Балочная площадка промышленного здания

МОЕ.dwg

Металлические конструкции
промышленного здания
План средней ячейки балочной
План средней ячейки балочной площадки
Спецификация металла на одну
штуку каждой единицы
Вспомогательная балка
Таблица монтажных элементов
кроме оговоренных. 2. Все болты М20
кроме оговоренных. 3. Все катеты сварных швов kf=6мм
кроме оговоренных. 4. Крепление опорного ребра к стенке балки с kf=5мм. 5. Крепление опорног столика к колонне с kf=9мм. 6. Крепление траверс к колонне с kf=7мм. 7. Все сварные швы выполнять полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа
в случае перехода на ручную производить электродами типа Э42 по ГОСТ 9457-75 8. Защита от коррозии: огрунтовка

пояснительная записка.docx

Министерство образования и науки РФ
Саратовский государственный технический университет
Кафедра: Промышленное и гражданское строительство
Пояснительная записка
к курсовой работе по металлическим конструкциям
«Балочная площадка промышленного здания»
Принял: Снарский С.В.
Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки.
Конструктивная схема балочной клетки.
1. Определение толщины листа настила.
2. Определение растягивающего усилия.
3. Расчет толщины углового шва.
Расчёт балок настила.
1. Определение погонной нагрузки.
2. Определение максимального изгибающего момента.
3. Определение требуемого момента сопротивления.
4. Проверка прочности.
5. Проверка жесткости.
Расчет вспомогательной балки.
2. Определение максимального изгибающего момента и перерезывающего усилия.
5. Проверка касательных напряжений.
6. Проверка жесткости.
7. Проверка на прочность от местного давления.
8. Проверка общей устойчивости.
Проектирование и расчет главной балки.
1. Подбор сечения главной балки.
2. Поверка и обеспечение местной устойчивости элементов сечения главной балки.
2.1. Проверка устойчивости стенки балки.
3. Расчет поясных сварных швов.
4. Расчет болтового соединения вспомогательных балок с главной балкой.
Проектирование колонны сплошного сечения.
1. Расчет базы колонны.
2. Расчет оголовка колонны.
Список используемой литературы.
В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.
В состав площадки включены следующие конструкции: стальной настил балки настила и вспомогательные балки из прокатных двутавров главные балки составного двутаврового сечения стальные колонны сплошного сечения.
Расчет элементов металлических конструкций производится по методу предельных состояний с использованием международной системы единиц СИ. Расчет конструкций произведено с необходимой точностью и в соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».
Выполнение расчётно-графической работы производится по заданным исходным данным.
Шаг колон: l= 8.0 м.
Высота этажа: H= 6 м.
Нормативная полезная нагрузка: q = 34кПа.
Нагрузка от пола: q2 = 1кПа
Укрупнительные стыки балок: вп б
Изменения по длине: нет
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЁТУ КОНСТРУКЦИЙ
Цель расчёта – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность и устойчивость при минимальном расходе материала и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж. Расчёт проводится с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной задачей этих методов является определение внутренних усилий которые возникают в конструкциях под воздействием приложенных нагрузок.
Расчёт начинают с составления расчётных схем сооружения в целом и его отдельных элементов. Составлению расчётных схем должна предшествовать работа по компоновке отдельных конструкций с предварительной эскизной проработкой чертежей элементов и их сопряжений.
Определив по принятой расчётной схеме усилия в конструкции или её элементах (статический расчет) производят подбор их сечений (конструктивный расчёт) проверяют несущую способность и жесткость конструкций. Если хотя бы одна из проверок не удовлетворяется уточняют размеры сечений.
КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ
Балочная клетка состоит из следующих элементов: стального настила (Н) укладываемого по балкам настила (БН) вспомогательных балок (ВБ) и главных балок (ГБ) располагаемых обычно параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом балки настила воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола. Вспомогательные балки передают всю нагрузку от балок настила на главные балки а главные балки – на колонны или стены.
Схема стальной балочной клетки:
Выбираем по СНиП II-23-81* сталь под стальной настил (табл.50) группа №3 С235 ГОСТ 27772-88 t=2-20 мм
Расчетная схема настила:
- настил 2 - балка настила 3 - сварные швы
Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила см. раб. чертёж). При нагрузках не превышающих 50 кНм² и относительном прогибе меньше предельного принимаемого для всех настилов равным [fl]=1150 прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена и его надо рассчитывать только на жесткость прогиб).
1.Определение толщины листа настила.
При табличном методе подбора толщины стального настила при шаге балок настила 09 – 11 м и нагрузке 25 – 30 кПа толщина листа должна быть не менее 10 мм.
Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила lн = 1000 мм.
qн – нормативная нагрузка на настил:
qн = q 1 + q2 = 34 кПа + 1кПа = 35 кПа;
- модуль упругости стали Е = 211011 Па;
- коэффициент Пуассона для стали = 03:
По сортаменту принимаем tн=14 мм.
Сталь прокатная толстолистовая ГОСТ 19903-74 ширина листа 1000 мм и длина 7000 мм.
2.Определение растягивающего усилия.
Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.
Определим растягивающее усилие Н действующее на 1 погонный метр длины шва:
где γf - коэффициент надежности по нагрузке γf =105):
3.Расчет толщины углового шва прикрепляющего настил к балкам настила.
Расчет по металлу шва:
-коэффициент глубины провара шва f = 09 (табл. 34* СНиП II-23-81*);
-коэффициент условия работы шва wf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*);
-коэффициент условия работы конструкции с= 1 (по табл.6* СНиП II-23-81* ).
В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* для стали С235 принимаем ручные электроды типа Э46 или полуавтомат с проволокой СВ08Г2С.
Расчетное сопротивление металла шва R wf = 215 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*):
Расчет по металлу границы сплавления:
-коэффициент глубины провара шва z = 105 табл.34 СНиП II-23-81*);
-расчетное сопротивление углового шва Rwz= 06Ry
- расчетное сопротивление по пределу текучести для стали С235
Rу = 23 кНсм2 = 230 мПа
Rwz=162 МПа=162кН см2;
- коэффициент условия работы шва wz=1по п.11.2 СНиП II-23-81*):
По расчету получаем катет шва 21мм а по СНиП II-23-81 минимальный катет шва 4мм.
Принимаем ручную сварку с электродами Э50 Э50А марка проволоки СВ-08Г2С.
РАСЧЕТ БАЛОК НАСТИЛА
Расчетная схема балок настила
Принимаем сталь С245 ГОСТ 27772-88
1.Определение погонной нагрузки на балку настила:
q = lн (1q1 + 2q2 + настqнаст)
- коэффициент надежности для полезной нагрузки 1 = 105;
- коэффициент надежности для нагрузки от пола 2 = 13;
- коэффициент надежности для стального настила наст = 105;
q наст = tн98 Нкг где стали = 78 тм3 = 78103 кгм3
q наст = 78103 кгм3 1410-2 м 98 Нкг = 10702 Нм2 = 1070 кПа
q = 1 м (10534кПа + 131кПа +1051070кПа) = 3607кПа
2.Определение максимального изгибающего момента от расчетной нагрузки:
3.Определение требуемого момента сопротивления балки настила с учетом развития пластических деформаций при предварительно принятом коэффициенте с1 = 11:
По сортаменту проката подбираем ближайший больший номер двутаврового профиля: 23Б1 ТУ 14-2-24-72 с параметрами:
h = 2273 мм b = 110 мм d = 54 мм t = 79 мм;
фактический момент сопротивления Wx = 234 см3
момент инерции сечения балки Iх = 2660 см4.
4.Проверка прочности.
Определяем фактическое напряжение в балке:
Rу с = 23 кНсм2 11 = 253 кНсм2
47253- условие прочности выполняется.
Уточняем коэффициент сф = с1 по таблице 66 СНиП II-23-81*:
С помощью интерполяции вычисляем значение сф = 1099 и уточняем фактическое напряжение:
49 кНсм2 253 кНсм2 - условие прочности выполняется.
5.Проверка жесткости.
Определяем относительный прогиб балки и сравниваем его с предельно допустимым значением:
- нормативная погонная нагрузка qн= q1 + q2 + qнаст
qн = 34 кПа + 1 кПа + 1070 кПа = 3607 кПа
Так как сжатые пояса балок закреплены в горизонтальной плоскости сплошным настилом то проверка их общей устойчивости не требуется.
Принимаем двутавр 23Б1.
РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ БАЛКИ
Нагрузка с балок передаётся на вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. Величина сосредоточенной силы равна сумме опорных реакций двух балок настила. При частом расположении балок настила 4 и более) с целью упрощения расчета вспомогательных балок сосредоточенные силы заменяются эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой.
Для вспомогательных балок применяют прокатные двутавры. Таким образом определение расчетных усилий подбор сечения проверка прочности и проверка жесткости вспомогательной балки производятся так же как и для балки настила.
Рис.8 Расчетная схема вспомогательной балки.
1.Определение расчетной погонной нагрузки на вспомогательную балку:
qp = q123расч. + qбн расч.
- расчетная нагрузка от собственного веса настила
q123расч. =lбн(1q1+2q2+3q3наст))
q123расч. =32м(10534кПа+131кПа+1051070 кПа) = 1212 кНм;
- расчетная нагрузка от собственного веса балок настила
qp = 1212 кНм + 0864 кНм=12206 кНм.
2.Определение максимального изгибающего момента и перерезывающего усилия на опоре от расчетной нагрузки:
3.Определение требуемого момента сопротивления вспомогательной балки настила с учетом развития пластических деформаций при предварительно принятом коэффициенте с1 = 11:
По сортаменту проката подбираем ближайший больший номер двутаврового профиля: 70Б1 ТУ 14-2-24-72 с параметрами:
h = 6936 мм b = 260 мм d = 115 мм t = 155 мм;
фактический момент сопротивления Wф = 3630 см3
момент инерции сечения балки Iх = 146000 см4.
Rус = 23 кНсм2 109 = 2507 кНсм2
68 кНсм2 2507 кНсм2 - условие прочности выполняется.
С помощью интерполяции вычисляем значение сф = 1123 и уточняем фактическое напряжение:
95 кНсм2 253 кНсм2 - условие прочности выполняется.
5.Проверка касательных напряжений:
- сопротивление сдвигу RS=139 кНсм2
кНсм2 153 кНсм2 - условие выполняется.
6.Проверка жесткости.
- нормативная расчетная нагрузка:
qрн= qр – 005qр=12206кНм - 00512206 кНм = 11596 кНм;
- жесткость вспомогательной балки обеспечена.
7.Проверка на прочность от местного давления.
При приложении сосредоточенной нагрузки через полку вспомогательной балки в месте не укрепленном поперечным ребром стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле:
где F=9408 - расчетная сосредоточенная нагрузка;
d=115 cм – толщина стенки вспомогательной балки;
lef=b+2tef =b+2(t+r)=26 см+2·(155см+15см)=321см – условная длина распределения нагрузки где tef =t+r =155см+15см=305см – расстояние от нагруженной грани полки до начала внутреннего закругления стенки.
Ryγc=23·11=253 кНсм2;
18 Нсм2 253 Нсм2 - условие выполнено стенка балки обладает прочностью от местного давления.
8.Проверка общей устойчивости балки.
lef = 1м – расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений.
- условие общей устойчивости выполняется расчет не требуется.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
Главная балка рассчитывается как однопролетная разрезная балка нагруженная сосредоточенными силами. Величина сосредоточенной силы определяется как произведение полной нагрузки на 1м2 перекрытия на площадь равную произведению шага второстепенных балок b на расстояние между главными балками l.
Главная балка проектируется составного сечения причём как правило сварного. Наилучшим типом сварной балки является балка двутаврового сечения состоящая из трёх листов: стенки и двух поясов. При подборе сечения в первую очередь необходимо установить основной размер – высоту балки от которой зависят все остальные размеры сечения.
1.Компоновка и подбор сечения.
Рис. 14 Расчетная схема главной балки.
1.1.Определение расчетной погонной нагрузки на главную балку с учетом собственного веса 2%:
- нагрузка от собственного веса балок настила:
qбн = qбн расч b = 864 Нм : 1м = 864 Па;
- нагрузка от собственного веса вспомогательных балок:
qвб = qвб расч a = (10548м30кгм98Нкг) : 17м ): 32м = 18158 Па;
- расчетная погонная нагрузка на главную балку:
Сосредоточенная сила: F = qp
Реакции опор: RA=RB=2F=2034 кН.
1.2.Расчет максимального изгибающего момента и поперечной силы:
1.3.Найдём требуемый момент инерции по формуле:
1.4.Определение высоты балки.
Определим минимально допустимую высоту балки из условий жесткости:
Определим оптимальную высоту балки соответствующую наименьшему расходу стали:
- вычисляется по эмпирической формуле:
Учитывая рекомендуемые соотношения hбtw и исходя из условия 13320022373 а также согласуя с размерами прокатной листовой стали принимаем hб=200 см.
1.5.Из условия среза определяем минимальную толщину стенки без учёта работы поясов:
Т.к. 20 мм > 8 мм принимаем толщину стенки 20 мм.
Чтобы обеспечить местную устойчивость стенки без укрепления продольными рёбрами жёсткости необходимо чтобы т.е. должно выполняться условие:
мм > 14мм - не требуется укрепление стенки дополнительными продольными ребрами для обеспечения ее местной устойчивости.
По сортаменту назначаем листовой прокат:
- для стенки – сталь толстолистовая ГОСТ 19903-74: 20 мм х 2000 мм.
1.6.Подбор сечения поясов балки.
Размеры поясов находятся из необходимой несущей способности балки для этого вычисляется требуемый момент инерции сечения:
Момент инерции стенки:
Требуемый момент инерции поясных листов:
If тр =4101800– 3921062=37096938 см4;
Требуемая площадь сечения одного пояса:
bf = Af tf = 193134=483 см.
Для обеспечения устойчивости сжатого пояса балки необходимо выполнение условия:
bef=(bf - tw)2 = (483 – 2)2=2315 см – ширина свеса полки;
8 1511 - устойчивость сжатого пояса обеспечена.
- для полок – сталь универсальная ГОСТ 82-70: 40 мм х 530 мм.
2.Проверка прочности главной балки.
Для проверки прочности составной балки определяются геометрические характеристики сечения – момент инерции момент сопротивления статический момент полусечения:
Наибольшее нормальное напряжение должно удовлетворять условиям:
Наибольшие касательные напряжения вычисляются по формуле Журавского:
RS с = 133411=14674 МПа
Проектное сечение главной балки удовлетворяет условиям прочности.
3.Проверка жесткости и общей устойчивости главной балки.
Проверка жесткости балки не производится так как она обеспечивается принятой высотой сечения.
Проверка общей устойчивости главной балки осуществляется так же как и вспомогательной балки:
lef = 32м – расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений.
4.Изменения по длине главной балки.
С целью экономии сечение главных балок пролетом более 10 м рекомендуется уменьшать. Однако изменение сечения дающее экономию материала увеличивают трудоемкость изготовления.
Наибольший эффект дает изменение сечения на расстоянии 16 пролета от опоры. Изменить сечение балки можно изменив ее высоту или сечение поясов. Первый способ сложен и применяется редко. Часто применяется второй способ причем обычно меняют ширину пояса сохраняя постоянной отметку верха балки чтобы не усложнять опирание балок настила.
В данном варианте изменений сечения главной балки по длине заданием не предусмотрено.
5.Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов сечения главной балки.
Проверим устойчивость стенки и определим необходимость постановки ребер жесткости. Условная гибкость стенки определяется по формуле:
8 > 32 – необходимо укрепление стенки ребрами жесткости.
Установим ребра жесткости с шагом не более 2hw = 2133см = 266 см.
Выполняем постановку рёбер жёсткости в местах передачи нагрузки от вспомогательной балки на главную на опорах а также между балками ввиду редкой расстановки вспомогательных балок.
Принимаем bh = 90 мм.
Принимаем tS = 6 мм.
Балку разбиваем на двенадцать отсеков сделаем проверку на устойчивость стенки в шести слева от оси симметрии балки.
Рис. 18 Схема разделения балки на отсеки
Устойчивость стенок балок симметричного сечения укрепленных поперечными ребрами жесткости при отсутствии местного напряжения проверяется по формуле
Так как высота отсеков превосходит его длину то Мср=(Мл+Мп)2.
Выражения для вычисления нормальных и касательных напряжений в этом случае имеют следующий вид:
Критические напряжения вычисляются по формулам:
- отношение большей стороны отсека к меньшей;
Сcr – для сварных балок принимается по таблице 21 СНиП «МК» в зависимости от значения коэффициента :
Условная гибкость вычисляется по формуле
d – меньшая из сторон отсека.
Проверка устойчивости стенки в первом отсеке
Мл=0 Мп=103776кНм1067м:6401м=17298 кНм
Мср=172982=8649 кНм;
Нормальные и касательные напряжения:
Критические нормальные напряжения:
тогда по табл.21 СНиП II-23-81* =346;
Критические касательные напряжения:
Проверка устойчивости стенки:
Устойчивость стенок в первом отсеке обеспечена дополнительного поперечного ребра не требуется.
Проверка устойчивости стенки во втором отсеке
Мл=17298 кНм Мп=103776кНм2134м:6401м=34597 кНм
Мср=17298+345972=259475 кНм;
Устойчивость стенок во втором отсеке обеспечена дополнительного поперечного ребра не требуется.
Проверка устойчивости стенки в третьем отсеке
Мл=34597 кНм Мп=103776кНм3201м:6401м=518961 кНм
Мср=(34597+518961)2=432466 кНм;
Устойчивость стенок во третьем отсеке обеспечена дополнительного поперечного ребра не требуется.
Проверка устойчивости стенки в четвертом отсеке
Мл=518961 кНм Мп=103776кНм4801м:6401м=77836 кНм
Мср=(518961+77836)2=64866 кНм;
Устойчивость стенок в четвертом отсеке обеспечена дополнительного поперечного ребра не требуется.
Проверка устойчивости стенки в пятом отсеке
Мл=77836 кНм Мп=103776кНм6401м:6401м=103776 кНм
Мср=(77836+103776)2=90806 кНм;
Устойчивость стенок в пятом отсеке обеспечена дополнительного поперечного ребра не требуется.
Проверка устойчивости стенки в шестом отсеке
Мл=Мп= Мср=103776 кНм
Устойчивость стенок в шестом отсеке обеспечена дополнительного поперечного ребра не требуется.
6.Расчет соединения поясов балки со стенкой.
Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляется в сварных балках поясными швами. Поясные швы предотвращают сдвиг поясов относительно стенки балки что превращает все сечение в монолитно работающее.
Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины:
Для стали С235 по табл. 55* СНиП II-23-81* принимаем проволоку Св-08А.
Определим требуемую высоту катета Кf поясного шва "в лодочку".
1.1.Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва f =11 СНиП II-23-81* табл.34)
Коэффициент условия работы wf = 1 СНиП II-23-81* пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wf =180 МПаСНиП II-23-81* табл.56)
f wf R wf = 11 118= 198 кНсм2
1.2.Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва z =115 СНиП II-23-81* табл.34)
Коэффициент условия работы wz = 1 СНиП II-23-81* пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wz =045 R un = 045 410 = 2205 МПа
z wz R wz = 11522051 = 1845кНсм2
Сравнивания полученные величины находим
w R w)min = 1845 кНсм2
Высота катета поясного шва должна быть не менее
По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов tf = 25мм) по табл. 38 СНиП II-23-81* принимаем kf = 7 мм.
2.Расчет опорного ребра жесткости главной балки.
Сопряжение балки со стальной колонной осуществляется путем опирания сверху. Конец балки в месте опирания укрепляют опорными ребрами считая при этом что вся опорная реакция передается с балки на колонну через эти опорные ребра жесткости. Ребра жесткости прикрепляют к стенке балки сварными швами а торцы ребер плотно пригоняют к нижнему поясу балки.
Размеры опорных ребер определяются исходя из требуемой площади сечения ребра на смятие торцевой поверхности Ар по формуле:
Rp – расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;
Fр – опорная реакция.
Ширина опорного ребра за счет среза углов для пропуска поясных швов будет меньше на 10-15 мм нижнего пояса балки.
Кроме проверки на смятие торца опорного ребра и прикрепления его к стенке балки производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня включающего в площадь расчетного сечения А опорные ребра и часть стенки балки в каждую сторону шириной по. Расчетная длина этого условного стержня равна высоте стенки балки. Проверка производится по формуле:
F=1275 кН Rp=327 кНсм² примем bр=25 см
Из конструктивных соображений принимаем ребро 250х16 мм.
Уточним площадь сечения ребра: Ар=25·16=40 см2
Ширина участка стенки включенной в работу опорной стойки:
Aw=Aр+twbw=40+1см·1964см=5964 см2;
Радиус инерции сечения ребра ;
=0945СНиП II-23-81*табл.72)
Проверка опорного ребра на устойчивость:
63253 - условие устойчивости опорного ребра выполнено.
Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки сваркой электродами Э-46 табл. 55* СНиП II-23-81*). По табл. 56* СНиП II-23-81* принимаем Rwf=200 МПа=20 кНсм2 Rwz=045Run=045·360=162МПа=162 кНсм2 f=09
f Rwf=09·20=18 кНсм2;
z Rwz=105·162=1701 кНсм2;
Определим катет сварных швов
Т.к. толщина более толстого элемента 16 мм то кmin=5 мм табл. 38 СНиП II-23-81*) а 45 то принимаем катет шва 5 мм.
Проверяем длину рабочей части шва:
Ребро привариваем стенке по всей высоте сплошными швами.
8. Расчет болтового соединения вспомогательной балки с главной.
Сопряжение вспомогательной балки с главной производится через рёбра жёсткости. Опорная реакция вспомогательной балки равна:
Принимаем болты нормальной точности класс по прочности – 46 диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности Rbs = 150 Мпа. Расчетные усилия которые может выдержать один болт работающий на срез:
b = 1 – коэффициент условия работы
ns = 1 – число срезов болта.
А = d24 = 3142024 = 314см2 – расчетная площадь сечения болта
Nb = 15 1 314 = 471 кН.
Требуемое количество болтов в соединении:
Т.к. высота вспомогательной балки 4951 мм то получаем по расчету 495-160)50=7 болтов. 16>7 поэтому из условий размещения примем высокопрочные болты.
Определим расчетное усилие Qbh которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов стянутых одним высокопрочным болтом: где Rbh=07·Rbun
Rbun=1350 Нмм2 табл. 61 СНиП II-23-81*)- сталь30ХНМФА
Принимаем дробеструйный способ обработки поверхностей с консервацией:
=05 табл. 36 СНиП II-23-81*);
γh=112 табл. 36 СНиП II-23-81*);
Abh=245 см2 табл. 62 СНиП II-23-81*);
Принимаем 6 высокопрочных болтов.
Размещаем болты в соответствии с табл. 39 СНиП II-23-81*.
9.Конструирование и расчет укрупнительного стыка.
Стык выполняется на высокопрочных болтах.
Стык в середине пролета балки где Мmax=5527125кНм Q=0.
Стык на высокопрочных болтах d=20мм из стали 40Х «селект» обработка пескоструйная.
Несущая способность 1 болта
Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечения 400х12мм и 180х12ммобщей площадью сечения
Усилия в поясе определяются:
-момент инерции поясов балки
-полный расчетный момент инерции всего сечения в месте стыка балки.
Принимаем 14 болтов.
Момент действующий на стенку:
Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов
Коэффициент стыка к=14 m- количество рядов вертикальных на полунакладке =2.
При 2648 количество рядов болтов по вертикали к=14.
Отверстия в стенке под болты выполнены диаметром 22мм.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ.
Колонна служит для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций на фундаменты.
Расчет колонны начинается с определения нагрузки.Продольная сила определяется по формуле:
Принимаем собственный вес колонны 5 кН. Тогда N=18119225+5=18169225 кН.
При опирании балок на колонну сверху колонна рассмат-
ривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце.
Соединение с фундаментом легких колонн в расчете при-
мем жестким. Поэтому длина колонны определяется при = 07:
lef = L = 07 4 м = 28 м.
Принимаем сталь С235 (т.к. III гр. по табл. 50 СНиП II-23-81*.).
3.2. Подбор сечения колонны.
Задаёмся гибкостью колонны 55 из условия устой-
чивости определяем требуемую площадь одной ветви. Коэф-
фициент продольного изгиба определяется по
СНиП II-23-81* 8285.Определим требуемую площадь
сечения и радиус инерции:
Определяем требуемую ширину сечения:
; для двутаврового сечения 1=043; 2=024
Высоту сечения принимаем по конструктивным соображениям. Высота сечения принимается не менее (115 – 120) высоты колонны и так чтобы .
Принимаем h=022 м; b=022 м.
Принимаем сечение полки 2·22·18=792 см2 стенки 1·184·1=184 см2.Тогда площадь А=792+184=976 см2.
Проверяем напряжения по подобранному сечению:
Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости. Проверим местную устойчивость стенки:
Проверим местную устойчивость полки:
Определяем фактические геометрические характеристики.
По наибольшей гибкости определяем коэффициент продольного изгиба
φ=085662. При этом наибольшая гибкость не должна превышать предельной гибкости для сжатых элементов: λпред=180-60α.
Проверим устойчивость колонны:
Проверим на недонапряжение:
недонапряжение составляет 5 % что удовлетворяет техническим требованиям.
Рис.28. Сечение колонны.
Толщину угловых швов принимаем конструктивно кf=6 мм т.к. наибольшая толщина элемента 18 мм.
Класс бетона фундамента В15.
Определим вес колонны:
Р= m=Aρh=000976·7850·4=30646 кг.
Р=306464·10=306464 Н=306 кН.
N=18119225+306=1815 кН.
Определим требуемую площадь плиты:
Ширина базы с траверсами:
Впл=22+2·12+2·5=344 см.
Принимаем ширину базы 360 мм.
Расчет толщины плиты базы.
Выделим три участка плиты с характерными схемами закрепления.
Изгибающие моменты в плите на участках:
на участке с опиранием на четыре канта
в = 184 мм; а=105 мм
Отношение сторон 184105=175 отсюда α = 00925
М1 = 00925 1 1052 = 102 кН·см.
на консольном участке
М2 = с = 58 мм; М2 = 1·58·582=1682 кН·см.
на участке с опиранием на три канта
а1=220 мм в1=140 мм.
Отношение сторон 220140=1572
М3 = 0074 1 222 = 375 кНсм
По наибольшему моменту на участке Мmax = 375 кНсм
Определим требуемую толщину плиты:
Таким образом с запасом прочности усилие в колонне полностью передается на траверсы не учитывая прикрепления торца колонны к плите.
Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы длина которых и определяет высоту траверсы. Крепление траверс к колонне производим сваркой.
Для стали С235 по табл. 55* СНиП II-23-81* принимаем электроды Э-46.
Катет шва принимаем k=7 мм (СНиП II-23-81* табл.38).
Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва f =09 (СНиП II-23-81* табл.34)
Коэффициент условия работы wf = 1 (СНиП II-23-81* пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wf =220 МПа
f wf R wf = 09 122 = 198 кНсм2.
Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва z =105 (СНиП II-23-81* табл.34)
Коэффициент условия работы wz = 1 (СНиП II-23-81* пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wz =045 R un = 045 360 = 162 МПа
z wz R wz = 105 1162 = 1701кНсм2
( w R w)min = 1701 кНсм2
Принимаем высоту траверсы 400 мм.
Крепление базы к фундаменту.
При жестком сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Принимаем четыре анкерных болта диаметром d = 24 мм.
Определим размеры столика привариваемого к колонне для крепления главной балки сбоку.
Определим требуемую высоту катета Кf.
Катет шва принимаем k=8 мм (СНиП II-23-81* табл.38)
Примем ширину столика 200 мм из конструктивных соображений. Найдем длину шва:
Принимаем высоту столика 120 мм.
Определим размеры столика привариваемого к колонне для крепления вспомогательной балки.
Катет шва принимаем k=6 мм (СНиП II-23-81* табл.38)
Примем ширину столика 184 мм. Найдем длину шва:
Принимаем уголок 200х125х12 мм.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
Шагивалеев К.Ф. Айгумов М.М. Конструирование и расчет балочной площадки промышленного здания: Учебное пособие. -Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т2004.-51 с.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузовПод общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат 1985 – 560 с.
СНиП II-23-81*.Стальные конструкцииГосстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России 1998 –96 с.
4. Расчет болтового соединения вспомогательной балки с главной.
Сопряжение вспомогательной балки с главной производится через рёбра жёсткости.
Опорная реакция вспомогательной балки равна:
Принимаем болты нормальной точности класс по прочности – 46 диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности Rbs = 150 Мпа.
Расчетные усилия которые может выдержать один болт работающий на срез:
Рис.26. Схема сопряжения вспомогательной балки с главной.
Требуемое количество болтов в соединении
Т.к. высота вспомогательной балки 550 мм то получаем по расчету (550-160)50=7 болтов. 12>7 поэтому из условий размещения примем высокопрочные болты.
Определим расчетное усилие Qbh
которое может быть воспринято каждой
поверхностью трения соединяемых элементов
стянутых одним высокопрочным болтом:
Rbun=1350 Нмм2 (табл. 61 СНиП II-23-81*)- сталь30ХНМФА
=05 (табл. 36 СНиП II-23-81*);
γh=112 (табл. 36 СНиП II-23-81*);
Abh=245 см2 (табл. 62 СНиП II-23-81*);
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузка кНм2
Кислотоупорные керамические плиты(15мм)
Битумная мастика(8мм)
Гидроизоляция 2сл. рубероида на мастике
Вспомогательная балка
3. Расчет болтового соединения вспомогательной балки с главной.
Nb =15 1 314 = 471 кН.
Т.к. высота вспомогательной балки 400 мм то получаем по расчету (400-100)5=75мм.
4.Конструирование и расчет укрупнительного стыка.
Стык в середине пролета балки где М=53187кНмQ=0.
Стык поясов. Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечения 400х12мм и 180х12ммобщей площадью сечения
Усилия в поясе определяются
Момент действующий на стенку
m- количество рядов вертикальных на полунакладке =2
При 2648 количество рядов болтов по вертикали к=14.
Принимаем собственный вес колонны 10 кН. Тогда N=260865+10=261865 кН.
lef = L = 07 7 м = 49 м.
Задаёмся гибкостью колонны 60 из условия устой-
СНиП II-23-81* 8115.Определим требуемую площадь
Подбираем по сортаменту соответствующий профиль двутавра: [№40:
Определим по действительной гибкости:
Подбираем по сортаменту соответствующий профиль швеллера: [№40:
расстояние от оси у-у до наружней грани стенки .
Переходим к расчету на устойчивость сквозной колонны относительно свободной оси .Устойчивость сквозной колонны относительно свободной оси проверяется по приведенной гибкости учитывающей деформативность решетки:
Принимаем просвет = 340мм
Гибкость ветви на участке между планками должна быть не более 40 при этом должно выполняться условие в противном случае возможна потеря несущей способности ветви ранее потери устойчивости колонны в целом.
Проверяем устойчивость колонны относительно свободной оси
Проверка выполняется
Длина планки назначается таким образом чтобы нахлестка планки на каждую ветвь была не менее где t-наименьшая толщина соединяемых элементов:
Условие выполняется. Принимаем подобранное сечение.
Элементы соединительной решетки (планки раскосы стойки) и их прикрепление к ветвям рассчитывают на усилия возникающие в них от условной поперечной силы принимаемой постоянной по всей длине стержня:
где -коэффициент продольного изгиба принимаемый для составного стержня в плоскости соединительных элементов по .Или принимается по таблице исходя из расчетного сопротивления R=230МПа
Условная поперечная сила распределяется поровну между элементами решетки лежащими в двух плоскостях.
Соединительные планки рассчитываются на силу срезывающую планку
и на момент изгибающий планку в ее плоскости:
где - условная поперечная сила приходящаяся на систему планок расположенных в одной плоскости (при двух плоскостях планок).
Сварные угловые швы прикрепляющие планки к ветвям колонны рассчитываются на совместное действие усилий в планке и :
где - напряжение в шве от изгибающего момента;
- напряжение в шве от поперечной силы;
Рассчитаем прикрепление планок к швеллеру колонны ручной сваркойсваркой электродом Э-42А (табл. 55* СНиП II-23-81*). По табл. 56* СНиП II-23-81* принимаем Rwf=180 МПа=18 кНсм2 Rwz=045Run=045·360=162МПа=162 кНсм2 f=07
f Rwf=07·18=126 кНсм2;
z Rwz=10·162=162 кНсм2;
Проверка выполняется по металлу шва f Rwf=07·18=126 кНсм2;
- расчетная длина шва.