Проектирование металлической балочной клетки

Metally_moy.dwg

Невидимый заводской угловой сварной шов
Видимый заводской угловой сварной шов
Заводской стыковой сварной шов
Монтажный угловой сварной шов
Невидимый прерывистый заводской угловой сварной шов
Видимый прерывистый заводской угловой сварной шов
Поясные сварные швы варить
автоматической сваркой под слоем флюса
АН-47 сварочной проволокой СВ-08 и
Прочие заводские сварные швы варить
полуавтоматической сваркой в защитной
среде газов СО2 и аргона сварочной
проволокой Св-10ГА с катетом шва K
под слоем флюса АН-47.
Неоговоренные на чертежах швы
Монтажная сварка ручная
электроды типа Э-42.
Отверстия под болты сверлить ∅18мм
не оговоренные на чертежах отверстия
Болтовые соединения выполнить на
ботах ∅18мм класса прочности В
Конструкцию после изготовления
Подливку под плиту базы выполнять на
Схема расположения балочной площадки на отметке +4.800м
Развертка позиции 11
Листы настила отправлять пакетами массой по 5тн.
Подливку под плиту базы колонны выполнить из бетона В7.5 на мелкоренистым
Конструкции после изготовления огрунтовать - грунт ГФ-021.
Болтовые соединения вымолнить на болтах М16 класса прочности 4.6
Отверстия под болты сверлить или продавливать ∅18мм.
Монтажная сварка ручная электродуговая
Неоговоренные на чертежах швы варить катетом Kf=6мм
оговоренными на чертеже под слоем флюса АН-47.
среде газов СО2 и аргона сварочной проволокой Св-10ГА с катетом шва Kf=6мм или
Прочие заводские сварные швы варить полуавтоматической сваркой в защитной
сварочной проволокой СВ-08 и катетом шва Kf=8мм.
Поясные сварные швы варить автоматической сваркой под слоем флюса АН-47
Ведомость отправочных элементов
Схема расположения элементов балочной клетки
Металлические конструкции
Проектирование балочной клетки
Схема расположения балочной площадки на отметке +5.100м
Выполнить вырез в трубе
Поясные сварные швы варить автоматической сваркой под слоем флюса АН-47 сварочной проволокой
СВ-08 и катетом шва Kf=8мм.
Прочие заводские сварные швы варить полуавтоматической сваркой в защитной среде газов СО2 и
аргона сварочной проволокой Св-10ГА с катетом шва Kf=6мм или оговоренными на чертеже под слоем
Неоговоренные отверстия под болты сверлить или продавливать ∅18мм.
Болтовые соединения вымолнить на болтах М16 класса прочности 5.6
Подливку под плиту базы колонны выполнить из бетона В7.5 на мелкоренистым заполнителем.
Расчленненые объекты
Объекты созданы в SPDS 8
Схема расположения балочной площадки на отметке +5.400м
Примечания 1. Поясные швы варить автоматической сваркой в "лодочку" под слоем флюса АН-348-А
сварочной проволокой Св-08ГА. 2. Прочие заводские сварные швы варить полуавтоматической сваркой в среде СО2. 3. Не оговоренные сварные швы варить с катетом 5 мм. 4. Монтажная сварка ручная электродуговая
электроды типа Э42А и Э46А. 5. Болтовые соединения выполнять на болтах М16 мм
класса прочности 5.6 и класса точности В. 6. Отверстия под болты сверлить ø19 мм. 7. Стыковые швы в местах сброса сечения варить с контролем качества физическими методами. 8. Конструкции после изготовления окрасить грунтовкой ГФ-021. 9. Подливку под плиту базы колонны выполнить из бетона класса В15 на мелкозернистом заполнителе. 10. Листы настила после изготовления отправлять на строительную площадку пакетами массой 2 т.

Moya_zapiska_2007.docx

Расчет и конструирование рабочей площадки . 4
1Проектироание настила балочной клетки . .4
2Расчет сварных швов настила. .4
3Расчет балки настила 2
Расчет и конструирование главной балки 7
1Cбор нагрузок на главную балку 7
2 Подбор сечения главной балки и статический расчет .. ..7
3Проверка прочности главной балки . .. 9
4 Проверка прогиба главной балки 9
5 Расчет сброса сечения балки . 10
6 Расчет поясных швов .. 11
7 Проверка устойчивости сжатой полки .. 11
8 Проверка общей(боковой)устойчивости .. 12
9Проверка местной устойчивости стенки 12
10Расчет опорного ребра главной балки .14
Проектирование колонны . . ..17
1 Сбор нагрузок .. . ..17
2 Подбор сечения колонны . ..17
3 Расчет опорного столика . . ..18
6Расчет анкерной плитки ..20
В конструкцию рабочей площадки входят колонны балки настил и связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.
Балочные клетки могут быть упрощенного нормального или усложненного типа. В курсовом проекте балочная клетка запроектирована нормального типа.
Выбор компоновочной схемы балочной клетки типов ее элементов конструкции узлов сопряжения зависит при проектировании от технических требований характера действующих нагрузок способа изготовления и условий монтажа.
В качестве настилов балочных клеток используется гладкий стальной лист. При расчете определяют толщину листа и шаг балок настила катет шва которым настил крепится к балке настила.
Балки настила опираются на главную балку сверху.
Опирание главной балки на колонну – на одном уровне.
Решения баз колонн отвечают различным расчетным схемам: шарнир в двух плоскостях шарнир в одной плоскости жесткое сопряжение. База колонны имеет опорную плиту листы траверсы. В базе должны быть предусмотрены отверстия для подливки раствора под плиту после выверки колонны для удобства строповки для исключения сбора воды в полостях базы при хранении и в процессе эксплуатации.
Расчет и конструирование рабочей площадки
1Проектироание настила балочной клетки
Настил выполняется в виде стального листа уложенного на балки настила и приваренного к ним.
Используем стальные листы рекомендованной толщины при данной нагрузке.
Рекомендованная толщина листа настила при 21≤ q ≤30 кНм2 равна 8 мм. Настил выполняем из стали С255: Ry= 250 МПа Ru= 370 МПа Rwz= 171 МПа. Коэффициент условий работы настила предельный относительный прогиб настила . Настил приварен к балкам ручной электродуговой сваркой положение шва нижнее электродами Э42А ().
Принимаем толщину настила и пролет 12м.
2 Расчёт сварных швов настила
Проверку работы катета сварного шва которым будет осуществляться крепление настила осуществляем по формулам:
Определяем опасное сечение сварного шва по [2] для ручной электродуговой сварки: - катет сварного шва; коэффициент условий работы шва расчетная длина шва ; расчетное сопротивление угловых швов срезу по материалу шва: ; расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления: .
Рассмотрим возможность разрушения шва от условного среза по одному из двух сечений предварительно определив какая из проверок – по металлу шва или по металлу границы сплавления будет иметь решающее значение для этого необходимо сравнить произведение и . По меньшему произведению будем осуществлять проверку:. Производим проверку по металлу шва. Определяем усилие действующее на сварной шов (в нашем случае )
где - коэффициент надежности по нагрузке
Рассчитываем катет углового шва:
Принимаем катет сварного шва [2 табл. 38].
3 Расчет балки настила
Балку рассчитываем как свободно опертую загруженную равномерной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок.
Погонная нагрузка собирается с полосы шириной равной пролету настила.
) = 12 м = 8 мм. 11 шагов
Нормативная нагрузка: (кНм)
Расчетная нагрузка:
где - коэффициент надежности по нагрузке.
Статический расчет балки настила.
Подбор сечения балки настила
) Требуемый момент сопротивления
- коэффициент учитывающий условие работы [1 таб.6]
Принимаем двутавр № 27 ГОСТ 26020-83
(Jх = 5010 см4 Wх = 371см3 S s= 60 мм;)
Проверка прочности по касательным напряжениям:
где - расчетное сопротивление стали сдвигу
Прогиб балки составляет:
Проектирование главной балки
1 Сбор нагрузок на главную балку
Главная балка представляет собой составную сварную балку двутаврового сечения которая состоит из трёх листов: вертикального – стенки и двух горизонтальных – полок. Листы свариваются в заводских условиях полуавтоматической сваркой.
Подбор сечения состоит в определении геометрических размеров полок и стенки балки.
Для балок настила принимаем сталь:
С 255 (Ry = 250МПа = 25 кНсм2);
Т.к. число сосредоточенных нагрузок более 5 то их можно заменить одной равномерно распределенной нагрузкой.
2. Статический расчёт и подбор сечения главной балки
Статический расчёт главной балки производим по схеме Рисунка 5.
Рисунок 5 – Расчётная схема главной балки.
Расчетный изгибающий момент
Максимальная поперечная сила:
Главную балку рассчитываем на прочность при работе в упругопластической стадии.
Находим требуемый момент сопротивления: .
С1=11 – коэффициент для расчета на прочность с учетом развития пластических деформаций;
Определим ориентировочную высоту сечения балки и толщину стенки:
Оптимальная высота балки:
где – коэффициент распределения стали по сечению (для сварных двутавров =12);
Определяем минимальную высоту сечения главной балки:
Принимаем высоту сечения балки h = 100 см.
Толщины полок принимаем равными .
Отсюда высота стенки будет равна
Проверяем стенку балки на действие среза:
где - расчетное сопротивление сдвигу;
Проверяем стенку на условие местной устойчивости:
Принимаем толщину стенки – 12 мм.
Определим размеры полки исходя из требуемого момента сопротивления:
Требуемая площадь полки:
где z – расстояние от центра сечения до центра полки (z=50-15=485 см).
Принимаем ширину полки .
Проверяем полку на гибкость:
3. Проверка прочности главной балки
Подобранное сечение балки проверяем на прочность.
Определим действующие напряжения в сечении:
Для определения С1 необходимо вычислить касательные напряжения :
где - статический момент полусечения балки:
- определяется по (табл. 66 [1]) оно зависит от .
Интерполяцией определяем .
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности.
4. Проверка прогиба главной балки
Проверяем прогиб главной балки: .
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прогиба.
5. Расчет сброса сечения главной балки
Сечение главной балки в целях экономии стали уменьшают в местах снижения моментов. Сброс сечения происходит за счет уменьшения ширины полки но высота балки при этом остается неизменной. Сброс сечения производится на расстоянии 16 пролета от опоры балки.
Величина изгибающего момента и поперечной силы в месте сброса сечения главной балки:
Требуемый момент сопротивления:
По конструктивным требованиям принимаем ширину полки .
В месте уменьшения сечения действуют как нормальные так и касательные напряжения причем наиболее неблагоприятное действие они оказывают совместно. Поэтому проверку балки на прочность производим по приведенным напряжениям.
Действующие напряжения в уменьшенном сечении:
Прочность балки в месте сброса сечения обеспечена.
6. Расчет поясных швов
Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины:
Sf =tf*bf*z=2*45*485=4365 см3
Для стали С255 по табл. 55* СНиП II-23-81* принимаем сварочную проволоку Св-08ГА для выполнения сварки под флюсом АН-348-А.
Определим требуемую высоту катета Кf поясного шва "в лодочку".
Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва f =0.7 (СНиП II-23-81* табл.34)
Коэффициент условия работы wf = 1 (СНиП II-23-81* пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wf =20 кНсм2
Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва z =1 (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 37 = 16.65 кНсм2
Высота катета поясного шва должна быть не менее
По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (tf = 30 мм) по табл. 38 СНиП II-23-81* принимаем kf = 8 мм.
7.Проверка на устойчивость сжатой полки
Устойчивость полки будет обеспечена если отношение свеса полки bef
к ее толщине tf не превышает предельного значения: где расчетная ширина свеса полки bef равна:
Т.к. 73 1449 устойчивость поясного листа обеспечена.
Местные напряжения в стенке под балкой настила
где - длина передачи нагрузки на стенку балки см;
F – опорные реакции балок настила кН;
Находим приведенные напряжения
Проверка на устойчивость сжатой полки обеспечена
8. Проверка общей (боковой) устойчивости
Проверку общей устойчивости составных двутавровых балок выполняют по формуле:
где φb – коэффициент общей или боковой устойчивости принимается в зависимости от φ1 по (табл.81 [1]). Для балок двутаврового сечения с двумя осями симметрии при упругой стадии работы:
– коэффициент принимаемый по (табл.77 [1]) в зависимости от вида нагрузки и параметра α:
a = 05 * hz = 05 * 100 = 50 см;
Так как α40 то =225+007α=225+007*0792=231.
Так как φ1>085 то φb=068+021φ1;
так как φb должно быть ≤1 то принимаем φb=1
Боковая устойчивость балки обеспечена.
9. Проверка местной устойчивости стенки
Стенка балки представляет собой длинную пластинку упруго защемленную в поясах. В различных сечениях стенки возникают касательные нормальные и местные напряжения они в совокупности могут вызывать потерю местной устойчивости стенки. Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролета балки к стенке привариваются поперечные двухсторонние ребра жесткости.
Проверку устойчивости стенки начинаем с определения необходимости постановки ребер жесткости
При w 3.2 проверка на устойчивость стенки не нужна установка ребер жесткости с шагом не более 2hw = 294 = 188 см.
Установку поперечных ребер выполняем конструктивно с шагом равным шагу балок настила - 12 м.
Ширина ребер должна быть не менее
Принимаем bh = 75 мм.
Толщину ребра принимаем 6 мм.
Критические нормальные напряжения: ;
По табл. 21 22 СНиП II-23-81* определяем сcr по
- определяем по табл.22 =0.8
Критические касательные напряжения
Рисунок 6 –Эскиз главной балки.
Определяем изгибающие моменты и поперечные усилия в необходимых сечениях:
Mср=(M1+M2)2=(3450+2973)2=32115 кН*м.
Qср=(Q1+Q2)2=(384+576)2=480 кН.
.Проверка устойчивости стенки: .
Проверка устойчивости выполнена.
10. Расчет опорного ребра главной балки
Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирное с опиранием на колонну сбоку. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке и полкам балки. Считаем что через опорное ребро передаются все нагрузки от главной балки на опору.
Для опорного ребра принимаем сталь С 255 (Ry=250МПа).
Площадь опорного ребра определяется по формуле:
где N = 11047 кН – опорная реакция главной балки;
Требуемая толщина опорного ребра ;
где b = 22 см – ширина опорного ребра.
Принимаем толщину опорного ребра tр = 20 мм.
Проверяем ребро на устойчивость.
Проверку опорного ребра балки на устойчивость производим с учетом площади расчетного сечения ребра и части стенки балки включенной в работу шириной:
Определяем момент инерции сечения:
Определяем площадь сечения:
Радиус инерции сечения .
Гибкость опорного ребра .
В зависимости от и по (табл. 72 [1]) интерполяцией определяем φ
Проверяем опорное ребро на устойчивость:
Устойчивость опорного ребра балки обеспечена.
Опорные ребра крепятся к стенке двутавра четырьмя сварными швами которые являются расчетными. Сварные швы рассчитываем на срез по двум сечениям.
По толщине набольшего элемента по (табл. 38* [1]) принимаем kf min .
kf min=7мм. Расчетная длина шва будет составлять lw= 85kf=595см.
Коэффициент глубины провара шва f =07 (табл.34 [1])
Коэффициент условия работы wf = 1 (пп. 11.2 [1])
В качестве сварочных электродов применяем Э46А. Расчетное сопротивление металла R wf = 200 МПа.
Коэффициент глубины провара шва z =105 (табл.34 [1])
Коэффициент условия работы wz = 1 (пп. 11.2 [1])
Расчетное сопротивление металла R wz =045 * R un = 045 *370 = 1665 МПа.
При kf =07см прочность шва обеспечена.
Проектирование колонны сплошного сечения
1. Сбор нагрузок и подбор расчетных длин колонны
Колонна выполняем из стали С 285 (Ry = 280 МПа). Колонна принимается как центрально-сжатая продольной силой N.
Коэффициента приведенной длины:
Рисунок 7 – Схема сечения колонн
Рисунок 8 – Схема закрепления колонн
2. Подбор сечения колонны
Заданное сечение колонны – замкнутый гнутый сварной профиль(ЗГСП).
В первом приближении задаемся гибкостью отсюда .
Требуемы радиусы инерции:
Отношение размеров сечения и радиуса инерции:
Принимаем b=200мм; толщина стенки t=12мм; Площадь А=887см2> Атреб
Момент инерции Ixy=b412-(b-2.4)412=20412-(20-2.4)412=53373см4
ixyфакт=√ IxyА=√53373887=78см
По табл.72 СНИП II-23-81* методом интерполяции находим точное значение φ=0.842
Тогда=22094кН(887см2*0.842)=29628*1.1=308кНсм2-проверка устойчивости выполнена
3. Расчет опорного столика колонны
Конструкция опорного столика колонны представляет собой лист толщиной t=50мм. C285.
Определяем длину опорной пластинки из учета расчетной длины шва
Высота ребра определяется в соответствии длиной сварного шва.
Принимаем катет шва Kf = 10 мм по [1 табл. 38]
f Rwf=07*20=14 кНсм2;
Коэффициент глубины провара шва z =105 (СНиП II-23-81* табл.34)
Расчетное сопротивление металла R wz =045 R un = 045 *39 = 176 кНсм2
Расчетным сечением является сечение по металлу шва.
Принимаем высоту пластины 24 см
4. Расчет базы колонны
Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. В нашем случае имеет место жесткое сопряжение. При жестком сопряжении анкерный болт крепит колонну через траверсу. Диаметр анкерных болтов принимаем конструктивно - 48мм.
Базу колонны изготавливаем из стали С345. Сварка свариваемых деталей базы - ручная электродами Э46А(Rwf=200МПа; Rwz=0.45*470МПа=2115МПа).
Плита базы необходима для того чтобы не было смятия бетона фундамента и ее площадь равна:
где N-нагрузка передаваемая через колонну на фундамент составляет N=2Rгб=22094кН
Rb-расчетное сопротивление бетона фундамента на сжатие; класс бетона фундамента по прочности: В10
Данной площади удовлетворяет квадратная в плане плита с размерами 450х450мм
Площадь получившего сечения Апл=45*45=2025см2
Определение толщины плиты:
Участок 1-2-3-4 (опирание на 1-у сторону)
По найденному изгибающему моменту определяем толщину плиты:
Траверсы привариваем к колонне электродами типа Э46А
Принимаем сталь Ст 345 кНсм2
Требуемый катет швов крепления траверсы к плите:
- по границе сплавления
Задаемся толщиной траверсы по СНИП по большей из толщин свариваемых деталей задаемся .
Прочность траверсы на изгиб и срез:
погонная нагрузка на 1 лист траверсы:
Изгибающий момент и поперечная сила в траверсе в месте прикрепления ее к колонне:
Прочность траверсы обеспечена.
Расчет сварных швов прикрепляющих траверсу к плите.
По металлу границы сплавления
Принимаем катет сварного шва равным 10 мм.
Торцы траверс и поверхность плиты базы фрезеровать.
6 Расчет анкерной плитки
Анкерная плитка воспринимает нагрузку равную
Так как толщина плитки слишком велика подберем прокатный швеллер:
. Исходя из полученных данных выбираем швеллер №16 с моментом сопротивления W=934см3.
СНиП II-23-81*.Стальные конструкцииГосстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России 1998 –96 с.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузовПод общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат 1985 – 560 с.
Мандриков А.П. Проектирование металлических конструкций (Примеры расчета и конструирования): Учебное пособие для техникумовПод общ. ред. А.П. Мандрикова. – М.: Стройиздат 1973. – 128 с.
Металлические конструкции: Учебное пособие для техникумовПод общ. ред. А.А. Васильева. – М.: Стройиздат 1979. – 472 с.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Белгородский государственный технологический университет
Кафедра городского строительства и хозяйства
Расчетно – графическая работа №1
по дисциплине «Металлические конструкции включая сварку»
«Расчет и конструирование балочной площадки»