Проектирование рабочей балочной площадки

МК ПЗ.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Архитектурно-строительный факультет
Кафедра строительных конструкций
По дисциплине «Металлические конструкции»
Проектирование рабочей балочной площадки
ОГУ 08.03.01.2019.011 ПЗ
Студентка группы 16Стр(ба)-ЭУН
Исходные данные для проектирования
Выбор варианта компоновки балочной площадки
1 Балочная площадка нормального типа
2 Балочная площадка усложненного типа
3 Расчет балки настила первого варианта компоновки
4 Расчет балки настила второго варианта компоновки
5 Расчет второстепенной балки
6 Определение расхода материала на оба варианта компоновки
Расчет главной балки
1 Сбор нагрузок на главную балку и определение внутренних усилий
2 Компоновка поперечного сечения балки
3 Проверка прочности принятого сечения балки по нормальным сечениям
4сечения главной балки по длине
5 Расстановка ребер жесткости
6 Расчет поясных соединений главной балки
7 Конструирование и расчет укрупнительного стыка главной балки на высокопрочных болтах
8 Расчет и конструирование опорного узла главной балки
9 Расчет узла сопряжения второстепенной балки с главной
10 Определение размеров поперечных ребер жесткости
Расчет центрально сжатой колонны
1 Подбор сечения и проверка устойчивости стрежня колонны
2 Конструирование и расчет оголовка
3 Конструирование и расчет базы с фрезерованным концом
Список используемых источников
Шаг колонн в продольном направлении L м - 195
Шаг колонн в поперечном направлении l м – 55
Строительная высота перекрытия Hпер м – 20
Полезная временная распределенная нагрузка pн кНм2 - 24
Район строительства – Калининград
Рисунок 1 – Сечение колонны
Рисунок 2 – Расстановка колонн и выбор балочной площадки
Рисунок 3 – Балочная площадка нормального типа
Для нагрузки pн=24 кнм2 предельное отношение .
Шаг балок настила (a1) определяется по графикам С.Д.Лейтеса в зависимости от прогиба настила не превышающего пролета.
Задаемся толщиной стального листа настила в зависимости от pн:
Максимальный шаг балок настила будет равен:
Определяем количество балок настила:
Окончательно принимаем шаг балок настила равным:
Рисунок 4 – Балочная площадка усложненного типа
Аналогично балочной площадки нормального типа находим:
Рисунок 5 – Расчетная схема балки настила
Нормативная нагрузка на балку равна:
Расчетная нагрузка на балку равна:
Из таблицы 50 принимается сталь для третьей группы конструкций класса С390 из таблицы 51 находится Ry = 24 кНсм2 (фасонный прокат).
Из условия прочности по нормальному напряжению требуемый момент сопротивления сечения балки равен:
По требуемому моменту сопротивления из сортамента ГОСТ 8329-89 выбирается двутавр №30:
Проверим правильность подобранного сечения по касательному напряжению:
Проверка жесткости принятого сечения.
Максимальный прогиб в середине пролета:
Проверка условия жесткости выполняется.
Рисунок 6 – Расчетная схема балки настила
По требуемому моменту сопротивления из сортамента ГОСТ 8329-89 выбираю двутавр №22:
Проверка условия жесткости выполняется. Принятое сечение балки настила удовлетворяет требованиям по прочности и жесткости.
5 Расчет второстепенной балки
Рисунок 7 – Расчетная схема вспомогательной балки
По требуемому моменту сопротивления из сортамента ГОСТ 8329-89 выбираю двутавр №70Б1: Wx=3645 см3 b=260 мм Jx= 125930 см4 Sx=2095 см3 s=12 мм масса =1293 кг.
Принятое сечение балки настила удовлетворяет требованиям по прочности и жесткости.
6 Определение расхода материала на оба варианта компоновки балочной площадки
По расходу металла первый вариант компоновки выгоднее.
Рисунок 8 – Расчетная схема главной балки
Подбор сечения главной балки
Сечение главной балки принимаю составным в виде сварного двутавра из двух листов. Из таблицы 50 принимаю сталь класса С255 ГОСТ 27772-88 из таблицы 51 находим Ry=24 кНсм2.
Требуемый момент сопротивления сечения балки равен:
2 Компоновка поперечного сечения главной балки
Рисунок 9 – Поперечное сечение балки
Определение высоты главной балки исходя и следующих условий:
Подбираем высоту листа.
Так как > то принимаем боковой способ сопряжения балок. Тогда окончательно высота сечения главной балки определится по формуле:
Окончательно размер листов принимаем 2000 мм.
Окончательно высоту стенки hw принимаем с учетом отстрожки боковых промок лиса по 5 мм с каждой стороны:
Предварительная толщина полки tf0 = 20 мм
Определим толщину стенки из условия прочности работы на срез:
Из условия отсутствия продольных ребер жесткости:
Принимаем толщину tw=14 мм.
Требуемый момент инерции:
Требуемая площадь полки:
Из условия обеспечения устойчивости положения и удобства выполнения поясных швов:
Принимаем длину полки
Окончательно принимает толщину полки =20 мм.
Проверка местной устойчивости поясов балки.
Местная устойчивость полки обеспечена в случае свободного свеса при выполнении условий:
Условие выполняется.
Определяем фактические геометрические сечения:
Выполним проверку местной устойчивости стенки в области развития пластических деформаций (в середине пролета):
Условная гибкость стенки:
Условие выполняется.
Рисунок 10 – Принятое сечение главной балки
3 Проверка прочности принятого сечения балки по нормальным напряжениям
С – принимается исходя из по таблице 66. Принимаем с=112
Определение коэффициента недонапряжения конструкции:
- не должно превышать 10%
4 Изменение сечения главной балки по длине
Сечение балки меняем за счет уменьшения ширины пояса. Соединение листов пояса между собой выполняем с помощью полуавтоматической сварки стыковым швом.
Рисунок 11 – Сечение главной балки по длине
bf1 ; принимаем bf1 = м.
Придельный изгибающий момент который может быть воспринят уменьшенным сечением балки будет равен:
Rwy – расчетное сопротивление стыкового сварного шва растяжению. Физический контроль сварного шва отсутствует.
Rwy = 085 Ry = 085 204 кНсм2;
Mu = 170194 204 = 34719576 кН
Изгибающий момент в произвольном сечении на расстоянии “x” от опоры:
Приравниваем Mx = Mu .
Принимаем х1 x2 кратно 10. Окончательно принимаем х1= 250 см и х2 = 1700 см.
Проверка: . Проверка выполняется.
В области развития пластических деформаций (в середине пролета) ребра жесткости ставятся под каждой балкой. Вне этой области шаг ребер жесткости должен быть равен:
ар.ж. ≤ 2 hw = 2 199 = 38 м.
Определим область развития пластических деформаций:
l1 = L = 1950 = 832 м.
Рисунок 12 – Схема расстановки ребер жесткости
6 Расчёт поясных соединений главной балки
Соединение полок балок со стенкой выполняется с помощью двухсторонних угловых сварных швов автоматической сваркой в положении «в лодочку».
Сварочную проволоку выбираем по таблице * 55 1. Марка сварной проволоки СВ – 08А . Сварка под флюсом марки АН – 348 – А.
Расчетное сопротивление металла сварного шва определяем по таблице 26 СП «Стальные конструкции»:
Расчетное сопротивление шва по металлу границы сплавления:
Run – нормативное сопротивление стали определяемое по таблице 51 СП «Стальные конструкции».
Минимальный катет сварного шва назначаем по таблице 38 СП «Стальные конструкции»:
Коэффициенты провара сварного шва определяются по таблице 34 СП «Стальные конструкции»:
Коэффициенты условия работы определяются по пункту 11.2 СП «Стальные конструкции»:
Rwf f γwf = 1811 1 = 198
Rwz z γwz = 1665 115 1 = 191
К дальнейшей разработке принимаем сечение по металлу границы плавления (меньшее).
Проверка прочности угловых сварных швов
где Т – сдвигающее усилие на единицу длины шва.
где Sf1 – статический момент для уменьшенного сечения
Sf1 = bf1 tf = 27 2 = 5 427 см3;
где lef – ширина полки балки настила.
5≤1665 – условие выполняется.
7 Конструирование и расчёт укрупнительного стыка главной балки на высокопрочных болтах
Стык размещаем по середине главной балки. Расстояние от левой опоры до места стыка:
Х4 = 05 L = 05 195 = 975 м = 975 см.
Определяем расчетные усилия в стыке:
Мх4 = Мmax = 801 850 кН см.
Первоначально принимаем болты из стали марки 40Х «селект» диаметром 20 мм по таблице 61 и 61 СП «Стальные конструкции» находим:
Способ обработки поверхностей в стыке – дробеструйный метод с консервацией. По таблице 36 СП «Стальные конструкции» находим = 05.
Расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта определяется по формуле 3 СП «Стальные конструкции»:
Rbh = 07 Rbun = 07 110 = 77 кНсм2.
Изгибающий момент воспринимаемый стенкой балки:
Mw = Mx4 = 801850 = 215 185 кН см
Jw = = = 800 217 см4
Изгибающий момент воспринимаемый поясом:
Mf = Mx4 – Mw = 801 850 – 215 185= 586 665 кНсм.
Продольные усилия возникающие в полках балки от действия изгибающего момента:
Расчетное усилие которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов стянутых одним высокопрочным болтом определяем по формуле 131 СП «Стальные конструкции» принимая γb = 1 при n ≥ 10 :
Количество высокопрочных болтов определяется по формуле 132 СП «Стальные конструкции»:
Принимаем 16 болтов диаметром 20 мм а отверстие диаметром 23 мм.
Рисунок 13 – Монтажный стык поясов главной балки на высокопрочных болтах
Определяем размеры накладок:
Рисунок 14 – Сечение главной балки по стыку
Стыковку пояса балки осуществляем одной верхней накладкой и двумя нижними полунакладками.
Ширина верхней накладки равна 540 мм.
Ширина нижней накладки равна:
b1 = ( bf – tw - 2 Δ1 ) 05 = (540 – 14 –20) 05 = 253 мм = 250 мм
где Δ1 = 10 ÷ 15 мм.
Толщину накладок определяем из условия равнопрочности поперечного сечения накладок к поперечному сечению поясов.
t1 = = = 1032 мм принимаем t1 = 12 мм =12 см.
Проверяем ослабление сечения накладок четырьмя отверстиями в середине стыка в соответствии с пунктом 11.14 СП «Стальные конструкции»:
An1 = t1 ( bf + 4 b1) – 4 dотв. 2 t1 = 12 ( 54 + 4 25) – 4 23 12 2 = 10344 см2;
Af = bf tf = 54 20 = 108 см2;
Условие выполняется изменять толщину накладок не нужно.
Проверка ослабления отверстий крайнего ряда:
Afn = Af – 4 dотв. tf = 108 – 4 23 20 = 896 см2 ;
Условие не выполняется добавляем два болта.
Afn = Af – 2 dотв. tf = 108 – 2 23 20 =988 см2 ;
Рисунок 15 – Монтажный стык поясов главной балки на высокопрочных болтах с добавлением двух болтов
Проектируем стык стенки:
Рисунок 16 – Монтажный стык стенок главной балки на высокопрочных болтах
Назначаем расстояние между наиболее удаленными болтами в стыке:
ymax = hw - 2 t1 – 2 Δ2 - 2 40 = 1900 – 2 12 – 80 – 60 = 1736 мм
Задаемся предварительно шагом горизонтальных рядов 70 мм. С каждой стороны накладки болты размещаем два вертикальных ряда.
Nрядов = = 248 окончательно принимаем nрядов = 25 шт;
y*max = c nрядов = 7 25 = 175 см.
Максимальное усилие возникающее в наиболее нагруженном болте крайнего ряда равно:
= (a)2 + (3a)2 + (5a)2 + (7a)2 + (9a)2 + (11a)2 + (13a)2 + (15a)2 + (17a)2 + (19a)2+ (21a)2 + (23a)2 + (25a)2= 14332 500 мм2 где а – шаг между рядами;
Nmax = 2 152 = 1314 кН.
Qbh = 2 92475 = 18495 кН
14 кН ≤ 18495 кН условие выполняется.
Окончательно принимаем:
Ширину b2=50+60+50+10+50+60+50=330мм;
Толщину t2=05 принимаем толщину = 8мм.
8 Расчёт и конструирование опорного узла главной балки
Передача давления от балок к колонне осуществляется через торцевую диафрагму.
Рисунок 17 - Опорный узел главной балки и условная опорная стойка
Ширину опорной диафрагмы принимаем равной ширине измененной полки на опоре то есть:
bd = bf1 = 270 мм = 27 см.
Толщина диафрагмы определяется из условия работы на смятие ее торца согласно пункту 7.12 СП «Стальные конструкции»:
Rp - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности определяется по таблице 52 СП «Стальные конструкции»:
Rp = 336 Мпа = 336 кНм2 ;
Принимаем td = 181 см = 20 мм.
Проверка устойчивости условной опорной стойки главной балки от действия опорной реакции:
As = bd td + s tw = 27 20+ 267 14 = 9138 см2
Полоса стенки включаемая в работу определяется в соответствии с пунктом 7.13 СП «Стальные конструкции»:
s = 065 tw = 065 14 = 2666 см.
Устойчивость условной опорной стойки проверяется по формуле:
Коэффициент продольного изгиба находится по таблице 72 СП «Стальные конструкции»:
= = 1956 кНсм2 ≤ Rp γc = 24 кНсм2
Устойчивость опорной части обеспечена.
Проверка прочности угловых сварных швов прикрепляющих торцевую диафрагму к стенки балки на срез от действия опорной реакции первоначально принимая минимальный катет сварного шва.
Выбираем сварочные материалы для шва между опорными ребрами и стенкой главной балки. Сварка полуавтоматическая. Положение шва при сварке - вертикальное. Марка сварной проволоки Св-08А. Предварительно принимаем катет сварного шва kf = 6мм.
Проверка прочности угловых сварных швов:
где определяется по формуле:
Условие не выполняется увеличим значение катета сварного шва kf = 7 мм.
Проверка прочности угловых сварных швов обеспечена.
9 Расчёт узла сопряжения второстепенной балки с главной
Рисунок 18 – Узел сопряжения второстепенной балки с главной
Сопряжение балок боковое. Конструкцию узла принимаем для сопряжения балок в одном уровне.
Определим ширину накладки:
Принимаем ширину накладки l0 = 600 мм.
Проверим прочность угловых сварных швов с помощью которых накладка приваривается к поперечным ребрам жесткости балки настила:
Сварка ручная вертикальная.
Для назначения kf (катета сварного шва) определим предварительно толщину накладки из условия работы на срез:
где – расчетное сопротивление стали сдвигу
Толщина накладки будет равна:
Принимаем толщину накладки t1=8 мм.
Катет сварного шва определим по таблице 34 [1] ()
Выполним проверку сварных швов:
- по металлу границы сплавления:
Прочность угловых сварных швов обеспечена.
10 Определение размеров поперечных ребер жесткости
Минимальная ширина выступающей части bh из условия обеспечения устойчивости не подрезанной его части определяется по формуле:
Принимаем ширину выступающей части bh = 110 мм
Рисунок 19 – Поперечное ребро жесткости балки
Рисунок 20 - Сечение 1-1
Толщина ребра ts определяется по формуле:
Окончательно толщину ребра принимаем
Расчет центрально-сжатой колонны
1 Подбор сечения и проверка устойчивости стержня колонны
Центрально-сжатую колонну проектируем сплошного сечения в виде сварного двутавра из 3-х листов широкополосной стали.
Материал колонны: сталь марки С245 (Ry=24 кНсм2)
N = 2 Qmax = 2 = 32896 кН.
Конструктивная (геометрическая) длина колонны l0 определяется по формуле исходя из того что опирание элементов боковое:
Рисунок 21 – Принятое сечение колонны
Задаемся начальной гибкостью λ0 = 60 φ0 = 0805 определяемый по таблице 72 СП «Стальные конструкции».
Требуемая площадь сечения:
Рисунок 22– Сечение колонны
Зададимся первоначальной высотой сечения:
где – радиус инерции сечения который определяется по формуле:
Принимаем высоту листа: hw = bf = 27 см tw = 05 tf.
Тогда площадь стенки:
Принимаем толщину стенки.
Принимаем толщину полки.
Определение фактических геометрических характеристик сечения
Момент инерции относительно оси x (Jx):
Фактический радиус инерции определяется по формуле:
Фактическая гибкость определяется по формуле:
Момент инерции относительно оси y (Jy):
Определим условную гибкость полки:
где принимается наибольшему значению из или.
Выполним проверку местной устойчивости сжатых полок:
где – свободный свес полки определяется по формуле:
Местная устойчивость полок обеспечена.
Выполним проверка местной устойчивости стенки:
Условная гибкость стенки определяется по формуле:
Местная устойчивость стенок обеспечивается.
Выполним проверку общей устойчивости:
где φ – коэффициент сжатого продольного изгиба определяемый по таблице 72 СП «Стальные конструкции» принимаем =0379
Общая устойчивость не обеспечивается.
Принимаем высоту листа: hw = bf = 33 см tw = 14 см =25 см.
Фактический радиус инерции:
Фактическая гибкость:
где φ – коэффициент сжатого продольного изгиба определяемый по таблице 72 СП «Стальные конструкции» принимаем =0666
Общая устойчивость обеспечена.
2 Конструирование и расчет оголовка колонны
Конструкцию оголовка колонны разрабатываем для опирания главной балки на колонну сверху на торцевую диафрагму.
Рисунок 23 – Накладки привариваемые к стенке двутавра
Для восприятия опорной реакции главных балок и передачи ее на элементы колонны в оголовке предусматриваются дополнительные детали: накладки привариваемые к стенке двутавра.
Толщину наклади t1 определим из условия работы на смятие стенки колонны:
где – расчетная длина накладки определяемая по формуле:
где - толщина плиты назначим толщину плиты tpl = 30 мм.
Примем для накладки сталь марки С245 (Run = 24 кНсм2 Rp=336 кНсм2) тогда толщина накладки:
Принимаем толщину накладки
Прочность сечения оголовка колонны на смятие:
Прочность оголовка колонны на смятие обеспечена.
Рисунок 24 – Определение длины накладки
Определим длину накладки l1 из условия прочности сварных швов:
где kf – катет сварного шва примем kf = 8 мм = 08 см;
z f – коэффициент проплавления сварного шва определяемый по таблице 56 СП «Стальные конструкции» z = 09 f = 105;
Rwf – расчетное сопротивление условному срезу по металлу шва по таблице 56 СП «Стальные конструкции»: Rwf = 18 кНсм2;
Rwz – расчетное сопротивление условному срезу по металлу границысплавления: Rwz = 045 Run = 045 47 = 2115 кНсм2;
γwf γwz – коэффициенты условий работы шва: γwf = 1 γwz = 1;
N1 – усилие приходящееся на одну накладку:
Для выбора расчетного сечения сварного шва сравним произведения:
Расчет выполняем по сечению металла шва:
Длина накладки должна удовлетворять условиям:
Принимаем окончательно длину накладки =24 см = 240 мм
Прочность сварных швов обеспечена.
Проверка прочности горизонтальных сварных швов прикрепляющих плиту колонны к торцу оголовка выполняется по формуле:
где – длина сварного шва по периметру сечения оголовка:
Выполним проверку горизонтальных швов:
Прочность горизонтальных сварных швов обеспечена.
3 Конструирование и расчет базы с фрезерованным торцом
Материал базы колонны – сталь марки С245.
Размеры плиты в плане назначаются из условия работы на смятие бетона фундамента. Принимаем класс бетона фундамента В125.
Максимальное продольное усилие действующее под плитой базы равно:
Размеры опорной плиты определяются из условия исключения смятия бетона от плиты:
где – площадь плиты;
– расчетное сопротивление бетона сжатию.
Расчетное сопротивление бетона сжатию:
Рисунок 25 – Вид колонны
Требуемая площадь плиты определяется по формуле:
Минимальная консоль 40 мм.
Окончательно принимаем = 610 см
Толщину опорной плиты базы определяют из условия прочности по нормальным напряжениям при работе на изгиб консольных участков плиты.
Максимальный изгибающий момент консоли плиты равен:
где Атр1(2) – площадь трапеции;
а1(2) – расстояние от грани колонны до центра тяжести;
– фактическое давление под опорной плитой базы.
Расстояние от грани колонны до центра тяжести:
Фактическое давление под опорной плитой базы:
Максимальный изгибающий момент консоли плиты:
Требуемая толщина плиты:
Окончательно принимаем толщину плиты
Проверка прочности угловых сварных швов присоединяющих торец колонны к верхней грани опорной плиты выполняется в предположении восприятия сварными швами 15% максимального продольного усилия в колонне:
где – катет сварного шва = 8мм
– сумма сварных швов колонны.
Список использованных источников
Металлические конструкции. Общий курс:под общ.ред. Е.И.Беленя – М.: Стройиздат 1986. - 560 с.
СНиП II-23-81*.Стальные конструкции Госстрой России. – М.:ГУП ЦПП 2003. - 90 с.
СП 16.13.330. Общие правила проектирования стальных конструкций Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации 2017.-120 с.
Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы конструкций под ред. В.В. Горева. – М.:Высш.шк. 2001. – 551 с.

МК.dwg

ГОУ ОГУ АСФ 290300. 1.1 04. 01003 АС
Кафедра архитектуры и дизайна
Ведомость расхода стали
Конструктивная схема монолитного перекрытия
Спецификация арматуры
Напрягаемая арматура класса
Защитный слой - 35 мм
Конструктивная схема
Все необозна- ченные поз. П1
Центрирующая прокладка
Балочное перекрытие рабочей площадки
Кафедра строительных конструкций
Схема расположения элементов
ОГУ АСФ 08.03.01.2019.011
Ведомость монтажных элементов
Спецификация металла
Примечания: 1. Катеты поясных сварных швов 7 мм; 2. Катет сварного шва
прикрепляющего планки к к ветвям колонны
равен 7 мм; 3. Катет сварного шва
крепяшего опорное ребро к стенке главной балки
равен 6 мм; 4. Все остальные катеты сварных швов - 7 мм 5. Способ обработки поверхностей укрупнительного стыка - газопламенный 6. Укрупнительный стык на высокопрочных болтах 40Х "селект" 7. Поясные сварные швы варить с выводом на планки
ОГУ АСФ 08.03.01.2019.011
ведомость монтажных элементов
Примечание: Отверстия под болты d=23 мм