МК Расчет и конструирование несущих элементов рабочей площадки

Расчет и конструирование несущих элементов рабочей площадки.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский государственный университет путей сообщения»
Кафедра «Строительные конструкции и строительное производство»
Тема: Расчет и конструирование несущих элементов рабочей площадки
по дисциплине «Металлические конструкции включая сварку»
Проектирование настила и компоновка балочной клетки рабочей площадки.5
Проектирование балки настила7
1.Статический расчет7
1.2.Расчетная схема балки настила7
1.3.Расчетные усилия8
2.Конструктивный расчет8
2.1.Назначение стали.8
2.2.Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки:8
2.3.Подбор сечения и проверка.8
Проектирование главной балки11
1.Статический расчет11
1.2.Расчетная схема главной балки12
1.3.Расчетные усилия12
2.Конструктивный расчет12
2.1.Назначение стали определение коэффициентов.12
2.2.Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки:13
2.3.Определение основного сечения главной балки13
2.3.1.Определение размеров стенки главной балки13
2.3.2.Определение размеров полки основного сечения14
2.3.3.Геометрические характеристики основного сечения главной балки:15
2.3.4.Проверка основного сечения по нормальным напряжениям15
2.3.5.Проверка местной устойчивости сжатой полки ГБ15
2.4.Измененное сечение главной балки16
2.4.1.Определение измененного сечения главной балки16
2.4.2.Геометрические характеристики измененного сечения главной балки:17
2.4.3.Проверка измененного сечения по касательным напряжениям18
2.4.4.Проверка на прочность по местным (локальным) напряжениям18
2.4.5.Проверка сечения по приведенным напряжениям19
2.5.Проверка общей устойчивости главной балки20
2.6.Проверка местной устойчивости сжатой полки ГБ20
2.7.Проверка местной устойчивости стенки ГБ. Ребра жесткости.21
2.8.Проверка главной балки по деформациям21
3.Проектирование поясных швов.22
4.Проектирование опорного узла главной балки23
4.1.Компоновка опорного фланца23
4.2.Проверка на смятие опорного фланца:24
4.3.Проверка устойчивости опорного фланца24
4.4.Проектирование вертикального шва крепления опорного фланца к стенке главной балки26
4.5.Размещение болтов на нижней части фланца27
5.Проектирование узла сопряжения балок в балочной клетке28
6.Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах28
6.1.Определение несущей способности высокопрочного болта28
6.2.Расчетные усилия поясов и стенки29
6.3.Расчет стыка поясов29
6.4.Расчет стыка стенки32
Проектирование центрально-сжатой колонны34
1.Расчетные нагрузки34
2.Конструктивный расчет35
3.Проектирование базы колонны36
4.Проектирование оголовка колонны41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК45
Проектирование настила и компоновка балочной клетки рабочей площадки.
Толщину настила выполненного из толсто-листовой стали назначаем ориентировочно из следующего условия:
Исходя из определяем
Принимаем настил из листа рифленого стального толщиной 8 мм. по ГОСТ 19903-2015 из стали С235 (согласно табл.В1 СП16.13330.2011).
Определяем вертикальный предельный прогиб настила согласно табл. Е1 приложения Е к СП 20.13330.2011 при длине настила l=6 м.
На основании условий жесткости с учетом предельной деформации определяем минимальный пролет настила по формуле:
– коэффициент поперечной деформации (Пуассона) согласно табл. Г.10 СП 16.13330.2011.
Поскольку величиной пролета настила можно варьировать в пределах 10 см. (с учетом ширины балок настила) – то при шаге балок настила 1 метр – условие жесткости при толщине настила 08 см. – выполняется. Принимаем шаг балок настила 1 м.
Размещаем балки настила с учетом следующих условий: ; на монтаж отправляется по половине длины: 7 *2 = 14 м.; шаг балок настила ; крайние балки настила расположены по центру колонн (опираются на опорные площадки колонн).
Проверка несущей способности настила и определение высоты углового сварного шва крепления к полке БН – по условиям курсового проекта не выполняется.
Проектирование балки настила
Подбираем сечение балки настила удовлетворяющее требования I и II группам предельных состояний.
1. Статический расчет
В качестве расчетной схемы принимается разрезная (однопролетная) шарнирно опертая балка. Работа балки настила определяется как работа на изгиб. Опорами для балок настила служат главные балки.
Нагрузка приводится к погонной (линейной) собирается с грузовой площади – равной шагу балки настила (1 м.).
Нормативная погонная равномерно-распределенная нагрузка на балку настила:
α – коэффициент учета собственного веса настила = 1.02;
– нормативная нагрузка на настил:
- нормативный вес настила:
Расчетная погонная равномерно-распределенная нагрузка на балку настила:
– коэффициент надежности от полезной нагрузки = 12 (согласно п.8.1.4 СП 20.13330.2011);
– коэффициент надежности от собственного веса конструкций настила = 105 (согласно п.7.2 СП 20.13330.2011);
1.2.Расчетная схема балки настила
Нагрузка приводится к погонной (линейной) собирается с грузовой площади – равной шагу балки настила (1 м.). Балка работает на поперечный изгиб.
1.3.Расчетные усилия
Максимальный расчетный изгибающий момент:
Максимальная расчетная поперечная сила:
2. Конструктивный расчет
2.1. Назначение стали.
Балки рабочих площадок относятся к 1 группе конструкций по приложению В к СП16.13330.2011. В соответствии с табл. В1 назначаем сталь для балок – С255 по ГОСТ 27772-88.
Физические характеристики стали – согласно табл. Г10 СП 16.13330.2011.
В соответствии с табл. В5 СП 16.13330.2011 назначаем расчетное сопротивление стали при растяжении изгибе сжатии:
2.2.Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки:
Согласно п.8.2.3 СП 16.13330.2011 нормы проектирования предусматривают для разрезных балок из стали с пределом текучести до 440 МПа несущих статическую нагрузку если касательные напряжения в сечении Mmax не превышают расчет с учетом пластических деформаций что позволяет уменьшить требуемые размеры сечения (номер профиля).
– коэффициент условий работы = 1. Принимается согласно пункта 5 примечания к табл.1 в пункте 4.3.2 СП 16.13330.2011.
– коэффициент учета пластических деформаций. Принимается для предварительного расчета = 1.1 но впоследствии подлежит определению согласно табл. Е1 в СП 16.13330.2011.
– коэффициент определяемый по формуле 52 в пункте 4.3.2. СП 16.13330.2011. Для предварительного расчета принимается = 1.
2.3.Подбор сечения и проверка.
Подбираем вариант прокатного двутавра чтобы .
По сортаменту ГОСТ 8239-89 принимаем профиль №30Б1 со следующими характеристиками по табл.1:
Геометрические характеристики сечения - двутавр №30Б1:
h = 298 мм. (высота)
Масса 1 м. длины = 32 кг
Проверка прочности по нормальным напряжениям с учетом пластических деформаций:
Условие по нормальным напряжениям выполняется.
Величина недонапряжений:
Величина недонапряжений не превышает 15% в связи с чем условие по нормальным напряжениям выполняется.
Проверка прочности по касательным напряжениям:
Рис.4. Эпюра касательных напряжений.
Касательное напряжение максимальное:
Условие прочности по касательным напряжениям выполняется.
Проверка прогиба балки настила:
Определяем вертикальный предельный прогиб балки настила согласно табл. Е1 приложения Е к СП 20.13330.2011 при длине балки l=6 м.
Поскольку – то деформации балки в пределах допустимого.
Проектирование главной балки
1.Статический расчет
В качестве расчетной схемы принимается разрезная (однопролетная) шарнирно опертая балка. Работа балки настила определяется как работа на изгиб. Опорами для главных балок служат колонны.
При числе грузов F восемь и более сосредоточенные нагрузки можно заменить равномерно распределенной эквивалентной нагрузкой q(экв).
Рис. 5. Расчетная схема главной балки:
а – при сосредоточенных нагрузках F;
б – при равномерно распределенной эквивалентной нагрузке qэкв
Нагрузка приводится к погонной (линейной).
Грузовая площадь для центральной (наиболее нагруженной) главной балки:
Нормативная погонная равномерно-распределенная нагрузка на главную балку:
- нормативный вес балки настила:
где G(бн) – вес 1 погонного метра балки настила по сортаменту.
Расчетная погонная равномерно-распределенная нагрузка на главную балку:
1.2.Расчетная схема главной балки
Нагрузка приводится к погонной (линейной) собирается с грузовой площади – равной шагу главной балки (или длине балки настила) – 6 м. Балка работает на поперечный изгиб.
2.1.Назначение стали определение коэффициентов.
Главные балки относятся к 1 группе конструкций по приложению В к СП16.13330.2011. В соответствии с табл. В1 назначаем сталь для главных балок – С255 по ГОСТ 27772-88.
Главную балку относим к 1 классу конструкций по напряженно-деформированному состоянию (НДС) согласно п.4.2.7 СП 16.13330.2011 (при котором напряжения по всей площади сечения не превышают расчетного сопротивления стали: (упругое состояние сечения)).
– коэффициент надежности по ответственности = 1. Принимается для здания – сооружения нормального уровня ответственности согласно пп.2 п.7 ст.16 ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» №384-ФЗ от 30.12.2009 г табл.2 п.10.1 ГОСТ 27751-2014.
Главную балку рассчитываем по упругой стадии без учета пластических деформаций:
– коэффициент условий работы = 1.
– коэффициент условий работы = 11.
2.3.Определение основного сечения главной балки
Существующие профили прокатных двутавров не обеспечивают условие чтобы . В связи с этим определяем характеристики сварного двутавра главной балки.
2.3.1. Определение размеров стенки главной балки
Назначаем ориентировочную высоту ГБ:
Толщина стенки ГБ ориентировочная по эмпирической формуле:
Определяем толщину стенки балки из условия работы ее на сдвиг на опоре:
– коэффициент надежности по ответственности = 1.
Принимаем толщину стенки ГБ из листа стального толщиной 11 мм. по ГОСТ 19903-2015.
где k=1.15-1.2 для сварных балок – принимается = 115.
Определяем минимальную высоту балки исходя из предельного прогиба:
где вертикальный предельный прогиб главной балки согласно табл. Е1 приложения Е к СП 20.13330.2011 (исходя из исходных данных).
Принимаем высоту главной балки близкую к оптимальной: .
2.3.2. Определение размеров полки основного сечения
Определяем требуемый момент инерции сечения балки:
Момент инерции сечения балки в общем виде:
Где – момент инерции стенки; - момент инерции двух полок.
Определяем момент инерции стенки:
= 2.8 см. высота полки (толщина) принятая предварительно по ГОСТ 82-70 (принимаем в диапазоне от 2 до 4 см. от 2 до 3 толщины ).
Момент инерции приходящийся на две полки:
Момент инерции сечения двух полок (без учета момента инерции относительно собственных осей полок):
Где – расстояние между центрами тяжести полок:
Тогда требуемая площадь поперечного сечения одной полки:
Требуемую ширину полки балки определяем по формуле:
Рекомендации по ширине полки:
где h – высота балки.
Принимаем полки из листов стали шириной 340 мм и толщиной 28 мм. (по ГОСТ 82-70).
2.3.3. Геометрические характеристики основного сечения главной балки:
2.3.4. Проверка основного сечения по нормальным напряжениям
Проверка прочности по нормальным напряжениям без учета пластических деформаций:
Величина недонапряжений не превышает 15 % в связи с чем сечение подобрано рационально.
Проверку прогиба балки делать не нужно так как принятая высота сечения h=125 см. больше и регламентный прогиб будет обеспечен.
2.3.5. Проверка местной устойчивости сжатой полки ГБ
Проверка местной устойчивости сжатой полки главной балки выполняется согласно п.7.24 СНиП II-23-81*.
Наибольшее отношение свеса полки к её толщине в пределах упругих деформаций согласно формуле в пункте 7.24 табл.30 СНиП II-23-81*:
Расчетная ширина свеса - от грани стенки до края поясного листа (п.7.22* СНиП II-23-81*):
- следовательно местная устойчивость сжатой полки главной балки обеспечена.
2.4.Измененное сечение главной балки
2.4.1. Определение измененного сечения главной балки
Места изменения сечения главной балки по длине назначаем на расстоянии 155 пролета от опоры:
Сечение балки изменяем уменьшением ширины полок при постоянной их толщине.
Изгибающий момент в месте изменения сечения балки:
Поперечная сила в месте изменения сечения балки:
Требуемый момент сопротивления сечения балки в месте изменения сечения балки вычисляется:
Требуемый момент инерции сечения балки в месте изменения сечения балки вычисляется:
Где – момент инерции стенки в месте изменения сечения; - момент инерции двух полок в месте изменения сечения.
Момент инерции стенки балки остается постоянным по всей длине:
Момент инерции приходящийся на две полки в месте изменения сечения:
Требование по ширине полки:
Принимаем ширину полки в месте измененного сечения из листов стали шириной 200 мм и толщиной 28 мм (по ГОСТ 82-70).
2.4.2. Геометрические характеристики измененного сечения главной балки:
Статический момент сечения балки относительно нейтральной оси в месте изменения сечения:
Статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси в месте изменения сечения:
Момент инерции сечения балки в месте измененного сечения:
Момент сопротивления сечения балки в месте измененного сечения:
2.4.3. Проверка измененного сечения по касательным напряжениям
Рис: Эпюра касательных напряжений.
Проверка прочности по касательным напряжениям на опоре балки проводится по измененному сечению:
Условие прочности по касательным напряжениям – выполняется.
2.4.4. Проверка на прочность по местным (локальным) напряжениям
При этажном сопряжении балок в стенке нижерасположенной балки возникают локальные напряжения. Проверка выполняется согласно п.8.2.2 СП 16.13330.2011.
Длина участка главной балки в которой распределены локальные напряжения (область выделена волнистой линией):
Локальные напряжения в стенке главной балки:
Условие прочности выполняется:
2.4.5. Проверка сечения по приведенным напряжениям
Поскольку сопряжение балок этажное – то проверку прочности по приведенным напряжениям осуществляем на расстоянии Х1 от оси: под балкой настила ближайшей к месту изменения сечения со стороны опоры.
По высоте приведенные напряжения проверяют на высоте на уровне верхнего поясного шва где имеют значения как напряжения от изгиба касательные напряжения местные напряжения.
Условие прочности по приведенным напряжениям выполняется.
2.5. Проверка общей устойчивости главной балки
Поскольку сопряжение главных балок и балок настила выполнено этажное (не в одном уровне) то конструкция настила не обеспечивает общую устойчивость главных балок (условие пп. «а» п.8.4.4 не выполнено) и необходимо проверить общую устойчивать балки на участках между балками настила.
Проверка условия устойчивости согласно пп. «б» п.8.4.4:
Условная гибкость сжатого пояса балки (по измененному сечению):
Предельная условная гибкость сжатого пояса балки (по формуле №71 табл.11 п.8.2.2 СП 16.13330.2011):
Расстояние между осями поясных листов:
- то условие общей устойчивости главной балки обеспечено.
2.6. Проверка местной устойчивости сжатой полки ГБ
2.7. Проверка местной устойчивости стенки ГБ. Ребра жесткости.
Проверка местной устойчивости стенки главной балки выполняется согласно п. 8.5.1 и рис.5 СП 16.13330.2011.
Условная гибкость стенки:
Необходима в установке поперечных ребер жесткости в местах приложения сосредоточенных нагрузок – под балками настила согласно п.8.5.1 абз.24 п.8.5.9 СП 16.13330.2011 - отсутствует.
Ребра жесткости не устанавливаем.
2.8.Проверка главной балки по деформациям
Поскольку сечение главной балки менялось то прогиб главной балки:
Где f – прогиб ГБ в случае если сечение балки не мянялось:
– коэффициент определяемый:
Определяем вертикальный предельный прогиб главной балки согласно табл. Е1 приложения Е к СП 20.13330.2011 при длине балки l=14 м. (и при высоте помещения более 6 метров).
Величину находим методом линейного интерполирования:
3. Проектирование поясных швов.
Наиболее нагруженным по длине балки от действия касательных напряжений поясной шов будет в области опор.
Группа конструкций 1 (табл. В1 СП 16.13330.2011). Сталь 255.
Толщина полки – 28 см толщина стенки – 12 см.
- предел текучести расчетный;
– нормативное сопротивление металла широкополосного и листового проката (табл.В5 СП 16.13330.2011)
Выбираем материалы для сварки по табл. Г1 СП 16.13330.2011:
-Сварка автоматическая.
-В углекислом газе (по ГОСТ 8050) или в его смеси с аргоном (по ГОСТ 10157).
-Сварочная проволока – Св-08Г2С.
-Сопротивление металла швов сварных соединений с угловыми швами:
– расчетное сопротивление по металлу шва (табл.Г2 СП 16.13330.2011);
– расчетное сопротивление металла границы сплавления.
Определяем минимальный катет угловых сварных швов (по табл.38 СП 16.13330.2011) исходя из толщины более толстого элемента (полка – 2.8 см) вид соединения – тавровое с двусторонними угловыми швами сварка автоматическая:
Максимальный размер катета сварного шва (исходя из толщины более тонкого элемента (полка – 12 см)):
Назначаем расчетный катет шва равный минимальному:
Принимаем коэффициенты глубины проплавления для расчета углового шва по металлу шва и по металлу границы сплавления (по табл.39 СП 16.13330.2011 вид сварки автоматическая сварочная проволока d=1.4-2 мм. положение шва – в лодочку катет шва – 05 см): – коэф.глубины проплавления по металлу шва;
- коэф.глубины проплавления по металлу границы сплавления
Определяем плоскость в сечении сварки с минимальной несущей способностью:
- по металлу границы сплава;
Таким образом минимальная несущая способность – по металлу шва:
Назначаем длину шва
Проверяем расчетные усилия на один см. шва:
Расчетные усилия на 1 см шва:
Где (смотри пункт 3.2.4.3).
4 (смотри пункт 3.2.4.4).
Условие прочности согласно п.4.1.19 СП 16.13330.2011:
где n=2 (кол-во швов – с 2-х сторон стенки)
Проверка по металлу шва:
Условие прочности выполняется.
Проверка по металлу границы сплавления:
4. Проектирование опорного узла главной балки
4.1.Компоновка опорного фланца
Расчетное усилие на главной балке максимальное (пункт 3.1.3 Проекта):
Назначаем ширину опорного ребра:
толщину опорного ребра:
высоту опорного ребра:
4.2.Проверка на смятие опорного фланца:
– расчетное сопротивление проката торцевой поверхности (при наличии пригонки) согласно табл.2 п.6.1 СП 16.13330.2011 :
– нормативное сопротивление металла широкополосного и листового проката (табл.В5 СП 16.13330.2011);
– коэффициент надежности по материалу проката по ГОСТ 27772.
Условие выполняется прочность фланца при смятии обеспечена.
4.3.Проверка устойчивости опорного фланца
Участок стенки балки над опорой следует рассчитывать на устойчивость при центральном сжатии из плоскости балки как стойку нагруженную опорной реакцией (абз.1 п.8.5.17 СП 16.13330.2011).
При укреплении стенки балки опорными ребрами жесткости – расчетное сечение стойки включается сечение опорных ребер и полосы стенки шириной согласно абз.2 п.8.5.17 СП 16.13330.2011 :
– ширина полосы стенки в расчетном сечении стойки.
Условие устойчивости (п.7.1.3 СП 16.13330.2011):
– коэффициент продольного изгиба (зависит от гибкости стержня и механических свойств материала) – определяем согласно п.7.1.3 СП 16.13330.2011 в зависимости от коэффициента условной гибкости.
Коэффициент условной гибкости стержня:
Коэффициент гибкости стержня:
Где – коэффициент приведенной длины (зависит от способа закрепления стержня).
Исходя из условий опорного участка коэффициент гибкости (расчетную длину стойки принимаем равной высоте стенки балки):
Где радиус инерции стержня:
Тогда условная гибкость:
Поскольку - то согласно формуле 8 п.7.1.3 СП 16.13330.2011
Где – определяем в зависимости от типа сечения по табл.7 СП 16.13330.2011:
тип сечения – с; ; .
Условие устойчивости
Условие устойчивости выполняется устойчивость фланца обеспечена.
4.4.Проектирование вертикального шва крепления опорного фланца к стенке главной балки
Группа конструкций 1 (табл.В1 СП 16.13330.2011). Сталь 255.
Толщина опорного фланца – 2 см толщина стенки – 12 см.
Определяем минимальный катет угловых сварных швов (по табл.38 СП 16.13330.2011) исходя из толщины более толстого элемента (фланец – 2 см) вид соединения – тавровое с двусторонними угловыми швами сварка автоматическая:
Шов крепления фланца к стенке – фланговый. Определяем расчетную длину флангового шва согласно пп. «г» п.14.1.7 СП 16.13330.2011:
Проверку осуществляем согласно п.14.1.16 СП 16.13330.2011:
Определяем плоскость в сечении сварки по которой будем выполнять проверку:
с минимальной несущей способностью:
- следовательно проверку выполняем по металлу границы сплавления.
Проверяем несущую способность согласно п.14.1.16 СП 16.13330.2011 (два шва – двусторонних):
4.5.Размещение болтов на нижней части фланца
Для обеспечения шарнирного соединения ставятся болты d=20 мм класса С (грубой точности) класса прочности 5.6 с отверстием под болт (табл. Г3 Г9 СП 16.13330.2011).
Ставятся конструктивно на нижней части фланца (согласно табл.40 СП 16.13330.2011):
Расстояние между центрами отверстий для болтов
Минимальное в любом направлении:
Максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии:
Расстояние от центра отверстия для болта до края элемента:
Минимальное вдоль усилия:
Минимальное поперек усилия при обрезных кромках:
5. Проектирование узла сопряжения балок в балочной клетке
Сопряжение балок в балочной клетке этажное. Конструктивно назначаем диаметры болтов d=16 мм. класса С (грубой точности) класса прочности 5.6 с отверстием под болт (табл. Г3 Г9 СП 16.13330.2011).
6. Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах
6.1. Определение несущей способности высокопрочного болта
Назначаем высокопрочные болты для стыка частей главной балки по табл. Г8 Г9 СП 16.13330.2011:
- диаметры болтов d=20 мм.
- класса С (грубой точности)
- из стали 40Х «селект» по ГОСТ Р52643
- с отверстием под болт
- площадь болта нетто: (табл. Г9)
- Нормативное сопротивление растяжению: ;
Расчетное сопротивление растяжению (0.7 от нормативного):
- способ обработки поверхностей трения соединяемых элементов (табл.42) – дробеметный или дробеструйный (без консервации):
Коэффициент трения:
Коэффициент: (при разности номинальных диаметров отверстий и болтов динамической =1 статической =1-4)
Определяем расчетное усилие которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов стянутых одним высокопрочным болтом (п.14.3.3 СП 16.13330.2011):
6.2.Расчетные усилия поясов и стенки
Наибольший изгибающий момент на поясах и стенке распределяется пропорционально плоскостям:
– изгиб.жесткость поясов
– изгиб.жесткость стенки
6.3.Расчет стыка поясов
Назначаем толщину накладки 15 см.
Площадь сечения пояса:
Ширина наружной накладки по ширине пояса = 34 см.
Ширина внутренней накладки: .
Назначаем накладки: одну размером 34*1 и две размерами 15*1 так чтобы площадь накладок была больше площади сечения пояса.
Условие выполняется.
Кол-во болтов на поясах (согласно п.14.3.4 СП 16.13330.2011)
Где – коэффициент условий работы фрикционного соединения при количестве болтов более 10 (п.14.3.4).
Размещаю болты согласно табл.40 СП 16.13330.2011:
Минимальное расстояние вдоль усилия:
Минимальное расстояние поперек усилия при обрезных кромках:
Проверка ослабленного сечения поясов на прочность (п.14.3.11 СП 16.13330.2011):
Размещаем болты согласно табл.40 СП 16.13330.2011 (в шахматном порядке):
Расстояние минимальное между центрами отверстий вдоль усилия для болтов размещаемых в шахматном порядке (поз.3 табл.40 СП 16.13330.2011):
Где u – расстояние поперек усилия между рядами отверстий.
Принимаю расстояние между двумя рядами отверствий поперек усилия: 50 мм.
Количество болтов для создания шахматного порядка составит 14 шт.
Проверку выполняем согласно п.14.3.11 СП 16.13330.2011 – для статических нагрузок.
Поскольку при размещении болтов в шахматном порядке выдержаны расстояния не менее указанного в поз.3 табл.40 СП 16.13330.2011 то сечение элемента следует определять с учетом ослабления его отверстиями расположенными в одном сечении поперек усилия (не по зигзагу). Следовательно площадь ослабленного сечения полки:
Поскольку то ослабленное сечение проверяется по площади сечения брутто.
Прочность обеспечена (при проверке по площади сечения брутто) если:
– прочность обеспечена.
Прочность ослабленного сечения накладок:
Площадь накладок неослабленная:
Поскольку то ослабленное сечение проверяется по условной площади:
Прочность обеспечена если:
Прочность ослабленного сечения полки:
6.4.Расчет стыка стенки
Длина накладки на стенку:
Назначаем толщину накладки
Площадь сечения стенки:
Проверяем накладки: две размерами 116*08 - чтобы площадь накладок была больше площади сечения стенки.
Назначаем расстояние крайнего болта от края накладки по высоте = 6 см.
Расстояние между симметричными болтами (от продольной оси симметрии прокладки):
Размещаем болты по стенке с помощью коэффициента стыка
Где k=2 – количество вертикальных рядов на половине накладки.
m=12 (f() - количество строк.
Принимаю шаг: а=94 см. количество строк m=12; расстояние от центра крайнего болта до края накладки по высоте
Где - расстояние между парными симметричными болтами по оси симметрии балки:
Проектирование центрально-сжатой колонны
1. Расчетные нагрузки
Нагрузка на наиболее загруженную колонну собирается с грузовой площади:
Расчетное усилие – продольная сила N.
α – коэффициент учета собственного веса колонны = 1.02
=12 – коэфф.надежности по нагрузке (согласно п.8.1 СП 20.13330.2011).
=105 – коэфф.надежности от веса конструкций (согласно п.7.2 СП20.13330.2011)
- нормативный вес балки настила:
- вес главной балки (без учета измененного сечения):
- 0.600 – отметка низа колонны
Рабочая длина колонны относительно осей двутавра колонны:
Где – высота главной балки плюс высота опоры главной балки над опорным столиком.
Где =07 – коэффициент приведения расчетной длины колонны (жесткое защемление снизу и шарнирное закрепление колонны сверху).
2. Конструктивный расчет
Колонны относятся к 3 группе конструкций по приложению В к СП 16.13330.2011. В соответствии с табл. В1 назначаем сталь для балок – С255 по ГОСТ 27772-88.
Требуемая площадь сечения колонны определяемся из условия:
φ = 08 – коэффициент продольного изгиба (принят для предварительного расчета).
Принимаю по сортаменту колонный двутавр 26К3 по ГОСТ 26020-83
Проверка гибкости колонны:
Поскольку гибкость меньше 120 – то сечение по гибкости проходит.
Поскольку – то расчет на устойчивость не производится относительно оси (x) – проводим только расчет на сжатие относительно данной оси.
Соответственно расчет на устойчивость проводим относительно оси (y).
– устойчивости при центральном сжатии (зависит от гибкости стержня и механических свойств материала) – определяем согласно п.7.1.3 СП 16.13330.2011 в зависимости от коэффициента условной гибкости.
тип сечения – b; ; .
Проверка устойчивости
Условие устойчивости выполняется устойчивость колонны обеспечена.
3. Проектирование базы колонны
Назначаем бетон по СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»:
- марка бетона по морозостойкости F200 (табл.9 – в условиях эпизодического водонасыщения при температуре ниже минус 40 );
- марка бетона по водонепроницаемости W4 (табл.9);
- класс бетона по прочности В20.
Расчетное сопротивление бетона сжатию для предельных состояний первой группы (табл.13):
Условие прочности на местное сжатие (смятие) элементов без поперечного армирования (п.3.39 СНиП 2.03.01-84):
– коэффициент зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия – принят для тяжелого бетона согласно п.3.39.
Расчетное сопротивление бетона смятию определенное по формуле (102) СНиП 2.03.01-84 (см.прил. №5):
– для бетона класса ниже В25;
– для предварительного расчета;
Определение требуемой площади опорной плиты:
Назначаем ширину опорной плиты базы:
– толщина листа траверсы по ГОСТ 82-70 (принимают 10-16 мм);
– свес опорной плиты базы (принимают 20-120 мм).
Назначаем длину опорной плиты базы:
Где диаметр анкера принят 20 мм. диаметр отверстия под анкер = 20+6 мм (принимают увеличение от 6 до 8 мм.) ширина планки принята = 4 диаметра отверстия.
Принимаем 4 анкера расстояние от парных анкеров до оси колонны = 80 мм. (расстояние между траверсами = 260 мм.).
Определяем требуемую длину опорной плиты базы:
Оставляем длину плиты:
Определяем напряжения в бетоне под опорной плитой:
Плита работает на изгиб как пластина. Определяем изгибающие моменты в опорной плите базы на разных участках применяя коэффициенты α и – полученные академиков Б.Г. Галеркиным – согласно таблиц 4.6 и 4.7 стр.139-140 [8].
Изгибающие моменты действующие на полосе шириной 1 см. в пластинке опертой на 4 канта (участок 1) вычисляем по формуле:
; при по табл.4.6 [8] (а – короткая сторона плиты).
Изгибающий момент действующий на полосе шириной 1 см. в пластинке опертой на 3 канта (участок 2) можно определить по формуле
; при по табл.4.7 (а – длина свободного края).
Изгибающий момент действующий на полосе шириной 1 см. в пластинке опертой на 1 кант – консольный участок 3 можно определить по формуле
По максимальному моменту находим толщину опорной плиты базы:
Принимаем плиту толщиной
Проектирование траверс
Требуемую высоту траверсы определяем из условия крепления листов траверсы к стержням колонны четырьмя угловыми швами.
– расчетное сопротивление по металлу шва (табл. Г2 СП 16.13330.2011);
Определяем минимальный катет угловых сварных швов (по табл.38 СП 16.13330.2011) исходя из толщины более толстого элемента (полка двутавара колонны и траверса – 1.2 см) вид соединения – тавровое с двусторонними угловыми швами сварка автоматическая:
Максимальный размер катета сварного шва (исходя из толщины более тонкого элемента):
Назначаем расчетный катет шва больше минимального:
Принимаем коэффициенты глубины проплавления для расчета углового шва по металлу шва и по металлу границы сплавления (по табл.39 СП 16.13330.2011 вид сварки автоматическая сварочная проволока d=1.4-2 мм. положение шва – в лодочку катет шва – 06 см): – коэф.глубины проплавления по металлу шва;
Расчет осуществляем согласно п.14.1.16 СП 16.13330.2011:
Определяем плоскость в сечении сварки по которой будем выполнять расчет -
Проверяем несущую способность согласно п.14.1.16 СП 16.13330.2011 (четыре угловых шва):
Добавляем по 1 см. с каждой стороны на непровар. Тогда минимальная высота = 446 см.
Назначаю высоту траверсы:
Крепление траверсы к опорной плите принимаем угловыми швами с катетом .
Проверяем напряжения в угловых швах по металлу шва согласно п.14.1.16 СП 16.13330.2011 :
- длина угловых швов прикрепляющих траверсу к опорной плите базы. Швы уменьшены на 1 см. по концам на непровар.
Приварку торца колонны к опорной плите базы выполняем конструктивно угловыми швами с катетом 6 мм так как эти швы в расчете не учитывались.
Проверяем прочность траверсы по нагрузкам:
Траверса рассчитывается как балка на двух опорах:
Грузовая площадь на каждую траверсу (их две):
Погонная расчетная нагрузка на траверсу на изгиб:
Расчетное сечение траверсы:
Прочность по нормальным напряжениям обеспечена если
Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.
Прочность по касательным напряжениям обеспечена если
Прочность по касательным напряжениям обеспечена.
Прочность по приведенным напряжениям обеспечена если
Прочность по приведенным напряжениям обеспечена.
где – коэффициент условий работы = 1. Принимается согласно пункта 5 примечания к табл.1 в пункте 4.3.2 СП 16.13330.2011.
4. Проектирование оголовка колонны
Проектирование опорной плиты
Принимаю размеры опорной плиты конструктивно:
– по высоте двутавра колонны (поскольку на опорный столик опирается балка настила а с краев опорный столик не должен упираться в конструкции опорного фланца главной балки).
Проектирование опорного столика:
Ширину и толщину опорного столика принимаю конструктивно:
Высоту опорного столика находится из расчета швов крепления столика к поясу колонны.
Толщина опорного столика – 4 см толщина полки колонны – 12 см.
-Сварочная проволока – Св-08Г2С диаметр 3-5 мм.
Определяем минимальный катет угловых сварных швов (по табл.38 СП 16.13330.2011) исходя из толщины более толстого элемента (опорный столик – 4 см) вид соединения – тавровое с двусторонними угловыми швами сварка автоматическая:
Назначаем расчетный катет шва:
Шов крепления фланца к стенке – фланговый. Определяем максимальную расчетную длину флангового шва согласно пп. «г» п.14.1.7 СП 16.13330.2011:
Принимаем коэффициенты глубины проплавления для расчета углового шва по металлу шва и по металлу границы сплавления (по табл.39 СП 16.13330.2011 вид сварки автоматическая сварочная проволока d=3-5 мм. положение шва – в лодочку катет шва – 08 см): – коэф.глубины проплавления по металлу шва;
- коэф. глубины проплавления по металлу границы сплавления
Тогда максимальная расчетная длина флангового шва (не более):
Проверяем несущую способность согласно п.14.1.16 СП 16.13330.2011 (два угловых шва):
Где 1.2 – коэффициент на непредвиденные обстоятельства; 2 – два шва.
Добавляем по 1 см. с каждой стороны на непровар. Тогда минимальная высота = 3661 см.
Назначаю высоту опорного столика:
В результате выполнения курсового проекта я получил навыки проектирования стальных конструкций для балочной клетки рабочей площадки: настила балки настила главной балки а также сплошной колонны в соответствии с требованиями нормативных документов. Научился выполнять рабочие чертежи КМ и КМД в соответствии с расчетами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции;
СНиП II-23-81* Стальные конструкции;
ГОСТ 82-70 Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный.
ГОСТ 19903-74 Прокат листовой горячекатанный.
Расчет стальных конструкций. Справочное пособие Я.М.Лихтарников Д.В. Ладыженского. - Киев: Издательство «Будивельник» 1984 г. – 350 с.
Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. вузовВ.В. Горев Б.Ю. Уваров В.В. Филипов – М.: Высш. шк. 1997г.

Металлоконструкции - РП.dwg

0800.040.КП.СТ-324.02.АС
Станция скорой помощи
Фасад 1-4; план на отм. 0
0; план кровли(I); план кровли(II); разрез 1-1(I); разрез 1-1(II); ТЭП
Комната для уборочного инвентаря
Кладовая чистого белья
Комната временного пребывания больных
Кладовая грязного белья
Комната общественных организаций
Керам.плитка Цем.-песч.стяжка Пароизоляция Керамзит Жб плита
Линолеум Цем.-песч. стяжка Гидроизоляция Звукоизоляционный слой Жб плита
Керам.плитка Цем.-песчаная стяжка Пароизоляция Керамзит Жб плита
Мастика клеящая Цем.-песчаная стяжка Гидроизоляция Звукоизоляционный слой Жб плита
Кровельный слой Цем.-песчаная стяжка
Разуклонка из гравия
0 Пароизоляция Жб плита
Кровельный рулонный слой Кровельная панель Утеплитель
Кровля-асбоцентн.листы
Схема элементов рабочей площадки
Расчетная схема колонны
Схема отправочных марок Б1
Спецификация металла С255 по ГОСТ 27772-88
Ведомость элементов рабочей площадки
К1=S расч.Sобщ.; К1=0
Расчетная площадь=403
К3=Sогр.Sполезн.; К3=1
Строительный объем здания=2469
К4=Pн.с.Sзастр.; К4=0
Полезная площадь = 547
К5=Sконстр.Sзастр.; К5=0
Площадь застройки = 409
0800.040.КП.СТ-424.02.МК
Схема элементов раб.пл.; разрезы раб.пл.; расчетные схемы Б1
К; схема отправочных марок Б1; детализир.чертежи Б1.1
С235 ГОСТ 19903-2015
Примечание: 1. Материал конструкция С255 по ГОСТ 27772-88
С235 по ГОСТ 19903-2015. 2. Сварочные материалы: сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70*
флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81*
электроды Э42 по ГОСТ 9467-75; сварку выполнять в углекислом газе по ГОСТ 8050 или в его смеси с аргоном по ГОСТ 10157. 3. Поясные швы главной балки и выполнять автоматической сваркой: k=6 мм. Стык поясов главной балки выполнять с полным проваром
качество шва контролировать. Так же выполнять швы крепления опорного фланца в стенке главной балки. 4. Швы крепления опорного столика к колонне выполнять автоматической сваркой: k=8 мм. 5. Швы крепления траверсы к колонне выполнять автоматической сваркой: k=6 мм. Неоговоренные катеты швов k=6 мм. 6. Монтажный стык главной балки производить на высокопрочных ботах d=200 мм. из стали 40Х "селект" по ГОСТ 4553-71*. 7. Обработка порверхности под высокопрочные болты: дробеструйным способом без консервации. 8. Контроль усилия натяжения высокопрочных болтов по углу поворота α. 9. Стыки болтов в балочной клетке производит с помощью обысных болтов d=16 мм. класса 4.6 по ГОСТ 22356-77 грубой точности. 10. Стык главной балки и колонны производить с помощью обычных болтов d=20 мм. класса 4.6 по ГСОТ 22356-77 грубой точности. 11. Закрепление колонны к фундаменту производить анкерными болтами d=20 мм. сталь 09Г2С по ГОСТ 19281-73* 12. - не грунтовать.
Высокопрочный болт ø20