Расчет и конструирование элементов балочной клетки одноэтажного промышленного здания

мк.dwg

Усилие для прикрепления
Наименование или марка материала
Схема расположения элементов БК
Ведомость элементов см. л.2. 2. Данный лист см. совместно с листами 2
3. Настил Н крепить к балкам настила БН угловыми швами катетом 6 мм. Материалы сварных соединений - электроды Э42.
Материалы монтажных болтовых соединений - болты нормальной точности класса прочности 5.6 по ГОСТ Р 52627. 2. Гайки постоянных болтов после выверки конструкций должны быть закреплены от самоотвинчивания постановкой контргаек.
Ведомость элементов ГБ1 см. л.5. 2. Материалы сварных соединений - сварочная проволока СВ-08А и электроды Э42.
В стыке укрупнительной сборки главных балок применять высокопрочные болты
удовлетворяющие требованиям ГОСТ Р 52643-2006; i-3
- болты класса прочности 10.9.ХЛ ГОСТ Р 52644-2006; - гайки класса прочности 10 ГОСТ Р 52645-2006; - шайбы ГОСТ Р 52646-2006. i0
Поверхности деталей во фрикционных соединениях должны быть отчищены от любых загрязнений и обработаны дробеструйным способом без консервации.
Материалы сварных соединений - электроды Э42. 2. В опорной плите базы колонны предусмотреть 4 отверстия ø22 мм под анкерные болты. 3. Колонны крепить к фундаментам анкерными болтами М20. Анкерные крепления колонн выполнять с применением листовых шайб -70х70х12 из стали С245 ГОСТ 27772. После выверки конструкций листоые шайбы приваривать к опорным плитам без колонн
на гайки устанавливать контргайки.
Ведомость элементов К1
Ведомость элементов БГ1
Металлические конструкции
Стальная балочная клетка рабочей площадки
Схема расположения элементов балочной клетки.
Разрез 2-2.Узел 1. Узел 2. Разрез 3-3
Балка главная БГ1. Вид А. Вид Б. Разрез 4-4. Разрез 5-5.
Узел 3. Разрез 6-6. Вид В. Ведомость элементов ГБ1.
Колонна К1. Вид Г. Разрез 7-7. Разрез 8-8. Разрез 9-9. Ведомость элементов К1.

пз мк 6см.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«Расчет и конструирование элементов балочной клетки»
Студент группы ПГСб-18-5
Задание на разработку курсового проекта
Балочная клетка – это комплекс состоящий из настила укладываемого на систему балок которые в свою очередь опираются на колонны. Основное требование предъявляемое к рациональному выбору балочной клетки - максимальное использование несущей способности элементов при обеспечении требуемой жесткости конструкции. Применяются их в корпусах скруббера зданиях воздухонагревателей и трубопровода для постановки печи на тягу как рампа и для других технологических операций на различных объектах промышленности.
Различают три основных типа балочных клеток в зависимости от схемы расположения балок: упрощенный нормальный и усложненный.
В данном курсовом проекте приведен расчет элементов балочной клетки нормального типа. В этой балочной клетке настил опирается на балки настила балки настила опираются на главные балки которые в свою очередь передают всю нагрузку на колонны.
Все расчеты произведены с учетом требований действующих норм. Исходные данные для проектирования и расчетов приведены в задании на проектирование.
Компоновка балочной клетки
-тип балочной клетки - усложненный;
-сопряжение балок - пониженное;
-отметка верха настила H=96;
-нормативное значение полезной нагрузки p=31 кПа;
-шаг колонн в продольном направлении (пролет главной балки) L= 145м;
-шаг колонн в поперечном направлении l=75м.
-размеры балочной клетки в плане - 290×150м.
Шаг балок настила определим из расчета настила. Для обеспечения пространственной устойчивости балочно-стоечной системы предусматриваем вертикальные связи между колоннами в осях 2Б-В и Б1-2.
Рисунок 1- Схема расположения элементов балочной клетки
Нормативная нагрузка действующая на настил:
– удельный вес стали=7850 кгсм3;
Предельное отношение пролета настила к его толщине:
(1 + 1504 0321775) = 7996
Принимаемширинулистанастилакратноширинебалочнойклеткиравной
2.Расчет прокатных балок
2.1.Расчет балки настила
–тип балочной клетки – усложненный;
–шаг балок настила определен из расчета настила ВБН = 1 м;
–балка настила воспринимает следующую нагрузки: полезная рн = 31 (кНм2);
–собственный вес настила g н = 785*0015=11775 (кНм2).
Собственный вес балки настила gБНн в первом приближении примем равным 1% от полезной нагрузки:
Нагрузки действующие на балку настила это полезная вес настила и собственный вес балки настила. Выполняем сбор нагрузок.
Нормативное значение нагрузки действующей на БН:
Расчетное значение нагрузки действующей на БН:
γf – коэффициент надежности по нагрузке:
γf1=12 – для временных нагрузок;
γf2=105 – для металлических конструкций.
Рисунок 2- Расчетная схема балки настила
Определение внутренних усилий в балке.
Максимальный изгибающий момент (в середине пролета балки) равен:
Максимальная поперечная сила (опорная реакция балки) равна:
Сталь С245: Ry = 240 Мпа 2450 кгсм2; γс = 10.
Требуемый момент сопротивления нетто поперечного сечения балки равен:
По сортаменту прокатных профилей выберем двутавр 20Б1 по ГОСТ 26020-83 с моментом сопротивления близким к требуемому.
Двутавр имеет следующие геометрические характеристики: h=20 см; b=10 см; s=056 см; t=085 см; Jх=1943 см4; Wх=1943 см3.
Собственный вес 1 п.м. балок выбранного профиля составляет 0224 кНм 0224031 поэтому перерасчет нагрузок с учетом действительного веса балки не производим.
Проверки на прочность:
)Так как W ≥ Wтр прочность балки по нормальным напряжениям обеспечена.
)Проверка прочности по касательным напряжениям:
Rs=058Ry=1421 кгсм2 741161421 следовательно условие прочности балки по касательным напряжениям обеспечивается.
Проверка на общую устойчивость
Устойчивость балок настила обеспечивается так как верхний пояс раскреплен сплошным жестким настилом.
69191 следовательно сечение балки настила удовлетворяет требованиям жесткости.
Окончательно принимаем для балки настила пролетом 286 м двутавр 20Б1 по ГОСТ 26020-83.
2.2.Расчет второстепенной балки.
Подбор сечение второстепенной балки балочной клетки усложненного типа при следующих исходных данных:
-шаг колонн в поперечном направлении (пролет второстепенной балки)
-шаг второстепенных балок ВБВ=286 м;
-шаг балок настила ВБН=1 м;
Нагрузки действующие на второстепенную балку это полезная вес настила балок настила и собственный вес второстепенной балки. Выполняем сбор нагрузок. Нормативное значение нагрузки действующей на БВ:
Расчетное значение нагрузки действующей на БВ:
Определение внутренних усилий в балке:
Момент и поперечная сила в сечении x=242 м от опоры (в месте опирания балок
Mx=4206242-11216242121=68943
Qx=4206-11216242=14917 (кН).
Сталь С245: Ry = 240 МПа 2450 кгсм2 ; γс = 10.
По сортаменту прокатных профилей выберем двутавр 70Б1 по ГОСТ 26020-83 с моментом сопротивления сечения не менее требуемого.
Двутавр имеет следующие геометрические характеристики: h=691 см; b=26 см; s=12 см; t=155 см; Jх=125930 см4 ; Wх=3645 см3 .
Собственный вес 1 п.м. балок выбранного профиля составляет g=1293 кНм 1293>124 поэтому производим перерасчет нагрузок с учетом действительного веса балки:
Момент и поперечная сила в сечении Qx=42083-11222242=14926 (кН).
Проверки на прочность
следовательно условие прочности балки по касательным напряжениям обеспечивается.
)Локальные напряжения в местах опирания балок настила:
5272450 следовательно условие прочности балки на действие локальных напряжений обеспечивается.
)Расчет на совместное действие нормальных и касательных напряжений производим в сечении x=20 м от опоры в месте опирания балок настила:
= 6894300= 189144 ( кгссм2 );
= 26984= 019 ≤ 1 - условие выполняется;
√1891442 189144 51527 + 515272 + 3 269842 = 0624
следовательно условие прочности на совместное действие нормальных и касательных напряжений обеспечивается.
Проверку общей устойчивости можно не проводить при значениях условной
не превышающих ее предельных
50= 013 где lef - расчетная длина балки в нашем
случае - расстояние между точками закреплений сжатого пояса от поперечных смещений т. е. шаг балок настила.
следовательно общую устойчивость балки второстепенной можно считать обеспеченной.
удовлетворяеттребованиямжесткости.Окончательнопринимаемдля второстепенной балки пролетом 75 м двутавр 70Б1 по ГОСТ 26020-83.
2.3.Расчет и конструирование главной балки
Величина полной нагрузки действующей на ГБ складывается из полезной нагрузки собственного веса настила балок настила второстепенных балок и собственного веса главных балок который ориентировочно принимается равным 2
÷ 5% от нагрузки на ГБ.
Нормативное значение нагрузки действующей на БГ:
Расчетное значение нагрузки действующей на БГ:
Рисунок 3- Расчетная схема главной балки
= 145 = 242 м равен:
Компоновка составного сечения
МинимальныймоментсопротивлениясеченияГБопределяетсяизусловия прочности изгибаемых элементов:
= 77890000 = 3179184 см3
Минимальный момент инерции сечения при [fl]=1400:
Минимальное значение высоты стенки ГБ:
Минимальная толщина стенки ГБ здесь h = (110)L=145010=145 см:
Принимаем значение толщины стенки ГБ tw=16 см. Оптимальная высота стенки балки:
Принимаем hw=170 см.
Принимаем толщину поясов tf=2tw=32 см тогда h=hw+2tf=170+232=1764 см.
= 18231575841 40941667 = 14137409141 см4
Принимаем полки из стали универсальной по ГОСТ 82-70 шириной листа bf=45 см. Расчетная ширина свеса поясных листов принимается равной расстоянию от грани стенки до края поясного листа:
= 023 05 т.е. принятые размеры полки
главной балки удовлетворяют условиям местной устойчивости.
Расчет геометрических характеристик
Имеем сечение главной балки со следующими геометрическими характеристиками:
Рисунок 4 – Сечение главной балки
Изменение ширины поясов на опорных участках балки
Минимальный момент сопротивления сечения ГБ в сечении x из условия прочности:
= Мх= 43319800 = 208018 см3
Требуемый момент инерции измененного сечения пояса:
Требуемая площадь измененного сечения пояса:
= 2117965209 (1764232
Требуемая ширина измененного сечения пояса:
= 3932 40см > 20 см.
Расчет геометрических характеристик измененного сечения
Рисунок 5 – Измененное сечение главной балки
2.Проверки главной балки по I и II группам предельных состояний
Проверка на прочность
)Проверка прочности сечения в середине пролета:
= 319182 2450 1 = 0996 1 условие выполняется.
)Проверка прочности опорного сечения:
= 295919365 16 1421 1
условие выполняется.
)Проверка прочности сечения балки на расстоянии x=242 м:
√1442942 + 3 576912 = 062
Проверка общей устойчивости главной балки .
При шаге раскрепления верхнего сжатого пояса главной балки второстепенными балками через 286 м:
где = 1764 = 392 1 6;
17 0571 условие выполняется следовательно общую устойчивость главной балки можно считать обеспеченной.
Проверка местной устойчивости стенки главной балки
Назначаем шаг ребер жесткости равным шагу второстепенных балок то есть
Расстояние между ребрами жесткости принимаем 286 - расстояние равное 1 шагам БВ.
В расчетном сечении:
637 201 = 155298(кН).
Условная гибкость стенки:
= 363 32; 6 условие выполняется.
Напряжения в расчетном сечении опорного отсека стенки главной балки:
= 295919365 85 = 106858 (см2) ;
где d- меньшая из сторон пластинки;
т.е. местная устойчивость стенки главной балки в опорном отсеке при шаге ребер жесткости а=286 см обеспечена.
Укрепляем стенку парными симметричными ребрами. Ширина выступающей части ребра:
принимаем bh=100 (мм).
Проверка местной устойчивости полки главной балки:
т.е. принятые размеры полки главной балки удовлетворяют условиям местной устойчивости.
Проверка прогиба главной балки (с учетом измененной жесткости на опорных
=54 384 (21 106 185521472 +
следовательно сечение главной балки удовлетворяет требованиям жесткости.
Расчет центрально сжатой колонны
2.Расчет и конструирование стержня центрально сжатой колонны
-размеры площадки в плане - 145×290м;
-пролеты главных балок – L=145м;
-шаг колонн в поперечном направлении – B=75м;
-отметка верха настила – H=96м;
-тип балочной клетки – усложненный с сопряжением балок в одном уровне;
-настил рабочей площадки – сечением 1000×15 мм вес 1 м2 gНн=11775 (кНм2);
-балки настила – двутавр 20Б1 по ГОСТ 26020-83 с шагом 10 м вес погонного метра gБНн=031 (кНм);
-главные балки – сворной двутавр 1764 см весом
(17 0016 145 + 2 045 0032 (145 4) + 2 04 0032 2 2)
где k=11 – конструктивный коэффициент веса деталей главой
балки сталь конструкций – С245 по ГОСТ 27778 c Ry=2450 кгссм2.
Рисунок 6 – Схема расположения элементов балочной клетки: БН – балка настила; БГ – главная балка; К2 ÷ К4 – крайние колонны; К1 – средняя (наиболее нагруженная) колонна; СВ1 СВ2 – вертикальные связи по колоннам
Сбор нагрузок на колонну К-1
Нагрузка передаваемая на колонну К-1 главными балками БГ определится следующим образом:
= (31 12 + 11775 105 +
105 + 124286 105) 75
+ 145 105 = 299(кНм).
Опорная реакция главной балки БГ:
Собственный вес 1 п.м. колонны ориентировочно принимается равным 04÷08
где высота колонны с учетом сопряжения в одном уровне балок определится
Расчетная нагрузка на колонну К-3 составит:
Расчетное усилие в колонне К-3 равно внешней нагрузке:
Подбор сплошного сечения стержня колонны
Определим требуемую площадь сечения:
Ширина сечения колонны должна быть:
Принимаем сечение колонны из прокатного двутавра с параллельными гранями полокпоГОСТ26020-83I40К3соследующимигеометрическими характеристиками: А=2578 см2 h=409 см b=40 см ix=1762 см iy=1007 см.
Проверка сплошного сечения стержня колонны
Расчетная длина колонны:
где =1 - коэффициент расчетной длины при шарнирном креплении концов Максимальная гибкость стержня колонны составит:
= 265 44 условие выполняется.
Коэффициент устойчивости:
Условие общей устойчивости:
= 0713 2578 2450 1 = 096 1 условие выполняется.
Условие предельной гибкости:
66 1224 условие выполняется.
Окончательно принимаем сплошное сечение стержня колонны из двутавра I40К3 по ГОСТ 26020-83.
Подбор сквозного сечения стержня колонны
Запроектируемколоннуиздвухветвейвыполненныхиздвутавровветви соединены планками.
Рисунок 7 – Сквозное сечение колонны
Высота сечения колонны:
Требуемому значению площади соответствует сечение из двух двутавров I55Б2 по ГОСТ 26020-83 с площадью А=2*12475=2495 см2.
= 55 ≥ 2384 (см) условие выполняется.
Геометрические характеристики сечения двутавра I55Б2:
Ширину сечения колонны назначим с учетом обеспечения равноустойчивости:
= 12 782 052 55 = 5204
при этом между ветвями колонны должен быть обеспечен технологический зазор не менее 100 мм:
где b=22 см – ширина полки.
Назначаем ширину колонны равной b = 55 см.
Ветви соединяем между собой с помощью планок. Максимальное возможное расстояние между планками:
Примем расстояние между планками lb=80 см.
Зададимся поперечными размерами промежуточных соединительных планок:
Гибкость стержня c сечением из двух двутавров I55Б2 относительно материальной оси x-x:
Приведенная гибкость стержня колонны из двух ветвей определяется по формуле (табл. 8 СП 16.13330):
Момент инерции ветви колонны
Момент инерции планки относительно собственной оси x-x:
Расстояние между осями ветвей колонны соответственно будет равно:
Расстояние между планками:
Соотношение погонных жесткостей ветви колонны и соединительной планки:
Определимгеометрическиехарактеристикисоставногосеченияколонны относительно свободной оси y-y:
] = 2 [2760 + 12475 (
] = 194204375 (см4);
Гибкость колонны относительно оси y-y:
Гибкость отдельной ветви на участке между планками:
Приведенная гибкость стержня колонны:
Проверим соотношения гибкостей:
Условная гибкость стержня:
Проверим устойчивость подобранного сечения стержня относительно материальной оси x-x:
= 0927 12475 2 2450 1 = 077 1 условие выполняетс
следовательноподобранноесечениеудовлетворяетусловиюустойчивости центрально
сжатого элемента относительно оси x-x. Приведенная условная гибкость стержня колонны:
Так как гибкости стержня относительно осей y-y и x-x равны то есть выполнено условие равноустойчивости λx λef проверка устойчивости стержня колонны относительноосиy-yнетребуется.
Требование по предельной условной гибкости отдельной ветви на участке между планками обеспечено так как
Проверим условие по предельной гибкости всего стержня:
следовательно условие по предельной гибкости стержня обеспечивается.
Окончательно принимаем сквозное сечение колонны из двух двутавров I55Б2 по ГОСТ 8240-97 расстояние между ветвями колонны 55 расстояние между планками по высоте колонны 80 см сечение соединительных планок ts×hs=12×30 см.
Конструирование и расчет узлов колонны
1.Расчет соединительных планок в колонне сквозного сечения
-расчетное усилие в колонне N =434040 кН;
-коэффициент продольного изгиба в плоскости соединительных элементов φ=0927 (из расчета стержня колонны);
-ширина сечения колонны b = 55 см;
-расстояние между осями ветвей колонны b0=55 см;
-расстояние между планками по высоте колонны
-сечение планки ts×hs=12×30 см;
-толщина полки ветви t=155 мм. Условная поперечная сила:
где N – продольное усилие в составном стержне N=275543 кгс; φ – коэффициент продольного изгиба принимаемый для составного стержня в плоскости соединительных элементов φ=0 927.
Перерезывающая сила одной планки равна:
где b – расстояние между осями ветвей b = b0 = 55 (см);
l – расстояние между осями планок l=lb+d=80+30=110 (см). Изгибающий момент одной планки равен:
Условие прочности на срез соединительной планки:
= 12 30 058 2450 = 01 1 условие выполняется
условие прочности на изгиб соединительной планки:
= 031 1 условие выполняется
проверкапрочностинасовместноедействиенормальныхикасательных напряжений:
√753322 + 3 136972 = 02 1 выполняется
=12 302= 75332 (см2) ;
= 12 30 = 13697 (см2).
Соединительные планки крепятся к ветвям колонны угловыми сварными швами с высотой катета шва kf=8 мм с заводкой швов за край планки.
Принимаем сварочные материалы для ручной сварки: электроды типа Э42: Rwf=1850 кгссм2; Rwz=045Run=0453700=1670 кгссм2 07 f = 0.7 z =10.
Рисунок 8 – Напряжения в сварном шве
Проверим условие п.14.1.8 СП 16.13330:
Определим расчетное сечение углового шва по формуле:
следовательно расчет выполняем по металлу шва. Площадь шва в сечении по металлу шва равна:
Момент сопротивления шва в сечении по металлу шва:
Напряжения в сварном шве при работе на срез от действия силы F равны:
Напряжения в сварном шве при работе на изгиб от действия момента M1 равны:
Напряжения в точке расчетного сечения сварного соединения:
Прочность сварных швов прикрепляющих планки к ветвям колонны:
= 089 ≤ 1 условие выполняется.
Делаем вывод что прочность соединительных планок сечением ts×hs=12×30 см
обеспеченапрочностьсварныхугловыхшвовкатетом8ммвыполненных сварочными электродами Э42 с заводкой швов за край планки обеспечена.
2.Расчет оголовка колонны
-сечение колонны из двух двутавров I55Б2 по ГОСТ 8240-97 расстояние между ветвями колонны 55 см;
-опорная реакция главной балки – RГБ=216775 кН.
Конструкция оголовка колонны должна обеспечить принятое ранее шарнирное крепление балки на опорах. Самым простым способом реализации шарнирного опирания является постановка балки на колонну сверху что обеспечивает простоту монтажа.
Примем толщину плиты tp=25 мм размеры плиты в плане 570×790 мм (с учетом выпусков 10 мм в каждую сторону).
Толщину ребра оголовка принимаем из условия сопротивления на смятие:
где bp – ширина ребра
N – опорное давление от главных балок
Rp – расчетное сопротивление стали смятию Rp= Ru= 3800 кгссм2;
Принимаем ребро оголовка колонны толщиной tp=22 мм
Горизонтальные сварные швы крепящие ребро к плите оголовка должны быть обеспечены по прочности на действие той же силы N.
Принимаем сварочные материалы для ручной сварки: электроды типа Э42: Rwf=1850 кгссм2; Rwz=045Run=0453700=1670 кгссм2 f = 07 z =10 . Проверим условие п.14.1.8 СП 16.13330:
следовательно расчет выполняем по металлу шва.
Определим требуемый катет швов из условия их прочности по расчетному сечению по металлу шва:
Требуемый катет шва kf =31 мм является весьма нерациональным с точки зрения технологии его устройства так как требуется 5÷6 проходок и большой объем металла.
Более рациональным решением является строжка поверхности плиты и верхней грани ребра для их плотного сопряжения в соединении при этом усилие от главной балки будет передаться через плотно подогнанные поверхности ребра и плиты оголовка а горизонтальные сварные швы – фиксировать положение в таком случае их катет назначается конструктивно как минимально возможный.
Определим минимальный катет сварного шва при соединении двух деталей: ребра толщиной 22 мм и плиты оголовка толщиной 25 мм.
По таблице 38 СП 16.13330 минимальный катет шва при толщине более толстого из свариваемых элементов t=23-32 мм при тавровом соединении деталей с двусторонними угловыми швами ручной дуговой сваркой kf =12 мм.
Далее выполним расчет сварных швов крепящих ребро оголовка к ветвям колонны. Из условия размещения данных швов назначим высоту ребра hp. Ребро крепим к ветвям колонны четырьмя вертикальными сварными швами (по два шва к каждой ветви).
Катет вертикальных швов примем из условия максимального катета сварного шва определяемого как
где t – наименьшая толщина соединяемых деталей в нашем случае толщина стенки двутавра.
Назначим высоту шва kf =12·10=12 мм тогда необходимая длина швов из условия прочности расчетного сечения по металлу шва:
Так как данные сварные швы являются фланговыми по отношению к линии действия силы проверим условие:
Назначим высоту ребра из условия размещения сварных швов hр=70 см.
3.Расчет базы колонны
-усилие в колонне N = 434040 кгс;
-материал фундамента – бетон класса В15 Rb=867 кгссм2.
Ширина опорной плиты базы колонны назначается конструктивно по формуле:
где h – высота ветви колонны для двутавров I55Б2 h=55 см; а – свес плиты.
Нагрузка действующая на плиту базы равна усилию в колонне N = 434040 кгс.
Из условия обеспечения прочности бетона фундамента найдем необходимую площадь плиты:
= 434040 = 500623 (см2)
тогда необходимая длина плиты базы колонны равна:
Исходя из удобства размещения анкерных болтов назначим плиту сечением
Расчетной нагрузкой на плиту является отпор бетона фундамента который условно принимается равномерным под всей площадью плиты и определяется по формуле:
Определим изгибающий момент на различных участках в плите условно принимая в расчет полоску шириной 1 см.
Рисунок 9 –База колонны
Участок 1 работает как консольная балка с пролетом b=8 см:
Участок 2 работает как пластина опертая
на три канта однако при ba=8443=
=0205расчетведетсякакдля консольного участка:
Участок 3 работает как пластина опертая
на четыре канта. При ba==1 α=0048:
Требуемую толщину плиты определим из условия прочности на изгиб от действия максимального момента Mmax=1065768 кгссм:
Принимаем плиту толщиной tпл=55 мм.
Конструируем ребра траверсы базы колонны. Толщину ребер траверсы назначаем равной 10 мм.
Принимаем сварочные материалы для ручной сварки: электроды типа Э42: Rwf=1850 кгссм2; Rwz=045Run=0453700=1670 кгссм2 07 f = 0.7 z =10 . Проверим условие п.14.1.8 СП 16.13330:
где t – наименьшая толщина соединяемых деталей в нашем случае толщина ребра траверсы 10мм.
Максимальное значение катета kfmax=12t=12·10=12 мм. Назначаем высоту катета максимально возможной то есть kf = 12 мм.
Определяем необходимую длину сварного соединения из условия прочности сварного соединения по металлу шва:
С учетом непровара принимаем ребра траверсы высотой 71 см.
Консоль в нашей траверсе невелика и проверка прочности на изгиб не требуется. В опорной плите предусматриваются отверстия для установки анкерных болтов диаметр которых при шарнирном креплении колонны назначается на действие расчетной поперечной силы Q или конструктивно. В нашем случае анкерные болты ставятся конструктивно диаметром 20 мм.
Конструирование и расчет узлов балок
1.Расчет крепления настила к верхнему поясу балки настила
Расчет крепления настила к верхнему поясу балки настила
-настил – стальной лист tн=15 мм;
-балка настила – двутавр 20Б1 по ГОСТ 26020-83 толщина полки t=085 см.
Определим силу распора Н:
6 10 15 = 44565 ( см ).
Принимаем сварочные материалы для ручной сварки: электроды типа Э42:
Rwf=1850 кгссм2; Rwz=045Run=0453700=1670 кгссм2 07 f = 0.7 z =10 . Проверим условие п.14.1.8 СП 16.13330:
По таблице 38 СП 16.13330 минимальный катет шва при толщине более толстого из свариваемых элементов t=11-16 мм при нахлестном соединении деталей ручной дуговой сваркой kf =4 мм.
Принимаем катет сварного шва крепящего настил к балкам настила kf=4 мм.
2.Подбор болтов для крепления балки настила к второстепенной
балке при опирании сверху.
-балки настила – двутавр I20Б1 по ГОСТ 26020-83 толщина полки t=085 см;
-второстепенная балка - двутавр I70Б1 по ГОСТ 26020-83 толщина полки t=155 см;
-сталь конструкций С245 Ru=3600 кгссм2 (таблица В.5 СП 16.13330).
Условная поперечная сила:
λ = 286751=3778 =0913.
Принимаем крепление балок настила к верхнему поясу второстепенных балок на болтах класса прочности 5.6 класса точности В диаметром 16 мм.
Сопротивление болта срезу по таблице Г.5 СП 16.13330 Rbs=2100 (кгссм2 ). Сопротивление смятию элементов соединяемых болтами по таблице Г.6 СП 16.13330 Rbp=4750 (кгссм2 ) при Ru=3600 (кгссм2 ).
Площадь сечения болта диаметром 16 мм А=201 (см2 ) по таблице Г.9 СП 16.13330.
Коэффициенты условий работы: - γb=1 по таблице 41 СП 16.13330; - γс=1 по таблице 1 СП 16.13330. Расчетное усилие Nb которое может быть воспринято одним болтом:
Принимаем два болта М16 класса прочности 5.6
3.Расчет крепления второстепенной балки к ребру жесткости Подобрать количество болтов в узле крепления второстепенной балки из двутавра I70Б1 по ГОСТ 26020-83 (толщина стенки 12 см) к ребру жесткости главной балки толщиной 8 мм. Сталь конструкций С245 Ru=3600 кгссм2 (таблица В.5 СП 16.13330). Опорная реакция в узле N=90253 кН.
Болты диаметром 20 мм класс прочности 5.6 класс точности В. Решение:
Сопротивление болта срезу по таблице Г.5 СП 16.13330 Rbs=2100 (кгссм2). СопротивлениесмятиюэлементовсоединяемыхболтамипотаблицеГ.6 СП16.13330 Rbp=4750 (кгссм2) при Ru=3600 (кгссм2).
Площадь сечения болта диаметром 20 мм А=314 (см2) по таблице Г.9 СП16.13330. Коэффициенты условий работы:
-γb=1 по таблице 41 СП 16.13330;
-γс=1 по таблице 1 СП 16.13330.
Расчетное усилие Nb которое может быть воспринято одним болтом:
Принимаем 8 болтов М20 класса прочности 5.6.
Рисунок 10 – Узел крепления второстепенной балки к ребру главной балки
Расстояния между болтами назначаем по таблице 40 СП 16.13330:
-минимальное при Ryn≤375 Нмм2:
здесь d – диаметр отверстия для болтов класса точности В:
здесь t – толщина наиболее тонкого наружного элемента. Расстояние от центра болта до края элемента:
-минимальное вдоль усилия при Ryn≤375 Нмм2
-минимальное поперек усилия при обрезных кромках
Соответственно принимаем расстояние между болтами от 575 до 96 мм от края элемента до оси болта по горизонтали – от 345 до 64 мм по вертикали – от 46 до 64 мм.
4.Расчет фрикционного соединения в монтажном стыке главной
-составная сварная балка размерами стенки 16×170 см полок 45×32 см;
-изгибающий момент в сечении Mx=7789 кНм.
Изгибающий момент воспринимаемый стенкой главной балки:
Усилие воспринимаемое поясом главной балки:
Применяем монтажный стык на высокопрочных болтах с двусторонними накладками по поясам и стенке.
В качестве болтов используем высокопрочные болты d=24 мм из стали марки 40Х по ГОСТ Р 52643 Rbh=7550 кгссм2 (таблица Г.8 СП 16.13330).
Перед постановкой накладок поверхности соединяемых элементов обрабатываются дробеструйным аппаратом. Коэффициент =058 γh=112 (при разности диаметров отверстий и болтов =1-4 мм) по таблице 42 СП 16.13330.
Расчетное усилие которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов стянутых одним высокопрочным болтом следует определять по формуле:
Стык поясов перекрываем тремя накладками – одной сверху сечением 45×16 см и двумя снизу сечением 20×16 см.
Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле:
Принимаем 14 болтов d=24 мм устанавливаемых в отверстия d=26 мм. Указанное количество болтов устанавливается по каждую сторону от центра стыка.
Болты следует размещать в соответствии с таблицей 40 СП 16.13330.
Стык стенки перекрывается двумя накладками с двух сторон сечением 160×1.6 см. Болты d = 20 мм устанавливаем с шагом 10 см по высоте. Монтажный стык стенки ГБ представлен на рисунке.
Между болтами образуются пары сил со следующими расстояниями:1030507090110130150 см.
Рисунок 14- Монтажный стык главной балки
Максимальное усилие в крайнем болте:
Условие прочности фрикционного соединения
= 18302 2 09 1 = 061 условие выполняется.
следовательно прочность болтового соединения по стенке балки обеспечена.
5.Расчет опорного ребра главной балки
Участок стенки балки над опорой следует рассчитывать на устойчивость при центральном сжатии из плоскости балки как стойку нагруженную опорной реакцией (п. 8.5.17 СП 16.13330).
Рассчитать опорное ребро главной балки составного сечения.
-составная сварная балка размерами стенки 16×170 см полок на опорах 40×32 см;
-опорнаяреакцияR=216775кН.
Принимаем сечение опорного ребра равным измененному сечению пояса балки
Принимаем высоту выступающей части опорного ребра
тогда напряжения в нижних торцах при действии опорной реакции не должны превышать расчетного сопротивления стали смятию Rp:
Условие прочности на смятие:
= 32 40 3707 = 046 1 условие выполняется.
Определяем расчетное сечение опорного ребра на устойчивость из плоскости балки:
Площадь таврового расчетного сечения:
Момент инерции сечения относительно оси х:
Радиус инерции сечения относительно оси х:
Условие устойчивости опорного ребра из плоскости балки при его центральном сжатии:
где φ – коэффициент продольного изгиба определяемый в зависимости от условной гибкости:
866 17664 2450 1 = 051 1 условие выполняется.
Рассчитываем прикрепление ребра к стенке двусторонними сварными швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08А Rwf=1850 кгссм2.
Расчетноесопротивлениеметаллаграницысплавления Rwz=045×Run=Rwz=045×3800=1710 (кгссм2).
Коэффициентыглубиныпроплавленияшваf=09z=105для полуавтоматической сварки.
= 092 1 расчет сварного соединения с угловыми швами на
действие силы N ведем по формуле:
Принимаем катет сварных швов kf=10 мм что больше kfmin. Определяем длину расчетной части шва:
Окончательно принимаем опорное ребро главной балки сечением 400×32 мм крепление ребра к стенке главной балки выполнять двусторонними сварными швами катетом 10 мм длина непрерывного сварного шва 770 мм.
ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные с
Металлические конструкции под ред. Ю.И. Кудишина.
-е изд. стер. — М.: Академия 2011. 681 с.
Металлические конструкции включая сварку [Электронный ресурс] : Учебник Москалев Н.С. Пронозин Я.А. Парлашкевич В.С. Корсун Н.Д.