Расчет и конструирование балочной клетки

Готовый МК_22.11.2015.dwg

Схема расположения балочной площадки на отметке +6
Второстепенная балка
Масса наплавляемого металла 2%
Ведомость отправочных элементов
Продольные сварные швы варить автоматической сваркой под слоем флюса АН-348-А сварочной проволокой Св-08А и катетом шва 5 мм. 2. Заводские швы кроме пункта 1 варить полуавтоматической сваркой сварочной проволокой Св-08А . 3. Неоговоренные на чертежах швы варить катетом 5 мм. 4. Монтажная сварка ручная электродуговая
электроды типа Э-42А. 5. Равнопрочные стыковые шва следует проверять физическим контролем качества. 6. Балки настила крепить к главной балке на болтах М20 класса точности В
класса прочности 5.8. 7. Отверстия под болты сверлить диаметром 22мм. 8. Конструкцию на заводе огрунтовать грунтовкой ГФ-021. 9. Подливку под плиту базы колонны выполнить из бетона класса В 7
на мелком заполнителе.
Видимый заводской угловой шов
Невидимый заводской угловой шов
электроды типа Э-46. 5. Равнопрочные стыковые шва следует проверять физическим контролем качества. 6. Балки настила крепить к главной балке на болтах М20 класса точности В
БГТУ им. В.Г. Шухова гр. С-46
Схема расположения балочной клетки
Конструирование балочной клетки
Расчетно графическая работа по дисциплине металлические конструкции

Готовый МК_22_11_2015.docx

Расчет несущего настила3
Статический расчет настила3
2 Определение катетов сварного шва настила4
Расчет балки настила5
1 Сбор нагрузок на балку настила5
2 Статический расчет и подбор сечения балки настила6
Проектирование главной балки7
1 Сбор нагрузок на главную балку7
2 Статический расчет и подбор сечения главной балки7
3 Проверка прочности главной балки11
4 Изменение сечения главной балки по длине12
5 Проверка общей устойчивости главной балки14
6 Проверка местной устойчивости элементов балки14
7 Расчет поясных сварных швов19
8 Расчет опорных ребер20
9 Расчет узлов сопряжения балок настила с главной балкой23
Проектирование колонны сплошного сечения24
1. Выбор расчетной схемы определение высоты колонны24
2 Подбор сечения колонны26
3 Проверка устойчивости колонны29
4 Расчет базы колонны29
6 Расчет крепления траверсы к плите33
Расчет сопряжения главной балки с колонной34
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК36
Расчет несущего настила
Статический расчет настила
Конструкция несущего настила состоит из стального листа уложенного на балки и приваренного к ним.
Нормативная нагрузка на настил q = qн+ pн = 8+4 = 12 кНм2
qн – нормативная постоянная нагрузка кНм2;
pн – нормативная временная нагрузка кНм2;
Предельный относительный прогиб:
Модуль упругости для материала работающего в условиях цилиндрического изгиба кНм2;
- коэффициент Пуассона
Принимаем толщину настила 7 мм.
Сталь отнес к 3 группе принял марку :
Rwz=045Run=045х37=1665кнсм2)
Рис. 3. Зависимость lt для листового настила с шарнирно закрепленными краями от заданного прогиба lf и нормативной нагрузки на настил qn
Для проектирования принимаем следующие значения количества балок астиила и ширины пролета:
tn – толщина настила в первом приближении м;
n – количество пролетов шт;
L – пролет главной балки м;
2 Определение катетов сварного шва настила
В качестве сварочных электродов применяем Э42А для которого расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва
Сталь свариваемых деталей С-235 и для нее временное сопротивление стали разрыву принимаемое равным минимальному значению в по государственным стандартам и техническим условиям на сталь ;
Расчет сварного шва производится по разрушению сварного шва по металлу и металлу границы сплавления.
Величина распора (сила растягивающая настил) кНсм:
где - коэффициент надежности по нагрузке [1 табл.3];
Усилия воспринимаемые швами:
Определим катеты швов:
f - коэффициент глубины провара шва примем равное 0.7 (СНиП II-23-81* табл.34)
wf - коэффициент условия работы примем равное 1 (СниП II-23-81* пп. 11.2)
R wf - расчетное сопротивление металла равное 18 кНсм2
где N – усилие действующее на шов ;
По границе сплавления:
По таблице [4 табл. 4.4] принимаем катет шва равным ;
Расчет балки настила
1 Сбор нагрузок на балку настила
Балку рассчитываем как свободно опертую загруженную равномерной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок.
- нормативная нагрузка на балку настила кНм;
- расчетная нагрузка на балку настила кНм;
- нормативная временная нагрузка кНм2;
- нормативная постоянная нагрузка кНм2;
- расстояние между балками настила м;
Нормативная нагрузка на балку настила:
Расчетная нагрузка на балку настила:
2 Статический расчет и подбор сечения балки настила
Подберем прокатный профиль балки настила из стали С235:
- максимальный момент кНм (расчетная схема балки настила);
- требуемый момент сопротивления см3;
- расчетное сопротивление изгибу стали кНм2;
- коэффициент условия работы; [1 табл.6]
а) Требуемый момент сопротивления:
Принимаем двутавр № 23Б1 ГОСТ 26020-83 (Jх = 2996 см4 Wх = 2605 см3 S tполки = 9 мм; mбн = 258 кгм)
Проверяем балку на действие касательных напряжений у опоры:
- толщина стенки балки см;
- момент инерции см4;
- максимальная поперечная сила кН (расчетная схема балки настила);
- статический момент см3;
- расчетное сопротивление стали сдвигу кНм2;
- коэффициент условия работы;
Проверяем сечение балки на прогиб по 2-ой группе предельных состояний:
f - действительный прогиб балки см;
– предельно-допустимый прогиб балки;
Проектирование главной балки
1 Сбор нагрузок на главную балку
Главная балка представляет собой составную сварную бистальную балку двутаврового сечения которая состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок.
Для полок принимаем сталь С275 () для стенки принимаем сталь С235 ()[1 приложение 51]
Расчетная нагрузка на балку
2 Статический расчет и подбор сечения главной балки
Расчетная схема главной балки:
Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления по формуле:
где предварительно задается (11-112)
– расчетное сопротивление стали растяжению сжатию и изгибу задаемся для полки определяемые по [1 табл. 51]
Затем определяется высота балки из условия наименьшего расхода стали оптимальная высота балки:
k – конструктивный коэффициент который равен 115 для сварных балок переменного по длине сечения;
-толщина стенки которой предварительно задаются толщина стенки определяется по формуле
где h - высота балки
Из условия обеспечения жесткости определяется минимальная высота балки по формуле:
Высоту балки принимаем 60см
Окончательно устанавливается толщина стенки из следующих условий:
) Из условия работы стенки на срез:
) Из условия местной устойчивости без постановки продольных ребер жесткости:
Толщину стенки назначаем из условий [123]принимаем
Требуемый момент инерции сечения:
Момент инерции стенки:
Момент инерции приходящийся на поясные листы определяют по формуле:
Требуемая площадь поперечного сечения:
z - расстояние от центра сечения до центра полки принимаемое
ориентировочно на 2-3 мм меньше половины высоты балки
По требуемой площади поперечного сечения поясов балки назначают их размеры в соответствии c сортаментом на прокатную листовую сталь учитывая следующие требования:
) по местной устойчивости отношение ширины свеса сжатого пояса:
) Для снижения остаточных сварочных напряжений толщину
поясов балки принимаем 20мм
) Из условия обеспечения общей устойчивости балки ширину
поясов назначают в пределах от 16 до 13 высоты балки (10-20)см;
) По конструктивным соображениям ширину балки не следует
принимать меньше 180 мм .
Подобранное сечение проверяем на прочность вычисляя фактический момент инерции:
Момент сопротивления сечения:
Статический момент полуcечения балки:
Для определения необходимо вычислить касательные напряжения :
то -определяется по [1табл. 66] и зависит от соотношения
3 Проверка прочности главной балки
Проверка прочности в сечении балки выполняется по формуле:
Окончательные характеристики сечения балки в середине пролета:
4 Изменение сечения главной балки по длине
С целью уменьшения расхода стали в сварных балках рекомендуется изменять сечения за счет уменьшения ширины поясов у опор
но высота балки при этом остается неизменной. Назначают ширину
поясного листа уменьшенного сечения при этом должны удовлетворяться следующие условия:
Расстояние от опоры на котором рекомендуется сбрасывать сечение
L- Расчетный пролет ГБ
Сброс произведем на расстояние 16L;
Найдем значение момента в этом сечении:
Значение поперечной силы в этом сечении:
Требуемый момент сопротивления сечения определим из расчетного сопротивления сварного шва на растяжение при полуавтоматической сварке с физическим контролем качества:
Через момент сопротивления сечения определим требуемый момент инерции:
Через момент инерции сечения определим требуемое значение в сброшенном сечении:
Определим фактические характеристики сброшенного сечения:
Нормальные напряжения в крайнем волокне стенки балки:
-определяется по [1табл. 66] и зависит от соотношения
Касательные напряжения в крайнем волокне стенки балки:
Проверку прочности главной балки выполняют в месте изменения сечения по формуле:
Прогиб составных балок можно не проверяем так как фактическая высота балки осталась не изменой и принималась в соответствии с при подсчете которого учитывался допустимый прогиб балки.
5 Проверка общей устойчивости главной балки
При отношении расчетной длины балки к ширине сжатого пояса b не превышающем значений определяемых по формулам[1 табл. 8*] для балок симметричного двутаврового сечения и с более развитым сжатым поясом для которых ширина растянутого пояса составляет не менее 075 ширины сжатого пояса проверку на общую устойчивость можно не производить.
[1 формула 35 таб.8*]
- Расстояние между закреплениями.
-Ширина пояса балки на опоре.
Проверка на общую устойчивость не требуется.
6 Проверка местной устойчивости элементов балки
Устанавливаем поперечные ребра в соответствии с шагом балок настила шаг балок настила 16м сталь ребер С235 (
Из конструктивных соображений с учетом расстановки болтов с помощью которых будет крепиться БН и ГБ с учетом свеса пояса ГБ у опоры 85см принимаем 7см.
-принимаем в соответствии с ГОСТ 19903-74;
Далее определим условную гибкость стенки ГБ
При поперечные ребра ставят чтобы расстояние между ними не превышало так как БН стоят с шагом 1.6м следовательно условие не выполняется необходимо проверить местную устойчивость стенки в каждом отсеке ГБ по формуле:
Так как a>hw то М принимается в сечении на расстоянии 05hw=028м от ребра в месте которого действует больший момент
Краевое сжимающие напряжение определяется по формуле :
Касательное напряжение в стенке:
Значения момента в сечении найдем по формуле:
Значение поперечной силы:
Далее определим по формуле:
- коэффициент принимается по [4 табл. 21] в зависимости от
Определим критические напряжения:
Критическое касательное напряжение определяется по формуле:
Проверка устойчивости на участках:
Устойчивость обеспечена.
7 Расчет поясных сварных швов
Для сварки поясных швов используем автоматическую сварку d=3-5. Проволоку Св-08А. ;
Определяется величина сдвигающей силы Т приходящейся на 1 единицу длины балки:
По границе сплавления:
Принимаем [4 табл. 4.4]
8 Расчет опорных ребер
Участок стенки балки над опорой должен укрепляться поперечным ребром жесткости. Так как ГБ с колонной опирается сбоку выбираем конструкцию Рис.1
Сталь опорного ребра С235
Ширина ребра предварительно
Определим необходимую толщину ребра из условия работы металла на смятие:
По конструктивным соображениям толщина опорного ребра
назначается ; Назначаем толщину ребра 16мм. [4табл. 13] ГОСТ 82-70
Местная устойчивость ребра:
Проверяем напряжение смятию:
Производится проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня сечение которого состоит из опорного ребра и участков стенки балки длиной по:
Определим площадь расчетного сечения:
Момент инерции сечения условного стержня относительно продольной оси балки:
Определим радиус инерции сечения:
По найденному значению λ определяется величина коэффициента продольного изгиба φ [1 табл. 72].
φ= 0.976 ( интерполяция)
Устойчивость ребра проверяется по формуле:
Опорное ребро подобрано.
Вычисляется толщина сварных швов прикрепляющих опорное ребро к стенке балки :
Сварка ручная полуавтоматическая ; .
Принимаем при толщине более толстого из свариваемых элементов [4 табл. 4.4]
Максимальная длинна сварного шва :
9 Расчет узлов сопряжения балок настила с главной балкой
БОЛТ М20-45.58(S30) ГОСТ 7798-70 Класс точности В.
ШАЙБА С.22.03.08кп. ГОСТ 11371-78
ГАЙКА М20-6Н.5 (S30) ГОСТ 5915-70
Расстановка Болтов сделана по СП 53-102-2004 «Общие правила проектирования стальных конструкций» табл.37.
Длинна болта принята с расчетом толщины сечения закрепляемых деталей толщины шайбы высоты гайки выступ болта из гайки 05d.
Сопротивление болта срезу.
Сопротивление болтового соединения смятию.
Определяется несущая способность болта по условию работы его на срез:
Площадь сечения болта
По условию на смятие материала сопрягаемых элементов:
t- Толщина минимального элемента сминаемого в одном направлении
t – Стенки двутавра №23Б1=056см; t- ребра ГБ =05см принимаем в расчет толщину ребра.
Определяется требуемое количество болтов:
Принимаем два болта М20-45.58(S30) ГОСТ 7798-70 Класс точности В.
Проектирование колонны сплошного сечения
1. Выбор расчетной схемы определение высоты колонны
Колонны рабочих площадок работают обычно на центральное сжатие. Высота колонны l принимается равной расстоянию от низа главной балки перекрытия до верха фундамента. Так как сопряжение БН с колонной сбоку сопряжение ГБ с БН в уровень то расчетная длинна колонны будет равное расстоянию от верха главной балки с вычетом толщины настилы.
Конечная расчетная длинна зависит от конструктивного решения сопряжения ее с вышележащими балками и фундаментом:
Зададимся сталью для колонны С245 ; λ=60; φ=0805 [1 табл. 72].
Нагрузкой действующей на колонну являются опорные реакции главных балок и двух балок настила т.к. сопряжение ГБ с БН в уровень.
N=2*304 08+2*50 7=70956кН
2 Подбор сечения колонны
Определяется требуемая площадь сечения стержня колонны по формуле:
По принятой гибкости вычисляется требуемый радиус инерции сечения:
Устанавливаются размеры сечения. Требуемая ширина полки
- принимается по [4 табл.8.1.с252] зависит от сечения колонны.
h=f- Назначаем 33см из условия что высота должна быть равной или несколько больше ширины двутавра.
С учетом сортамента на листовую сталь назначается толщина стенки по требуемому значению площади сечения:
Требуемая площадь полки:
От сюда требуемая толщина полки :
Для обеспечения местной устойчивости полки отношение свеса полки
к толщине не должно превышать значений приведенных в [1табл. 29]
Пересчитываем высоту стенки двутавра:
Стенка проверяется на местную устойчивость:
Вычисляем геометрические характеристики сечения:
Фактическая гибкость стержня:
Расчет ведем по наибольшей гибкости:
3 Проверка устойчивости колонны
Проверяем принятое сечение на устойчивость:
Условия [123]выполняются. Из условия 2 устанавливаются парные ребра с шагом (; Принимаем парные ребра с шагом 08м
Поясные швы в сварных колоннах принимаются конструктивно в соответствии с требованиями [1 табл. 38].
Сечение колонны подобрано.
4 Расчет базы колонны
Конструктивное решение базы должно обеспечивать принятый в расчетной схеме колонны тип сопряжения ее с фундаментом.
Расчет плиты заключается в определении ее размеров в плане и толщины.
Исходя из класса бетона фундамента Rb бетон принимаем B7.5 определяемый по [2 табл. 6.7].Сталь для траверсы С235 (
Находим расчетное сопротивление материала фундамента осевому сжатию:
Определяем ширину плит:
Вычисляем длину опоры:
По конструктивным требованиям длину принимаем длину :
Определяем реактивное давление фундамента:
Разобьем нашу плиту на участки. Получаем участки I и II.
Вычислим максимальный изгибающий момент в участке I:
d-20.1см- расстояние до свободного края участка
Вычислим максимальный изгибающий момент в участке II:
Требуемая толщина плиты:
Принимаем плиту толщиной 20мм размеры в плане 41х53см.
Сталь для траверсы С245
Траверса рассчитывается как балка опорами являются сварные швы.
Определим требуемый момент сопротивления сечения:
определим необходимую высоту траверсы:
Определим высоту траверсу из условия работы сварных швов:
Сварка ручная электродуговая полуавтоматическая тип электрода Э46А; .
Принимаем высоту траверсы 15см
6 Расчет крепления траверсы к плите
=96см -расчетная длинна шва равна сумме длин всех привариваемых участков с вычетом по краям 1 см на не провар.
Окончательные размеры плиты в плане 530х410мм
Расчет сопряжения главной балки с колонной
Опорная пластина для главной балки выполняется из стали C235 такая же как и опорная часть колонны расчет на смятие не требуется. Конструктивно принимается ширина 20см толщина опорной части 4 см.
При расчете длине сварного шва следует учитывать возможную не параллельность поэтому расчетная нагрузка будет с коэффициентом 1.3.
Сварка ручная электродуговая. Тип электрода Э42А. ; .
следовательно расчет ведем по катету шва; столик приваривается двумя фланговыми швами.
С учетом 1см на не провар получаем высоту столика 19см.
Главную балку крепить к колонне на четыре болта М14
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Строительные нормы и правила. Стальные конструкции. Нормы
проектирования. СНиП II 23–81*.М.: ЦИТП Госстроя СССР 1990.
Свод правил. Бетонные и железобетонные конструкции. СП
13330.2012.Минрегион России 2011
Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия. Нормы
проектирования. СНиП 2.01.07–85*. М.: ЦИТП Госстроя СССР 2002.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов Е.И.
Беленя В.А.Балдин Г.С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат 1986. - 560 с. ил.