Проект рабочей площадки промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет: Архитектурно-строительный

Специальность: 270102

Кафедра: «Строительные конструкции»

Пояснительная записка

к курсовой работе по металлическим конструкциям

«Проект рабочей площадки промышленного здания»

Выполнил: ст. гр. ПГ-07-03 А.А. Анисимов

Проверил: ассистент И.А. Порываев

Уфа 2010

РАСЧЕТ СТАЛЬНОГО НАСТИЛА

В зависимости от заданной нагрузки (q=14 кН/м²) определим наибольшее отношение пролета настила к его толщине l_н/t_н по приближенной формуле Телояна А.Л.

Примем для настила в соответствии с табл. 50* [1] сталь марки С255 c R_y=244 МПа и R_un=370 МПа, предельный относительный прогиб по табл. 19 [2] для покрытий и перекрытий, открытых для обзора, [f/l]=1/150, тогда n₀=[l/f]=150;

Е - модуль упругости стали, Е=2,06·10⁵ МПа;

- коэффициент Пуассона, =0,3;

p_n - нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, р_n=14 кН/м² (по заданию);

.

При полезной нагрузке толщину листа примем 10 мм (). Тогда или примем .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 - а) опирание настила на балки б) расчетная схема

Определим силу, растягивающую настил:

где g_f =1,2 - коэффициент надежности по нагрузке, по п. 3.7 [ 2 ].

По таблице 55^* [ 1 ] выбираем тип электрода для выполнения углового шва, прикрепляющего настил к балкам. Для принятой марки стали С255 принимаем электрод Э46. По таблице 56 [ 1 ] выбираем сварочный материал - проволоку Св-08ГА с нормативным сопротивление металла шва по временному сопротивлению R_wun =450 МПа, с расчетным сопротивлением срезу по металлу шва R_wf=200 МПа.

Расчетную величину катета углового шва, соединяющего настил с балками, определим из расчета на срез по двум сечениям:

- по металлу шва по п.11.2 формула (120) [1]:

где l_w - расчетная длина шва, принимаемая 10 мм (единичная длина шва);

в_f - коэффициент, принимаемый при сварке элементов из стали:

в_f = 0,7;

г_wf - коэффициент условий работы шва, равный 1;

г_с - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 6^* [ 1 ], примеч. 4,принимаем равным 1;

R_щf - расчетное сопротивление срезу по металлу шва, по табл. 56 [ 1] R_щf=200 МПа;

- по металлу границы сплавления по 11.2 формула (121) [ 1 ]

где l_w - расчетная длина шва, принимаемая 10 мм (единичная длина шва);

в_z - коэффициент, принимаемый при сварке элементов из стали:

в_z =1;

г_wz - коэффициент условий работы шва, равный 1;

г_с - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 6^* [ 1 ], примеч. 4, принимаем равным 1;

R_щz - расчетное сопротивление срезу по металлу границы сплавления, по табл. 3 [ 1 ],

R_щz=0,45R_un,

где R_un - временное сопротивление стали разрыву, по табл. 51^* [ 1 ]

R_un =370МПа, тогда

R_щz=0,45?370=166,5МПа;

Проверка:

1) R_щf ? 1.1R_wz

200 МПа ? 166,5 ·1,1=183,15МПа;

2)R_wf ? R_wzв_z/в_f

200МПа ? 166,5МПа 1.0/0.7=237,86 МПа;

Итак, , но в соответствии с п.12.8 [1] по табл. 38* окончательно принимаем для таврового соединения с односторонними угловыми швами при ручной сварке .

По результатам расчета принимаем стальной настил со следующими характеристиками: марка стали - С255, толщина t_н=10 мм, пролет l_н=1,25 м, катет сварного шва прикрепления настила к балкам k_f=5 мм.

КОМПОНОВКА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ И ВЫБОР ВАРИАНТА ДЛЯ ДЕТАЛЬНОЙ РАЗРАБОТКИ

Рассмотрим два варианта компоновки балочной клетки - нормальный тип (рисунок 1) и усложненный тип, и выберем более экономичный из них. Принимаем материал прокатных балок клетки- сталь марки С255.

НОРМАЛЬНЫЙ ТИП БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Схема нормального типа балочной клетки изображена на рис.2 . Расстояние между балками настила: a=l_н=1,25 м.

Количество шагов, укладываемых в пролете главной балки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 2 - а) нормальный тип балочной клетки; б) расчетная схема балки настила, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил

Определим нормативную и расчетную нагрузку на балку настила:

где q_g - нормативная нагрузка от собственного веса настила,

где г_ст - удельный вес стали, г_ст=7850 кг/м³;

- толщина настила, ;

- ускорение свободного падения, g=10,0 м/с².

;

q_p - нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, р_n=14 кН/м²;

- коэффициент надежности по нагрузке для веса конструкции, по табл.1 [2] =1,05;

- коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенных нагрузок, по п.3.7 [2] =1,2.

Примем балку настила как шарнирно опертую балку, с пролетом l=6.5 м, тогда расчетная схема будет иметь вид (рис.2,б).

Расчетная поперечная сила на опоре:

.

Расчетный изгибающий момент:

.

Тогда, требуемый момент сопротивления балки

,где

с - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению, задаем равным 1,1;

R_y - расчетное сопротивление стали при работе на растяжение, сжатие, изгиб, по пределу

текучести, по табл. 51* [1] R_y=250 МПа

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [1] ,принимаем равным 1,1;

.

Из таблицы сортамента выберем двутавр I 27а, имеющий W_x=407 см³, I_x=5500 см⁴, площадь полки A_f=14,1 см², площадь стенки A_щ=15,00 см². По отношению по табл. 66 [1] определяем уточненное значение коэффициента с, которое равно 1,076. Тогда требуемый момент сопротивления балки:

.

Проверим подобранную балку на касательные напряжения :



Q_max - расчетная поперечная сила на опоре;

S_x - статический момент полусечения относительно оси Х, принимаемый по сортаменту;

I_x - момент инерции относительно оси Х, принимаемый по сортаменту;

t_w - толщина стенки двутавра, принимаемый по сортаменту;

R_s - прочность на сдвиг;

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [1] ,принимаем равным 1,1;

Условие выполняется.

Проверим прогиб подобранной балки:

,

где q_n - нормативная нагрузка на балку настила;

f/l - предельный относительный прогиб, по табл. 19 [2] f/l =1/250;

l - пролет балки;

Е - модуль упругости стали, Е=2,06·10⁵ МПа;

I_x - момент инерции относительно оси Х,принимаемый по сортаменту;

,

Принятое сечение балки не удовлетворяет условию жёсткости. Переходим к двутавру №30 W_x=472 см³, I_x=7080 см⁴,

Принятое сечение балки не удовлетворяет условию жёсткости. Переходим к двутавру №30а W_x=518 см³, I_x=7780 см⁴,

Теперь условия прочности и жесткости для принятого сечения балки выполняются. Выбираем двутавр № 30а.

Определяем расход металла на 1 м² перекрытия:

- настил - 78,5 кг/м²,

- балки настила - m₁/a=39,2/1,25=31,36 кг/м².

Полный расход металла: 78,5+31,36=109,86 кг/м².

Сечение подобранной балки изображено на рисунке 3.

l = 6.5м;

а=1,25м;

G = 39,2кг/м;

h = 300мм;

b = 145 мм;

s = 6.5 мм;

t = 10.7 мм;

I_x = 7780 см⁴;

W_x= 518 см³;

S_x = 292 см³.

УСЛОЖНЕННЫЙ ТИП БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Схема усложненного типа балочной клетки изображена на рисунке 4.

Расстояние между балками настила: a=l_н=1,3 м. Значит количество шагов, укладываемых в пролете вспомогательной балки:

Пролет балки настила примем l=2,50 м.

1) Расчет балки настила

Определим нормативную и расчетную нагрузку на балку настила:

где q_g - нормативная нагрузка от собственного веса настила,

где

г_ст - удельный вес стали, г_ст=7850 кг/м³;

- толщина настила, ;

- ускорение свободного падения, g=10,0 м/с².

;

q_p - нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, р_n=14 кН/м²;

- коэффициент надежности по нагрузке для веса конструкции, по табл.1 [2] =1,05;

- коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенных нагрузок, по п.3.7 [2] =1,2.

Примем балку настила как шарнирно опертую балку, с пролетом l=2,50 м, расчетная схема будет иметь вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5 - Расчетная схема балки настила, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил.

Расчетная поперечная сила на опоре:

.

Расчетный изгибающий момент:

.

Тогда, требуемый момент сопротивления балки:

,

где с - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению,задаем равным 1,1;

R_y - расчетное сопротивление стали при работе на растяжение, сжатие, изгиб, по пределу текучести, по табл. 51* [1] R_y=250 МПа;

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [1] г_с=1,1.

.

Из таблицы сортамента выберем двутавр № 12, имеющий W_x=58,4 см³, I_x= 350 см⁴, площадь полки A_f=4,67 см², площадь стенки A_щ=5,06 см². По отношению по табл. 66 [1] определяем уточненное значение коэффициента с, которое равно 1,078. Тогда требуемый момент сопротивления балки:

.

Оставляем двутавр № 12

Проверим подобранную балку на касательные напряжения :

Q_max - расчетная поперечная сила на опоре;

S_x - статический момент полусечения относительно оси Х, принимаемый по сортаменту;

I_x - момент инерции относительно оси Х,принимаемый по сортаменту;

t_w - толщина стенки двутавра, принимаемый по сортаменту;

R_s - прочность на сдвиг;

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [1] ,принимаем равным 1,1;

Условие выполняется.

Проверим прогиб подобранной балки:

,

где q_n - нормативная нагрузка на балку настила;

f/l - предельный относительный прогиб, по табл. 19 [2] f/l =1/250;

l - пролет балки;

Е - модуль упругости стали, Е=2,06·10⁵ МПа;

I_x - момент инерции относительно оси Х,принимаемый по сортаменту;

Принятое сечение балки не удовлетворяет условию жёсткости. Переходим к двутавру №14 W_x=81,7 см³, I_x=572 см⁴,

Теперь условия прочности и жесткости для принятого сечения балки выполняются. Выбираем двутавр № 14.

Сечение подобранной балки изображено на рисунке 6.

l = 2,5м;

а=1,3м;

G = 13,70кг/м;

h = 140мм;

b = 73 мм;

s = 4,9 мм;

t = 7,5 мм;

I_x = 572 см⁴;

W_x= 81,7 см³;

S_x = 46,8 см³;

Рисунок 6- Балка настила, двутавр № 14

2) Расчет вспомогательной балки

Так как. число балок настила опирающихся на вспомогательную балку более четырех сосредоточенные силы заменим равномерно распределенной нагрузкой.

Определим нормативную и расчетную нагрузки на вспомогательную балку:

,

где а - шаг балок настила;

- нормативная нагрузка от собственного веса настила,

где г_ст - удельный вес стали, г_ст=7850 кг/м³;

- толщина настила, ;

- ускорение свободного падения, g=10,0 м/с².

;

- нормативная нагрузка от собственного веса балки настила,

q- линейная плотность балки, принимаем из сортамента;

q_p - нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, q_р=14 кН/м²;

- коэффициент надежности по нагрузке для веса конструкции, по табл.1 [2] =1,05;

- коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенных нагрузок, по п.3.7 [2] =1,2;

Рисунок 7 - Расчетная схема вспомогательной балки, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил.

Расчетная поперечная сила на опоре:

.

Расчетный изгибающий момент:

Тогда, требуемый момент сопротивления балки:

где с - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению, ориентировочно примем равным 1,12;

R_y - расчетное сопротивление стали при работе на растяжение, сжатие, изгиб, по пределу текучести, по табл. , по табл. 51* [1] R_y=250 МПа;

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [1] g_с=1,1.

.

Из таблицы сортамента выберем двутавр № 27а, имеющий W_x=407 см³, I_x=5500 см⁴, площадь полки A_f=14,1 см², площадь стенки A_щ=15,00 см². По отношению по табл. 66 [1] определяем уточненное значение коэффициента с, которое равно 1,076.

Тогда требуемый момент сопротивления балки:

.

Проверим подобранную балку на касательные напряжения :

Q_max - расчетная поперечная сила на опоре;

S_x - статический момент полусечения относительно оси Х, принимаемый по сортаменту;

I_x - момент инерции относительно оси Х,принимаемый по сортаменту;

t_w - толщина стенки двутавра, принимаемый по сортаменту;

R_s - прочность на сдвиг;

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [1] ,принимаем равным 1,1;

Условие выполняется.

Проверим прогиб подобранной балки:

,

где q_n - нормативная нагрузка на балку настила;

f/l - предельный относительный прогиб, по табл. 19 [2] f/l =1/250;

l - пролет балки;

Е - модуль упругости стали, Е=2,06·10⁵ МПа;

I_x - момент инерции относительно оси Х, принимаемый по сортаменту;

,

Принятое сечение балки не удовлетворяет условию жёсткости. Переходим к двутавру №30 W_x=472 см³, I_x=7080 см⁴,

Принятое сечение балки не удовлетворяет условию жёсткости. Переходим к двутавру №30а W_x=518 см³, I_x=7780 см⁴,

Принятое сечение балки не удовлетворяет условию жёсткости. Переходим к двутавру №33 W_x=597 см³, I_x=9840 см⁴,

Теперь условия прочности и жесткости для принятого сечения балки выполняются. Выбираем двутавр № 33.

Сечение подобранной балки изображено на рисунке 8.

l = 6.5м;

а=1.3м;

G = 42.2кг/м;

h = 330мм;

b = 140 мм;

s = 7.0 мм;

t = 11.2 мм;

I_x = 9840 см⁴;

W_x= 597 см³;

S_x = 339 см

Рис. 8 - Вспомогательная балка, двутавр № 33.

Определяем расход металла на 1 м² перекрытия по второму варианту:

- настил 78,5 кг/м²,

- балки настила 13,7/1,3=10,54 кг/м²,

- вспомогательные балки 42,2/2,5=16,88 кг/м².

Полный расход металла: 78,5+10,54+16,88=105,92 кг/м².

ВЫБОР ВАРИАНТА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Таблица 1 - Сравнение вариантов балочных клеток.

Элементы	I вариант	II вариант
	расход стали на 1 м2, кг	расход стали на 1 м2, кг
1. Настил	78,5	78,5
2. Балка настила	31,36	10,54
3.Вспомогательная балка	-	16,88
109,86	105,92

Для детальной разработки принимаем первый вариант балочной клетки, как более простой в конструктивном отношении.

РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

Материал балки - сталь С245 по ГОСТ 27772-88, R_y=240 МПа, R_yn=252 МПа, по табл. 3 [ 1 ], , по табл.1 и по табл. 2 [ 1 ], R_u=R_р= R_un / г_m=370/1,05= 352,4 МПа, по табл. 51^* [ 1 ],

где R_p -расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

R_u -расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению;

R_un -временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению у_в по государственным стандартам;

R_y -расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;

R_yn -предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести у_т по государственным стандартам;

R_s -расчетное сопротивление стали сдвигу.

Определим нормативную и расчетную нагрузки, действующие на балку. При этом собственный вес балки примем ориентировочно 1,5% от величины нагрузки на балку:

где - собственный вес главной балки;

q_p - нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, q_р=14 кН/м²;

b - поперечный шаг колонн, b=6.5м (по заданию);

- нормативная нагрузка от собственного веса настила,

где г_ст - удельный вес стали, г_ст=7850 кг/м³;

- толщина настила, ;

- ускорение свободного падения, g=10,0 м/с².

;

- нормативная нагрузка от собственного веса балки настила,

q- линейная плотность балки, принимаем из сортамента;

a - шаг балок настила,м;

- коэффициент надежности по нагрузке для веса конструкции, по табл.1 [2] =1,05;

- коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенных нагрузок, по п.3.7 [2] =1,2;

Расчетная схема главной балки будет иметь вид:

Расчетная поперечная сила на опоре:

.

Расчетный изгибающий момент:

.

ПОДБОР СЕЧЕНИЯ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

Сечение главной балки в соответствии с заданием принимаем составным сварным. Балку принимаем переменного по длине сечения, поэтому рассчитываем её без учета развития пластических деформаций. Определим требуемый момент сопротивления балки:

,

где R_y - расчетное сопротивление стали при работе на растяжение, сжатие, изгиб, по пределу текучести, по табл. 51* [ 1 ] R_y=240 МПа;

g_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [ 1 ] g_с=1,1.

.

Определим высоту сечения главной балки:

а) оптимальную (по расходу стали) высоту сечения определим по формуле (формула 7.20 [ 3 ]):

,

где k=1,17 - конструктивный коэффициент для сварной балки переменного сечения,

t_щ - толщина стенки балки.

Предварительно зададим высоту балки около 1/10 её пролета, т.е h=1/10*10=1,0 м. Далее, по эмпирической формуле 7.26 [ 3 ] определим t_щ:



Тогда

б) минимальная высота сечения из условия обеспечения жесткости

.

в) принятая высота главной балки в сумме с толщиной настила и величиной предельного прогиба не должна превышать заданную строительную высоту перекрытия:

где H- отметка верха настила рабочей площадки (по заданию);

h- отметка верха габарита оборудования (по заданию);

l_стр>l

Высоту главной балки целесообразно назначить близко к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия :

Назначаем высоту балки h=900 мм.

Из таблицы 4.1 [2] подбираем толщину стенки t_w=8мм.

Проверим принятую толщину стенки из условия действия касательных напряжений по формуле 7.23 [ 3 ], приняв г_с=1 (прим.4 табл. 6* [ 1 ])

,

т.е. условие удовлетворяется.

Проверим условие (7.25 [ 3 ]), при соблюдении которого не требуется постановка продольных ребер в стенке

Принятая стенка толщиной 9 мм удовлетворяет прочности на действие касательных напряжений и не требует постановки продольного ребра для обеспечения местной устойчивости.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычислим требуемый момент инерции сечения балки

.

Находим момент инерции стенки балки, принимая толщину поясов 20 мм:

,

.

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

Площадь поясного листа:

h_f - расстояние между центрами тяжести полок, h_f=h-t_f=90-2,0=88,0 см.

Толщина поясного листа:

Ширина поясного листа:

Подбираем по сортаменту поясные листы из универсальной стали по ГОСТ 82-70* 250х20 мм, тогда F_f= 50см² > 49,02 см², стенку подбираем по ГОСТ 19903-74* .

настил балка конструирование колонна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10 - Поперечное сечение главной балки

Проверим принятое сечение на прочность.

Проверку балки на прогиб делать не надо, т.к. принятая высота сечения больше минимальной и регламентированной - прогиб обеспечен.

ИЗМЕНЕНИЕ СЕЧЕНИЯ БАЛКИ ПО ДЛИНЕ

При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии примерно 1/6 пролета балки от опоры.

Найдем расчетный момент и поперечную силу в сечении Х=1/6*10=1,67м:

;

;

Требуемый момент сопротивления в рассматриваемом сечении:

,

где R_щy - расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести,

R_щy=0,85 R_y=0,85·240=204 МПа.

.

Требуемый момент инерции измененного сечения

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

Требуемая площадь поясных горизонтальных листов:

Сечение изменяем за счет изменения ширины поясного листа.

Принимаем пояс измененного сечения балки по ГОСТ 82-70* из универсальной стали лист - 160х20 мм (F_1f=32 см²).

Подобранная ширина полки в измененном сечении должна удовлетворять следующим условиям:

1)

2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 11 - Измененное сечение балки

В месте изменения сечения

,

Проверим наибольшие касательные напряжения по нейтральной оси сечения, расположенного у опоры балки:

, где

S₁ - статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси,

;

.

В месте изменения сечения балки наряду с большими нормальными напряжениями действуют касательные (рисунок 12). Сечение этих напряжений приводит к сложному напряженному состоянию и требуется провести проверку приведенных напряжений поясных швов.

Касательные напряжения

S_f - статический момент пояса измененного сечения относительно нейтральной оси,

.

.

Приведенные напряжения (по формуле (7.30) [ 3 ]) :

.

Рис. 12 - Нормальные напряжения в месте изменения сечения на уровне поясных швов

РАСЧЕТ ПОЯСНЫХ ШВОВ

Ввиду значительных усадочных напряжений при сварке поясов со стенкой поясные швы следует делать сплошными, одинаковой толщины по всей длине балки, применяя автоматическую сварку. Исходя из принятой марки стали С245 по ГОСТ 27772-88, R_y=240 МПа, R_yn=252 МПа, по табл. 3 [ 1 ], , по табл.1 и по табл. 2 [ 1 ], R_u=R_р= R_un / г_m=370/1,05= 352,4 МПа, по табл. 51^* [ 1 ],

По п.11.2 [ 1 ] R_щf > R_щz. По табл.56 [ 1 ] принимаем сварочную проволоку марки Св-08ГА с R_щf=200 МПа, R_щz=0,45R_un=166.5 МПа.

Расчетную величину катета углового шва при автоматической сварке «в лодочку», проволоке Ш1,4-2,0 мм определим из расчета на срез по двум сечениям:

- по металлу шва по п.11.2, п.11.16, формулам (120), (133), (134) [ 1 ] :

где в_f - коэффициент, учитывающий глубину проплавления шва, по табл. 34 [1] в_f=0,9;

R_щf - расчетное сопротивление срезу по металлу шва, R_щf=200 МПа;

г_щf - коэффициент условий работы шва, по п.11.2 [ 1 ] г_щf=1;

г_с - коэффициент условий работы, по табл. 6* [ 1 ], прим. 4 г_с=1;

Q_max - максимальная поперечная сила, Q_max=902,78 кН;

I₁ - момент инерции измененного сечения, I₁=404618 см⁴.

;

- по металлу границы сплавления по п.11.2, п.11.16, формулам (120), (133), (134) [ 1 ]

где в_z - коэффициент, учитывающий границы сплавления шва, по табл. 34 [1] в_z=1,05;

R_щz - расчетное сопротивление срезу по металлу границы сплавления, R_щz=166,5 МПа;

г_щz - коэффициент условий работы шва, по п.11.2 [ 1 ] г_щz=1.

.

Таким образом, k_f=1,4 мм, но в соответствии с п.12.8 [ 1 ] по табл. 38* окончательно принимаем автоматическую сварку с k_f=7 мм для t_f=20мм.

ПРОВЕРКА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОЧТИ БАЛКИ

Согласно п. 5.15 [ 1 ]

,

где W_c - момент сопротивления сжатого пояса;

ц_b - коэффициент, определяемый по прил.7* [ 1 ].

По п.1* прил.7* [ 1 ] .

Определим параметр б по формуле (176) [ 1 ]:

,

здесь l_ef=1,0 м.

Тогда, по табл. 77 [ 1 ]

.

Определим I_y и I_x для измененного сечения.

I_x=I₁=172003 см⁴;

Тогда

.

Т.к. ц₁ > 0,85,то ц_b=0,68+0,21ц₁=0,68+0,21·12,01=3,20. Но коэффициент ц_b не может быть больше 1, поэтому ц_b=1.

Коэффициент условий работы по табл.6* [ 1 ] г_с=1.

Тогда

,

т.е. общая устойчивость обеспечена.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СЖАТОГО ПОЯСА И СТЕНКИ БАЛКИ

Расчет устойчивости сжатого пояса балки ведем в пределах упругих деформаций для неокаймленного свеса п.7,24[1]:



Проверим устойчивость стенок балки. Условная гибкость стенки:

,

где - расчетная высота стенки.

л_щ=3,75 > 3,2, то, согласно п.7.10 [ 1 ], требуется укреплять стенку балки поперечными ребрами жесткости.

Т.к. л_щ=3,75 > 2,5,то, согласно п.7.3 [ 1 ] требуется проверить местную устойчивость стенок балок.

Ребра жесткости устанавливаем под сосредоточенными нагрузками (в опорном сечении и в местах опирания настила), но не реже, чем через 2h_ef=2*0,88=1,76 м (л_щ>3,2). Ребра жесткости устанавливаем с шагом а=1,25 м.

Рис.13 - К определению места проверки местной устойчивости стенки балки

Ширина выступающей части парного симметричного ребра должна быть не менее:

;

.

Принимаем b_h=70 мм. Толщина ребра t_s должна быть не менее:

Принимаем t_s=5 мм. Увеличение размеров b_h и t_s против требуемых принято конструктивно.

Расчет на устойчивость при у_loc=0 и выполним по формуле

,

(по формуле 72 [1]);

где y=h_w/2.

(по формуле 73 [1]);

(по формуле 75 [1]), c_cr принимаем по таблице 21 [1] в зависимости от значения коэффициента д, который определяется по формуле:

,

где в=0,8.

,

где , где d - меньшая из сторон пластинки (h_ef или а);

.

м - отношение большей стороны пластинки к меньшей.

Расчет выполним в табличной форме для отсеков 1 и 2.

Величина	Ед. изм.	1отсек	2 отсек
x	см	625	1875
hщ=hef	см	88	88
tщ	см	0,8	0,8
лщ		3,75	3,75
лef		4,27	4,27
bf	см	16	16
tf	см	2	2
Ix	см4	172003	172003
д		2,27	2,27
ccr		33,48	33,48
уcr	МПа	571,39	571,39
м		1,49	1,49
фcr	МПа	105,56	105,56
M	кНм	345,91	899,36
у	МПа	88,48	230,06
Q	кН	516,56	368,97
ф	МПа	73,375	52,41
		0,712	0,64
гс		1	1

Таблица 1 Проверка обеспечения устойчивости.

т.е. местная устойчивость стенки обеспечена.

РАСЧЕТ ОПОРНОГО РЕБРА ЖЕСТКОСТИ

Рис. 14 а) Конструкция опорного ребра балки

б) примыкание главных балок на колонну

Определим размеры поперечного сечения ребра. Из условия смятия торцевой поверхности ребер:

.

Тогда

,

где b_р - ширина измененной полки, b_р=160 мм.

Примем t_s=5 мм.

Сечение условной стойки:

Проверка опорной части балки на устойчивость.

Момент инерции сечения стойки относительно продольной оси балки:

Радиус инерции:

Гибкость:

, по табл.72 [ 1 ] 0,937.

Тогда

.

Устойчивость опорного ребра главной балки обеспечена.

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ПРИКРЕПЛЕНИЯ БАЛОК НАСТИЛА К ГЛАВНОЙ БАЛКЕ

Сопряжение балок производим на одном уровне, балки настила крепятся к ребрам главных балок. Крепление осуществляем на монтажных болтах диаметром 20мм.

Расчетное усилие на срез, которое может быть воспринято одним болтом п. 11.7(127):

Где R_bs,R_bp - расчетные сопротивления болтовых соединений,

R_bs=150 МПа для болтов класса 4.6R_bp ,принимаем согласно табл.58 [1],

R_bp=450МПа для соединяемых элементов с R_un=370МПа, принимаем согласно табл.59 [1];

d - наружный диаметр стержня болта, d=20мм;

А_bn - площадь сечения болта нетто, А_bn=3,14см²;

?t - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

N_s - число расчетных срезов одного болта;

г_b - коэффициент условий работы сссоединения, принимаем по табл. 35 [1].



N_min=42.39 кН.

Тогда требуемое число болтов:

принимаем 2 болта.

Рис. 15 - Примыкание балки настила к главной балке

РАСЧЕТ МОНТАЖНОГО СТЫКА ГЛАВНОЙ БАЛКИ

Монтажные стыки необходимы в тех случаях, когда вес или размеры балки не позволяют перевезти и смонтировать ее целиком.

Масса главной балки:

принимаем 2 отправочные марки.

Площадь сечения накладки должна превышать площадь сечения соединяемого элемента: А_н>A_b

A_b=38·2,5=95см².

Пояса балки перекрываем тремя накладками: одной сверху, сечением 380х14мм и двумя снизу, сечением 170х12мм.

А_н=96,4см².

Назначаем стык в середине пролета. Конструируем монтажный стык на высокопрочных болтах из стали 30х3 МФ диаметром 24 мм, с временным сопротивлением разрыву R_bun=1350 МПа и площадью сечения нетто A_bn=3,52cм²(табл.62 [1]).

Приняв способ обработки поверхностей - газопламенную обработку, способ регулирования натяжения болтов - регулирование по моменту закручивания (табл.36[1]) находим коэффициент трения м=0,42 и коэффициент надежности г_h=1,12. Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:

кН,

где R_bh=0,7• R_bun=0,7•1,35•10³=945 МПа,

г_b - коэффициент условий работы сссоединения, принимаем по табл. 35 [1];

Продольное усилие:



Требуемое количество болтов на полунакладке:

, принимаем n= 10,

где k - коэффициент, учитывающий число плоскостей трения, k=2.

Размещаем болты на накладке согласно табл. 39 [1].

Стык стенки перекрываем двумя накладками 980х300х9мм.

Момент, приходящийся на стенку балки:

кН•м.

Размещаем болты на накладке согласно табл. 39 [1].

Усилие от момента в крайних болтах:

кН<Q_bh=249.48кН,

где =12²+36²+60²+84²=12196 см².

Рис.16 - Монтажный стык сварной балки на высокопрочных болтах

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ, ДЕЙСТВУЮЩЕГО НА КОЛОННУ, И ЕЕ РАСЧЕТНОЙ ДЛИНЫ

Длина колонны по фактическим размерам перекрытия будет равна:

,

где 9,7м - отметка верха настила рабочей площадки;

1,1 м - высота сечения главной балки;

0,012 м - толщина настила;

0,5 м - заглубление колонны ниже уровня пола (высота базы колонны).

Собственный вес колонны принимаем приближенно 0,55 кН/м.

Расчетное усилие, действующее на колонну, равно опорному давлению главных балок и собственному весу колонны:

,

где 1,05 - коэффициент надежности по нагрузке для веса металлических конструкций, принимаемый по табл.1 [ 2 ].

Принимаем закрепление концов колонны шарнирным (м=1). Тогда, расчетная длина колонны .

Рис. 17 - расчетная схема колонны

ПОДБОР СЕЧЕНИЯ КОЛОННЫ

Конструируем колонну сквозной из двух швеллеров и соединением ветвей колонны планками. Материал колонны примем - сталь марки С245 с R_y=240 МПа.

Зададимся гибкостью л=70, тогда по табл.72 [ 1 ] находим 0,754.

а) расчет относительно материальной оси Х - Х.

Требуемая площадь сечения:

см².

По сортаменту подбираем два швеллера № 36У (А=2·53,4=106,8 см²; i_x=14,2см.

Геометрические размеры сечения должны соответствовать условиям:

где l_x=l_y=9.1м;

h- высота швеллера, берем из сортамента, h=36cм;

b_max=38cм>2·b_шв+10=2·11+10=32см.

Гибкость ; ц_х = 0,784.

Проверяем напряжение:

Условие выполняется.

б) расчет относительно свободной оси Y-Y

Определим расстояние между ветвями из условия равноустойчивости колонны в двух плоскостях: .

Приведенная гибкость относительно свободной оси при гибкости ветви л₁=40

.

Проверяем напряжение:

Условие выполняется.

Проверим устойчивость ветви:

Гибкость ветви л₁=40, ц=0,894

Рис. 18 - Сечение колонны

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПЛАНОК

Принимаем соединительную планку 240х9 мм и привариваем её к полкам швеллера угловыми швами с катетом 6 мм.

Расстояние между приваренными планками в свету определится из принятой гибкости ветви л₁=40:

Расстояние между центрами планок:

м.

Окончательное расстояние между планками определится при конструировании колонны. Оно должно быть равно или меньше принятого в расчете.

Рис.19 - К расчету планок

Планки рассчитываются на условную поперечную силу , принимаемую постоянной по всей длине стержня и определяемую по формуле:

,

Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки:

кН·м;

кН.

Проверим напряжение в сварных швах. Первый случай - расчетное сечение проходит по металлу шва. Момент сопротивления расчетного сечения

см.

Напряжение в расчетном сечении от момента и поперечной силы:

МПа;

МПа.

Результирующее напряжение:

МПа < 200МПа (Э46)

Второй случай - расчетное сечение проходит по металлу границы сплавления:

см,

МПа;

МПа.

МПа < 175,5МПа (Э46).

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ БАЗЫ КОЛОННЫ

Конструкция базы должна обеспечить принятое в расчете шарнирное опирание колонны на фундамент. Это достигается креплением анкерных болтов за гибкую опорную плиту. Марка бетона по заданию - В15.

Расчетное давление на фундамент N = 1810,8 кН.

Требуемая площадь плиты башмака:

,

где N - нагрузка на колонны, включая ее собственный вес;

R_b =8,5МПа - расчетное сопротивление осевому сжатию для бетона класса В15:

см².

Конструируем башмак с шириной опорной плиты:

b_p = b +2b₁ = 34 + 2·6 = 46 см,

( выпуск плиты за листы траверсы b₁ принимается 0,06-0,10м, принимаем 0,06 м).

Длина плиты:

l_p ? A_р/b_p = 2124/46 = 46 см, принимаем длину плиты l_p= 500 мм.

Вылет консольной части траверсы:

Рис.20- К расчету базы колонны

Для определения толщины плиты вычисляем изгибающие моменты от контактных напряжений по площади плиты на различных ее участках.

а) для участка, опертого на четыре канта внутри сечения колонны, при отношении l/b = 38/34 =1,1 находим (табл.5.1[4]) коэффициент б = 0,05636. Тогда

М₁ = б·R_b·0,1·b² = 0,05636·8,5·0,1·34² = 55,4 кН·м.

б) для участка, опертого на три канта между ветвями траверсы и ветвью колонны, отношение l₁/b = 6/34=0,17<0,5. Изгибающий момент находим как в консольной балке:

кН·см.

в) расчетный момент на консольном участке плиты:

М₃ = R_b·0,1·b₁²/2 = 8,5·0,1·6²/2 = 30,6 кН·м.

Найдем толщину плиты по наибольшему значению изгибающего момента:

Принимаем t_p=25 мм (ближайший больший размер по ГОСТ 19903-74*).

Определение высоты траверсы.

Толщину траверсы принимаем t_t=14мм.

Определим высоту вертикального ребра из условия размещения суммарной длины сварных швов, прикрепляющих ребро к ветвям колонны, приняв материал для сварки - электрод Э46 (сварка полуавтоматическая при d<1.4мм):

;

, где

4 - количество сварных швов прикрепления ребра к ветвям колонны.

k_f - катет шва, принимаем k_f , где t - толщина стенки швеллера, принимаем из сортамента;

Принимаем h_t = 40,5 см.

Толщину швов, прикрепляющих листы ребра к плите, определим из расчета передачи вертикального усилия. Учитывая, что на консольных участках вертикальные ребра привариваются с двух сторон, находим:

- по металлу шва по п.11.2 ф-ла (120) [1]

,

- по металлу границы сплавления по 11.2 ф-ла (121) [1]

,

где ?l_w=(l_p-1)·2+4(l₁-1)=(50-1)·2+4(6-1)=118cм

Таким образом, k_f=2.7 мм, но в соответствии с п.12.8 [ 1 ] окончательно принимаем k_f= 8мм.

Проверим ребро на изгиб, назначив толщину листов 10 мм. Опорное давление на 1 погонный см одной ветви ребра:

.

Изгибающий момент:

.

Момент сопротивления:

.

Напряжение в листе ребра у места приварки к колонне:

,

условие выполняется.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОГОЛОВКА КОЛОННЫ

В балочной клетке проектируем шарнирное опирание балок на оголовок сквозной колонны.

Опорное давление от балок передается от опорной плиты на ветви колонны через швы, которыми плита приваривается к ветвям.

Толщину ребра оголовка принимаем t_пл=20мм.

Высоту ребра оголовка определяют по требуемой длине швов, передающих нагрузку на стержень колонны:

;

,

где k_f - катет шва, принимаем k_f , где t - толщина стенки швеллера, принимаем из сортамента.

Толщину плиты оголовка принимаем 20 мм.

Толщину ребра оголовка t определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

l - длина сминаемого торца ребра жестоксти.

Толщину ребра оголовка принимаем t=14мм.

Рис. 21 - к расчету оголовка колонны

Проверка на смятие:

где h,t-высота и толщина опорного ребра;

условие выполняется.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - Срок введения 1.01.82.- М.: Стройиздат, 1991. - 96 с.

2. Семенов А.А., Сафронова Е.П. Учебно-методическое пособие по проектированию рабочей площадки промышленного здания - 2001-48с.

Размещено на Allbest.ru