включающее сечение ребра и примыкающий к нему участок стенки шириной:

(71)

(72)

Аоп = 30 · 2 + 28,56· 1,5 = 102,84 см2;

Fоп = 1741,12кН;

? - коэффициент продольного изгиба принимаем в зависимости от гибкости ?у;

(73)

(74)

;

Находим ? интерполяцией по приложению 4: ? = 0,933

17,61 < 24.

Проверяется местная устойчивость опорного ребра:

(75)

(76)

bef = (30- 1,5) / 2 = 14,25 см;

Опорная реакция с ребра на стенку балки передается через вертикальные угловые швы. Требуемый катет шва:

 (77)

Катет шва должен быть назначен не менее минимального конструктивного.

Сварка выполняется, как правило, полуавтоматом с применением сварочной проволоки диаметром 1,4 до 2 мм. В этом случаи ?f = 0,9 при kf = 3…8мм и ?f = 0,8 при kf = 9 …12 мм.

Принимаем kf,тр. = 0,8см.

Если

, (78)

то kf следует определять по металлу границы сплавления,

,

3,82 < 4,34.

2.8 Укрупнительный стык главной балки

Укрупнительный стык устраивается обычно в середине пролета балки, что позволяет получить два одинаковых отправочных элемента. Стык проектируется сварным. Сварной укрупнительный стык требует следующих специальных конструктивных и технологических мероприятий:

Сжатый пояс и стенку соединяют прямым швов встык, а растянутый пояс - косым швом, так как на монтажной площадке физические способы контроля затруднены. Такой стык равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться.

Участки поясных швов длиной по 500 мм от стыка оставляют на заводе не заваренными.

Сварку стыка следует производить в последовательности, указанной цифрами ( во избежание больших сварочных напряжений ).

Следует предусмотреть разделку кромок свариваемых деталей и зазоры в стыке.

3. Расчет и конструирование колонны

3.1 Расчетная схема. Расчетное усилие

Колонны рабочей площадки рассчитываются как центрально - сжатые стержни по формуле:

(79)

где ? - минимальный коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от максимальной гибкости ( ?x или ?y ) и расчетного сопротивления стали Ry.

За длину стержня ?с принимается расстояние от низа главной балки до низа базы колонны (до верха фундамента):

(80)

где hн - отметка верха настила по заданию, 780 см;

tн - толщина настила, 0,6 см;

h - высота сечения главной балки, 193,2 см;

а - выступающая часть ребра главной балки, которую можно принимать равной 3 см;

hб - заглубление базы колонны ниже нулевой отметки, принимается равным 60 см;

см;

Расчетная длина колонны:

(81)

где ? - коэффициент, зависящий от способа закрепления концов сжатого пояса. В курсовом проекте закрепление обоих концов принимаем шарнирными (? = 1).

?ef = 1·532,2= 532,2см;

Расчетная сосредоточенная сила N равна двум опорным реакциям главной балки:

(82)

где q - расчетная нагрузка на главную балку.

N = 232,15 · 15 = 3482,25кН.

3.2 Компоновка и подбор сечения

Сначала, задавшись приблизительно гибкостью ? = 70 - 100 (принимаем ? =100), находят для соответствующего значения Ry коэффициент ? и определяем условную гибкость:

(83)

? = 80 > ? = 0,686;

Вычисляем требуемую площадь сечения и назначаем размеры сечения:

(84)

= 211,5 см2.

Принимаем колонный двутавр № 40 К4.

Определяем характеристики сечения:

А = 295,39 см2, ix = 17,72 см, iу = 10,25 см.

2. Вычисляем гибкости стержня в плоскости и из плоскости:

(85)

(86)

?x = 523,2 / 17,72 = 29,52;

?y = 523,2/ 10,25 = 51,04.

3. По большему из двух значений гибкости определяем ? и делаем проверка общей устойчивости колонны:

(87)

?y = 51,04 > ? = 0,842;

4. Должно соблюдаться условие:

(88)

(89)

(90)

= 0,583;

?пред = 180 - 60 · 0,583 = 145;

51,04 < 145.

Проверяем условие:

и ( по сортаменту)

>

Т.к. , установка поперечных ребер жесткости не требуется.

3.3 Конструкция и расчет оголовка колонны

Конструктивное решение оголовка колонны принимается в зависимости от компоновочной схемы балочной клетки и конструкции стержня колонны. Наиболее простым и надежным является свободное опирание балки на колонну сверху через опорную плиту.

При установке главной балки на колонну сверху расчет оголовка ведется в следующей последовательности:

1. Конструктивно назначаем толщину опорной плиты. Размеры плиты в плане должны быть на 20 - 30мм больше габаритных размеров сечения колонны.

2. Определяем размеры опорного ребра колонны. Ширину ребра назначаем из условия, чтобы была обеспечена необходимая длина участка смятия:

(91)

где bp - ширина опорного ребра главной балки ( 20см );

to - толщина опорной плиты, 20 … 25мм ( принимаем 25мм );

bсм = 30 + 2 · 3,5 = 35 см.

Толщину ребра tр находят из условия смятия его торца:

(92)

Принимаем

Длину ребра ?р определяют из условия прочности сварных швов, прикрепляющих его к стенке или ветвям колонны:

(93)

kf принимаем не менее значений, приведенных в таб. 38 в зависимости от толщины ребра и не более 1,2·tw (tw - толщина стенки сплошной колонны или стенки ветви сквозной колонны).

Принимаем =80 см

3. Проверяем прочность стенки сплошной колонны на срез:

(94)

? = 12,88 < 13,92

3.4 Конструкция и расчет базы колонны

Проектирование базы начинают с выбора её конструкции. Принимаем для колонны сплошного сечения базы с траверсой.

Расчетом определяются размеры опорной плиты в плане, её толщина, размеры траверс и размеры сварных швов.

Требуемую площадь плиты определяют по формуле:

(95)

где Rb - призменная прочность бетона фундамента, принимается в зависимости от заданного класса бетона (Rb = 6,0 МПа для класса В 10 ).

Ширину плиты (размер B) назначают конструктивно, приняв свес консольного участка С = 60 … 120мм и толщину траверс tт = 10 … 16мм.

Принимаем С=60 мм; tт =10 мм.

(96)

В = 2 · 6 + 65 + 2· 1 = 79 см (принимаем 49см).

Требуемая длина плиты:

(97)

L = 6448,61/ 79 = 81,62 см (принимаем 81 см).

Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки под действием реактивного давления бетона фундамента, значение которого принимается равномерно распределенным по всей рабочей площади плиты:

(98)

где Aпл,р - рабочая площадь плиты.

Aпл,р =B·L=81·79=6399 см2.

?ф = 3482,25 / 6399 = 0,54

Расчетный момент на консольных участках плиты (участок 1):

(99)

М1 = 0,54 · 62 / 2 = 9,72 кН·см.

На участках, опёртых по трем сторонам (участка 2):

(100)

где а1 - размеры свободной ( не закрепленной ) стороны участка;

? - коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны к свободной (b1 / a1 = 20,51 /40,6 = 0,6).

Так как b1 / a1 = 0,59, принимаем ? = 0,074

=53,4 кН·см;

Расчетный момент на участках, опертых по четырем сторонам:

(101)

где а - размер короткой стороны = 17,5 см;

? - коэффициент определяется в зависимости от отношения более длинной стороны b к короткой а ( b / а = 40,6 / 20,3 = 2 ), ? = 0,125.

М3 = 0,125· 0,54 ·20,32 = 27,81 кН·см.

Толщину плиты подбирают по наибольшему изгибающему моменту из М1, М2, М3:

(102)

=3,33 см

tпл < 4см. (Принимаем = 4 см).

Траверсу рассчитывают как дополнительную балку с консолями.

Погонная нагрузка на траверсу составит:

(103)

где dт - ширина грузовой площади (dт = 21,5 см);

qt = 0,54 · 33,5= 18,09 кН / см2.

Изгибающий момент в консольной части траверсы:

(104)

кН·см

Перерезывающая сила:

 (105)

Qт = 18,09 · 39,6 = 716,36 кН

Прикрепление траверсы к колонне выполняется двумя швами, как правило, полуавтоматической сваркой ( ?f = 0,9 ). Учитывая, что длина сварного шва:

(106)

Назначают величину катета шва:

(107)

0,76 < 1,2·tT

0,76 < 1,2·1

0,76 < 1,2

Принимаем kf = 0,8 мм

Требуемая высота траверсы из условия прочности сварных швов:

(108)

Окончательно размер траверсы назначают кратным 10 мм.

Принимаем ht = 70см.

Прочность траверса проверяется на совместное действие изгибающего момента и перерезывающей силы:

(109)

(110)

(111)

кН / см2;

22,52 < 33,12.

Требуемую толщину швов, прикрепляющих стержень колонны, траверсы и ребра к плите, определяют:

По металлу шва:

(112)

?w = 2 · 81 + 2·40,6 + 4·39,6 + 4·70= 681,6см;

Принимаем по СНиПу kf = 0,9 см.

балка схема настил колонна

Список используемых источников

1. СНиП 2 - 23 -81* . Стальные конструкции. Нормы проектирования. - Вед. 1981. - М.: Госстрой СССР, 1998 - 94с.

2. Кудишин, Ю.И. Металлические конструкции / Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат, 2007. - 682с. - ISBN 978-5-7695-4418-7.

3. Горев, В.В. Металлические конструкции. Том 3. Специальные конструкции и сооружения / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филипов. - Высшая школа, 2004. - 551с. - ISBN 5-06-003695-2.

4. Веденикова, Г.С. Металлические конструкции / Г.С. Веденикова. - М.: Стройиздат, 1998. - 758с. - ISBN 5-274-01465-8.

5. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. - Введ. 2011-05-20. - М.: Министерство Регионального развития РФ, 2011- 143с.

Размещено на Allbest.ru