Проектирование стального каркаса технологической площадки производственного здания

КМ1 .dwg

Материал С245 ГОСТ 27772-88
Все отверстия D26 мм
нормальной точности класс 5.6 ГОСТ 7798-70*
Поясные швы отправочной марки Гб-1 варить дуговой
автоматической сваркой ГОСТ 8713-79* сварочной
Все остальные заводские швы варить полуавтоматической
сваркой ГОСТ 14771-76* взащитном газе ГОСТ 10157-79*
сварочной проволокой СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-70*
Монтажные швы варить ручной электродуговой сваркой
электроды Э42 ГОСТ 9467-75*
проволокой СВ-08 А ГОСТ 2246-70*
Балка настила БН-1 М1:25
Главная балка ГБ-1 М1:25
Спецификация на отправочный элемент
Спецификация монтажных марок
КП1 Технологическая площадка
Узел крепления БН-1 к ГБ-1
Монтажная схема план М 1:200
КАФЕДРА "Строительные конструкции
Проектирование стального каркаса технологической площадки производственного здания
Балка настила БН-1 ."

Записка.doc

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Петербургский государственный университет путей сообщения
Императора Александра I
Кафедра «Строительные конструкции»
Пояснительная записка
По дисциплине: «Металлические конструкции»
По теме: «Проектирование стального каркаса технологической площадки производственного здания»
Студент гр. ПГБ - 201(у)
Преподаватель: Веселов В.В.
Компоновка балочной клетки
Расчет второстепенных и вспомогательных балок.
Сравнение вариантов балочной клетки на ячейку
Расчет главной балки
Сравнение вариантов стержня колонны
Расчет оголовка колонны
Шаг колонн в продольном направлении L м: 16
Шаг колонн в поперечном направлении l м: 7
Габариты в плане: 48Lх21
Нормативная полезная нагрузка – 1400 кгм2
Шаг настила зависит от несущей способности настила и назначается в пределах 06 – 16 м при стальном настиле. Для упрощения узлов сопряжения рекомендуется устанавливать четное кол-во балок настила.
Amax=1334*12+120=17217 м.
Принимаем n=11 lбн=16 м
Схема балочной клетки №1
Принимаем n=4 l= 14м
Шаг вспомогательных балок должен быть в пределах lвб=2 м – 5 м. Кол-во вспомогательных балок должно быть четным.
Схема балочной клетки №2
Схема балочной клетки №3
1. Расчет второстепенных балок настила для Варианта балочной клетки №1
(0942+14)*16=239 кНм
(105*0942+12*14)*16=285 кНм
б. Статический расчет.
Определим максимальные значения расчетного изгибающего момента в середине пролета и расчетной поперечной силы на опоре.
в. Конструктивный расчет.
Поперечное сечение изгибаемых элементов подбираем по требуемому моменту сопротиления:
По сортаменту находим такой двутавр чтобы Wx³ Wтреб:
- принимаем двутавр № 36 (по ГОСТ 8239-89) Wx=743 см3 Ix=13380 см4 h=360мм b=145 мм.
Выполняем проверку прочности сечения по нормальным напряжениям (1-я группа ПС):
Прочность сечения по нормальным напряжениям обеспечена.
Прочность сечения по касательным напряжениям обеспечена.
Проверка изгибной жесткости балки (2-я группа ПС)
так как Wт=68016 см3Wx=743 см3
Изгибная жесткость балки обеспечена.
Расход материала кгм2
2. Расчет второстепенных и вспомогательных балок настила для Варианта балочной клетки №2
- принимаем двутавр № 12 (по ГОСТ 8239-89) Wx=584см3 Ix=350 см4 h=120 мм b=64 мм.
так как Wт=4858 см3Wx=584 см3
2.1. Вспомогательные балки:
где = 1125 - осредненное значение коэффициента надежности по нагрузке.
Т.к. количество балок настила более 4 в целях упрощения сосредоточенную нагрузку можно заменить условно равномерно распределенной:
в. Статический расчет.
Определим максимальные значения расчетного изгибающего момента в середине пролета и расчетной поперечной силы на опоре:
где а = 103 - коэффициент учитывающий собственный вес балки (ее масса пока не известна).
г. Конструктивный расчет.
Поперечное сечение изгибаемых элементов подбираем по требуемому моменту сопротивления:
где = 240МПа - принимаем для заданной марки стали и с учетом предполагаемой толщины проката.
- принимаем двутавр № 40 (по ГОСТ 8239-89) Wx=953 см3 Ix=19062 см4 h=400 мм b=155мм.
Выполним проверку прочности сечения по нормальным напряжениям.
Прочность сечения по нормальным напряжениям обеспечена.
Прочность сечения по касательным напряжениям (1-я группа ПС):
Проверка изгибной жесткости балки (2-я группа ПС).
так как Wт=8757 см3Wx=953 см3
Проверим устойчивость:
где = 1400 мм 400-13=387
Устойчивость обеспечена
3. Расчет второстепенных и вспомогательных балок настила для Варианта балочной клетки №3
- принимаем двутавр № 22 (по ГОСТ 8239-89) Wx=232см3 Ix=2550см4 h=220 мм b=110 мм.
так как Wт=1943 см3Wx=232 см3
3.1. Вспомогательные балки:
- принимаем двутавр № 55 (по СТО АСЧМ 20-93) Wx=2035 см3 Ix=55962 см4 h=550 мм b=180мм.
так как Wт=17514 см3Wx=2035 см3
где = 1400 мм 550-165= 5335
Устойчивость обеспечена.
Сравнение вариантов балочной клетки на ячейку.
на балки настил (кг)
на вспомогательные балки (кг)
Вывод: При равноценном расходе металла у двух вариантов предпочтение следует отдать варианту №1 по причине меньшей трудоемкости и меньшему расходу стали.
1. Подбор поперечного сечения балки.
Т.к. нагрузка была упрощена до равномерно распределенной определим максимальные значения расчетного изгибающего момента в середине пролета и расчетной поперечной силы на опоре:
Принимаем марку стали С245
Определим минимально возможную высоту сечения балки (стенки) из условия изгибной жесткости составляет:
Оптимальную высоту сечения балки (стенки):
~ = 240МПа – предполагаемое расчетное сопротивление стали по пределу текучести.
Окончательно назначаем высоту стенки балки с учетом увязки по сортаменту толстолистовой стали и требований принимаем 1250
Проверим принятые размеры на срез.
Проверим обеспечение местной устойчивости стенки без укрепления ее продольными ребрами жесткости:
Следовательно местная устойчивость стенки без укрепления ее продольными ребрами обеспечена.
Также проверим обеспечение местной устойчивости верхнего сжатого пояса:
Проверим прочность по нормальным напряжениям
Ry = 230МПа - уточненное расчетное сопротивление стали по пределу текучести для толщины элемента t = 20 40мм.
Условие выполняется. Прочность обеспечена без запаса.
2. Подбор сечения на приопорных участках.
Изменим ширину поясов на приопорных участках длиной.
Определим усилия изгиба в расчетном сечении:
Ширину поясов находим из условия прочности м:
Назначаем ширину поясов b'f = 260 мм с учетом конструктивных требований:
-технологические соображения b'f > 180мм;
-равномерное распределение нормальных напряжений в поясах;
b'f > 05b f = 175мм;
-требования сортамента (прил. 2).
Проверим прочность по касательным напряжениям:
Rs = 058Ry = 058 * 240 = 1392 МПа.
Прочность сечения по касательным напряжениям обеспечена. Проверка изгибной жесткости балки (2-я группа ПС) не требуется т.к. условие h=1306 > hmin = 1036
Проверим устойчивость балки на приопорном участке по упрощенной методике:
Где = а = 1600 мм hf = h-tf = 1306-28=1278 мм
=013 =035 – условие выполняется следовательно устойчивость обеспечена.
Проверим прочность балки по приведенным напряжениям в измененном сечении где одновременно действуют изгибающий момент и поперечная сила а также возможно приложении сосредоточенной нагрузки
Прочность балки в измененном сечении обеспечена.
3. Обеспечение местной устойчивости стенки.
Выполнить расстановку ребер жесткости главной балки и проверку местной устойчивости стенки по материалам. Определим значение условной гибкости стенки:
Следовательно необходимо установить только поперечные ребра жесткости с размерами:
1 мм – принимаем 100мм
Шаг поперечных ребер принимаем равным шагу балок настила
Проверим местную устойчивость стенки в двух отсеках.
т.к. ребра расположены под каждой вышележащей балкой.
Устойчивость стенки:
Местная устойчивость стенки в среднем отсеке обеспечена.
4. Расчет узлов и деталей.
Выполнить расчет деталей и узлов главной балки по материалам
Из условия смятия определим размеры опорных ребер.
Дополнительный опорный элемент проверим на устойчивость из плоскости балки.
По таблице принимаем 0968
Устойчивость опорного ребра их плоскости балки обеспечена.
Для поясных швов балки принимаем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08.
Определим катет поясного сварного шва из условия на срез по границе сплавления и металлу шва:
По приложению принимаем 6 мм
1 Расчет сплошного сечения.
Выполнить расчет сплошного сечения стержня колонны по
материалам примера Отметка верха настила Hвн =14 м.
Марка стали – С245 по ГОСТ 27772-88.
а. Расчетная схема.
Определим геометрическую длину стержня колонны:
lст = Hвн - tн - hбн - hгб + hб =14-0012-036-1306+07=13 022 м
где tн =0012– толщина настила м;
hбн =036 м – высота балки настила;
hгб = 1306 м – высота главной балки;
hб =07 м – высота базы.
Определим расчетную длину стержня необходимую при проверке устойчивости:
Где =1 коэффициент расчетной длины принимаемый при шарнирном примыкании стержня с обеих сторон.
Значение расчетной нагрузки на наиболее нагруженную колонну составляет:
Где = 10568 - максимальное значение поперечной силы в главной балке.
Стержень колонны в данном варианте расчетной схемы является цен-
трально сжатым. Вычислим максимальное значение расчетной продольной
Где =104 коэффициент учитывающий собственный вес колонны (ее масса пока не известна).
Определим требуемую площадь поперечного сечения колонны:
где =1 коэффициент условия работы элемента;
Ry = 240МПа – расчетное сопротивление стали по пределу текучести для прокатного профиля;
= 04 – коэффициент продольного изгиба принимается предварительно для сплошного сечения.
Подбираем сечение стержня из прокатного профиля - двутавр №40К3 (по ГОСТ 8239-89) А=29539 см2 ix=1772 см iy=1025 см.
Уточняем гибкость стержня:
Условная гибкость стержня:
По приложению 5 для типа сечения «b» определяем 0401
Проверим стержень на устойчивость:
Устойчивость стержня обеспечена.
Далее проверяем стержень колонны на гибкость:
Условие по гибкости выполняется принимаем двутавр №40К3
2 Расчет сквозного сечения.
Выполнить расчет сплошного сечения стержня колонны по материалам примера
Отметка верха настила Hвн = 140 м.
= 08 – коэффициент продольного изгиба принимается предварительно для сквозного сечения.
Подбираем сечение стержня из двутавров по требуемой площади из условия 5725 Принимаем 2 двутавра №35Б2 (по ГОСТ 8239-89)
А=6314 см2 Ix=13560 см4 Iy=9842 см4.
Уточняем гибкость стержня относительно материальной оси:
По приложению 5 для типа сечения «b» определяем 0636
Проверим стержень на устойчивость относительно материальной оси (х-х):
А так же на гибкость.
Т.е. условия выполняются
Определим расстояния между ветвями b из условия равно устойчивости сечения.
Определяем требуемый радиус инерции сечения и расстояния между ветвями:
Окончательно принимаем b=032 м
Вычислим геометрические характеристики сечения относительно одной оси:
Уточним гибкость стержня относительно свободной оси:
Условие равно устойчивости выполняется:
Т.к. b=030 08 принимаем бескаркасную соединительную решётку ветвей.
Из конструктивных соображений определим размеры планок.
6 (принимаем – 160 см)
2 (принимаем – 12 см)
Шаг балок принимаем исходя из условия принятой гибкости ветвей:
Тогда расстояние между осями планок:
Определим условную поперечную силу в сечении колонны которая возникает при продолбном изгибе (потере устойчивости).
Которая распределяется на усилия между двумя планками –
Прочность самих планок обеспечивается принятыми размерами. Необходимо выполнить расчет сварных швов прикрепляющих планки. Сварка – ручная электродами Э42.
От условной поперечной силы в сварных швах возникают перерезывающие силы и изгибающие моменты.
Прочность сварных швов по приведенным напряжениям:
- катет сварного шва
- длина сварного шва
Минимальная прочность сварного соединения угловыми швами (по металлу шва)
- коэффициент проплавления сварного шва для ручной сварки
- расчетное сопротивление сварного соединения угловыми швами для электродов марки Э42
- коэффициент условия работы сварного соединения без учета климатического района.
на основной элемент (кг)
Вывод: При не равноценном расходе металла у двух вариантов предпочтение следует отдать варианту №2 по причине меньшему расходу стали.
Расчет базы колонны.
Класс бетона фундамента В15 . Сварка ручная электродами марки Э42.
Определим габаритные размеры опорной плиты
Ширина плиты назначается конструктивно по габариту стержня:
Требуемая длина опорной плиты составляет:
Длина плиты должна быть не менее конструктивной:
Окончательно принимаем:
Толщина опорной плиты определяется из условия работы ее на изгиб реактивным давлением фундамента вычисляем на 1 пог. м. ширины:
Определяем моменты в плите для 3-х характерных участков (опертый по 4-ем сторонам по трем сторонам и консольный свес)
Так как изгибающий момент на участке 2 определяется как для консольного свеса равного
Толщина плиты определяется по максимальному изгибающему моменту на участках:
Окончательно принимаем =0045 м
Определим высоты траверсы из условия размещения вертикальных сварных швов прикрепляющихся к ветвям
Условие учитывающее минимальную концентрацию напряжения в сварных швах.
Траверсы соединяются с опорной плитой горизонтальными угловыми швами катет которых равен:
Расчет оголовка колонны.
Выполнить расчет оголовка колонны для наиболее рационального сечения стержня по данным примера
Принимаем шарнирное сопряжение колонны с главной балкой - отпирание сверху
Назначим размеры опорной плиты конструктивно: ширина Впл = 041 м и длина Lпл = 055м - по габаритам стержня а толщина tпл=20мм. Ширина опорного ребра (планки) Ьр = 05м также назначаем конструктивно. Расчету подлежит высота и толщина ребра.
Размеры поперечного сечения ребра рассчитывают из условия на смятию.
06м принимаем 0006 м
п = 2- количество ребер;
Ru = 360 МПа - расчетное временное сопротивление листовой стали
Принимаем толщину ребер с некоторым запасом 8мм.
Высоту ребер определяем по условию размещения вертикальных сварных швов прикрепляющих ее к ветвям:
где п = 4 - количество швов;
мм - катет сварного шва;
6 МПа - минимальная прочность сварного соединения угловыми швами.
Условие учитывающее минимальную концентрацию напряжений в сварных швах.
4 > условие выполняется
Опорные ребра соединяются с опорной плитой горизонтальными угловыми швами катет которых назначаем конструктивно.
) Металлические конструкции. В 3 т. T Под ред. В.В. Горева. -М: Высш. шк. 2001. - 551с.
) Металлические конструкции: учебник для студ. Высших учебных заведений Ю.И. Кудишин Е.И. Беленя В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Ю.И. Кудишина. - М: Издательский центр «Академия» 2007. - 688 с.
) Проектирование стального каркаса технологической площадки производственного здания. Часть 1. Компоновка каркаса. Проектирование балочной клетки: учеб.пос. В. В. Егоров
В. В. Веселов. П. Н. Григорьев- СПб.: ПГУПС 2014г