Проектирование металлического настила

металлы..dwg

План балочного перекрытия М 1:200
Укрупнительный стык на сварке
После сварки срезать
Таблица отправочных данных
Общий вес конструкций по чертежу
Спецификация металла ГОСТ 27772-88
автоматическая сварка
Примечания. 1. Поясные швы отправочных элементов Б1 выполнять автоматической сваркой
прочие заводские швы - полуавтоматической сваркой. 2. Вертикальные связи прикреплять к колоннам и балкам монтажной сваркой. 3.Сварной стык баклок осуществлять в порядке указанном на чертеже.
заводской сварной шов
Условные обозначения
полуавтоматическая сварка
монтажный сварной шов
Высокопрочные болты диам. 20мм из стали марки 40х ''Селект''. ГОСТ 7798-70**. Отверстия диам. 22мм. Соединяемые поверхности очистить пескоструйным способом.
Кафедра "Металлические конструкции.
Сваривание верхнего пояса
Сваривание нижнего пояса
Сваривание верхнего поясного шва
Последовательность сварки укрупнительного стыка
Сваривание нижнего поясного шва

Металлы.doc

1.Определение размеров настила
1 Схема балочной клетки:
Габариты площадки: 60м×165м
Так как значение временной распределенной нагрузки q=28 кНм2 то есть в пределах 25÷28 кНм2 то толщина металлического настила равна tн10÷12см.
Длина настила определяется по формуле:
lн=(4n015)[1+72E1 n04q] tн где
n0 - отношение пролета настила к его предельному прогибу n0=[lf]=200
E1=Е(1-2)=20610-4 (1-032)=226104 кНсм2
Тогда длина настила: lн=(420015)[1+72226104 150400026] 10=895см
lн=(420015)[1+72226104 150400026] 12=1073см
2 Определим число балок настила
Из рисунка видно что b=lн+bf
Примем bf=10 см тогда b=895+10=995см
Количество балок настила: П=Аb.
П=2000995=201. Принимаем П=21. Уточненное значение b=200021=952 см=95см
П=20001173=171. Принимаем П=18. Уточненное значение b=200018=11111 см
3Расчет балок настила
Требуемый момент сопротивления вычисляется по формуле:
Wтреб= МmaxСRyγc где
С - коэффициент учитывающий появление пластических деформаций. С=11÷115
Ry - расчетное сопротивление стали при изгибе; Ry=245 кНсм2
γc – коэффициент условий работы; γc=1
qрасч-расчетная нагрузка
qn-нормативная нагрузка на балки настила
gn-масса настила. Массу настила определяем зная что 1м2 стального листа толщиной 10 мм весит 785 кг
gn=10785=785 кгм2077кНм2
qn=(28+077)095=2733 кНм=02733 кНсм
qрасч=(1228+105077) 0952=3276 кНм
Расчетный изгибающий момент: Mmax=32765528=12387 кНм=12387 кНсм
Требуемый момент сопротивления: Wтреб= 12387112451=45963см3
Принимаем двутавр № 33 по ГОСТ 8239-89:
Проверим прогиб балки: f=5384 qnl4ЕJx
f=5384 (0273360042061049840)=21540=[l150]
Определим расход материала на 1м2 перекрытия: настил 10785=785 кгм2; балки настила (gb)=422095=4442кгм2; всего расход металла составляет: 785+4442=12292 кгм2
qn=(28+077)111=3193 кНм=03143 кНсм
qрасч=(1228+105077) 111=3819 кНм
Расчетный изгибающий момент: Mmax=38195528=14441 кНм=14441 кНсм
Требуемый момент сопротивления: Wтреб= 14441112451=536см3
f=5384 0307960042061049840=20940=[l150]
Определим расход материала на 1м2 перекрытия: настил 10785=785 кгм2; балки настила (gb)=422111=3802кгм2; всего расход металла составляет: 785+3802=11652кгм2
По расходу металла выбираем 2ой вариант
Подбор сечения главных балок
1 Определение высоты главной балки
Главная балка выполняется составного сечения из листов соединенных сварными швами. Наименьший расход стали достигается при отпимальной высоте балки переменного сечения: hопт=103 3√ λefW где
λef=hwtw– гибкость стенки величина которая не должна превышатьmax λw=55√Е Ry
λw=55√206104 255=15632
Ry - расчетное сопротивление стали при изгибе; Ry=255 кНсм2
hw- высота стенки; tw-толщина стенки
qрасч=103(105g*+ γf·p) В=103(105·11519102+12·28)·55=19706 кНм
q*расч= qрасч100=197 кНсм
3-коэффициент учитывающий собственный вес конструкции
Расчетный изгибающий момент: Mmax=197200028=98500 кНм= 985000кНсм
Требуемый момент сопротивления: Wтреб= 985000112551=3511586см3
Qmax= q*расч l 2=19720002=1970кН
Тогда hопт=103 3√ 1503511586=14868 см
Для обеспечения жесткости балки (f≤ n0=400) необходимо иметь высоту балки h≤hmin где для балки переменного сечения минимальная высота:
hmin=(524)(С Ryn0l)Eγc
hmin=(524)(11 2554002000) 20610412=12888см
С-коэффициент учитывающий появление пластических деформаций. С=11
γf – коэффициент надежности по нагрузке; γf=12
Для нормальной схемы балочной клетки принимается самое простое соединение балок – поэтажное опирание. В этом случае строительная высота главной балки hстр= Hстр- hбнаст-tнаст- где
Hстр см- строительная высота перекрытия принимаемая по заданию
tнастсм – толщина настила
hбнастсм – высота балки настила совпадающая с номером двутавра
- габарит безопасности включающий прогиб главной балки.
hстр=220-36-12-10=1728 см
Тогда из условия hmin≤ hопт и hmin≤ hстр (строительная высота перекрытия равна 22м)
При этом высота балки принимается кратной модулю М1=10см. То есть h=150 см
2 Подбор сечения главных балок в середине пролета
Максимальное значение поперечной силы
Максимальное значение поперечной силы Qmax=2000кН
Из пункта 3.1: h=150 см
Толщина стенки t определяется из расчета на срез в опорном сечении:
t≥[(KQQma hef λw ] где
коэффициент неравномерности распределения касательных усилий по высоте стенки KQ=20 (для сплошной колонны);
Rs=058 Rу кНсм2 – расчетное сопротивление стали на срез.
t≥[ (202000) 14551479 ; 1455200 ]
t≥[ 105см ; 097см]. Примем t=11 см=11 мм
Тогда с учетом толщины стенки: hef=h-2tfсм где tf2t
hef=150-2(211)=1456см
Гибкость стенки λw= hef t=145611=13236
Условная гибкость λw= λw √ Ry Е≥27 так как λw =13236√255206104=467>45
Аf=(Wтреб hef)- heft= (35115861456)-145611=1121см2
bf≥ Аftf=112120=5605см. Примем bf=570мм
При подборе сечения необходимо помнить о конструктивных ограничениях: bf≤h;
tf≤3t. Оба конструктивных ограничения выполняются.
Принимаем пояса из листа 570х20 мм (по ГОСТ 82-70*). При этом Ап=57*20=1140см 2
Полученное сечение необходимо подвергнуть проверке по двум предельным состоянием . Для этого определяем геометрические параметры сечения:
Jx=2[(bftf3)12+ bftf((h+hef)4)2 ]+t hef312
Jx=2[(570203)12+ 57020 ((150+1456)4)2 ]+11 1456312=152817267см4
Wx =2Jxh=2152817267150=2037564см3
=985000112037564=2509 кНсм2≤2551 кНсм2
Проверим прогиб балки: f=5384 g* g*=g102 g -расход стали
f=5384 1132000412096206104152817267=205375=[l400]
3Установление места и размеров измененного сечения
Изменение сечения балки выполняется за счет ступенчатого изменения ширины поясного листа bf которое на опоре становится равным b0.
Из условия минимизации объема стали балки переменного сечения
V=4b0tfx0+2 bftf (l-2x0)+ heftl определяется теоретическое место изменения сечения
x0=l3 ×(1-√1-3Rwy4CRy)см где Rwy-расчетное сопротивление стыкового шва листов
При отсутствии физического метода контроля сварного стыкового шва нижнего пояса работающего на растяжение Rwy=085 Ry=085255=2168 и тогда при С≥1 x0≤0133l. Обычно принимают x0=015l b0 bf2.
MXo=051Mmax=051995000=3068750кНсм
W0=06Wтреб=063511586=1503209 см3
b0=bf - (Wтребheftf)(1С1-06)=57-(351158614562)(111-06)=3867см
b0 должно быть не менее 18 см что связано с условием сварки поясного шва с помощью сварного трактора и не менее 01h для обеспечения устойчивости балки на опоре.
Проверка прочности балки в месте изменения сечения по нормальным напряжениям:
При этом ; Rwy=085 C=1; MXo=051Mmax
Jx=2[(b0tf3)12+ b0tf((h+hef)4)2 ]+t hef312
J0=2[(400203)12+ 40020 ((150+1456)4)2 ]+11 1456312=115678773см4
Wx =2Joh=2115678773150=1570146см3
=3068750101570146=179 кНсм2≤21681 кНсм2
Проверка приведенных напряжений в крайних точках стенки А и Б:
x= MХо hef W0h=306875014521503209 150=2263кНсм2
S0'= b0tf(h+hef)4=402(150+1456)4=5904
QХо=035q*расчl=03522000=1050
xy= 10505904 11567877312=447
еf=√ 22632+34472=2392 кНсм2≤115Ryγc=115255=2933 кНсм2
4Проверка обеспеченности общей устойчивости балки
Устойчивость балки обеспечена если верхний пояс раскреплен в боковом направлении балками настила или вспомогательными балками и при этом
(=b)- расчетная длина верхнего пояса
-площадь полки главной балки
-площадь стенки главной балки; =11·1456=1602см2
Расстояние между балками настила b=14см28352см Таким образом общая устойчивость балки обеспечена.
5Проверка местной устойчивости сжатого пояса и расчетных отсеков стенки
Сжатая полка представляет собой консольную пластину упруго закрепленную в стенке и имеющую вылет
Расчет опорного отсека
Предварительно определим отношение
По графику для опорного отсека определяем что =116 ( ).Следовательно
Расчет промежуточного отсека
По графику для среднего отсека не представляется возможным определить отношение при . Следовательно расставляем ребра жесткости под каждой балкой настила.
Расчет срединного отсека
Проверка местной устойчивости опорного отсека
-среднее касательное напряжение в пределах отсека
- критическое касательное напряжение
= d-меньшая из сторон пластинки (или hef или а)
-критическое нормальное напряжение
- местное напряжение в стенке
Так как отношение то
6Проверка прочности поясных швов
Высота катета (толщина сварных швов) выполняемых автоматической сваркой принимается по таблице СНиП: Кf=06см
Расчет касательного напряжения в шве выполняется на опоре или под ближайшей к опоре балкой наста по формуле:
=5904 см3; =115678773см4
тогда примем -при электродах Э50
n=2-для двустороннего сварного шва
7Проверка местной устойчивости сжатого пояса и расчетных отсеков стенки
Торцевое опорное ребро обычно принимается сечением то есть из конструктивных соображений;
Включаемая в работу полоса стенки
Опорное ребро проверяется на:
7.1смятие строганного торца
Площадь ребра: Ар=b0·ts=40·3=80см2
7.2устойчивость ребра
- стержня защемленного внизу и загруженного равнодействующей в середине высоты
7.3срез сварных швов соединения
Вывод: так как катет шва =055 мм что менее минимального катета шва=06 мм то принимаем =06 мм.
8.Укрупнительный стык сварной балки
В середине пролета главной балки предусматривается укрупнительный стык в двух вариантах: сварной и на высокопрочных болтах.
8.1 Укрупнительный стык на сварке
Сварной стык будет равнопрочным с основным сечением если выполнить косым стык растянутого нижнего пояса с помощью ручной сварки на планках.
Для обеспечения надежной работы стыка необходимо исключить большие усадочные напряжения. С этой целью поясной шов lw=1мм заварить в последнюю очередь после того как заварен стыковой шов стенки и поясов и произошла свободная усадка этих швов порядка вызвавшая усадочные напряжения порядка
8.1. Укрупнительный стык на высокопрочных болтах
Укрупнительный стык на высокопрочных болтах рассчитывается независимо для поясов и для стенки.
Стык поясов перекрывается накладками с двух сторон суммарная площадь которых должна быть не менее площади пояса . Число болтов по одну сторону стыка пояса округляется в большую сторону до четного значения где
-коэффициент трения при обработке поверхности газопламенным способом
- коэффициент надежности при регулировании натяжения болта по моменту закручивания;
При диаметре болта ( высота балки )
Таким образом при материале болтов из стали 40Х «селект» () расчетное усилие на одну поверхность трения соединяемых элементов стянутых одним болтом :
При ширине пояса (57см>20·2см) можно не учитывать ослабления листа отверстиями под болты ( ) на 4-ёх дорожках.
Число болтов по одну сторону среза: то есть принимаем .
Сечения накладок: 570мм×14мм и 2×265мм×14мм
Расчет болтов стыка стенки перекрываемого двусторонней накладкой заключается в проверке условия: где
m=2 – число вертикальных рядов
- момент инерции стенки
-расстояние между парами болтов симметрично расположенных относительно нейтральной оси.
При этом шаг болтов: где число дорожек при
Проверим выполнение условия:
Условие не выполняется. Тогда примем для крепления накладок к стенке главной балки болты диаметра 24 мм с
условие выполняется.
Сечение накладки: 140×1430×11мм
Расчет и конструирование колонны
1. Выбор расчетной схемы и типа сечения колонны определение продольной силы и длины.
Расчетная схема колонны определяется граничными условиями закрепления ее ствола (стержня) в оголовке и в основании (базе). В направлении горизонтального шага (В) оголовок имеет горизонтальную шарнирную опору в виде системы связей. В направлении «L» такая опора может и отсутствовать в то время как может существовать упругое защемление оголовка от поворота. Внизу колонна закрепляется шарнирно или жестко закреплена в фундаменте. Последнее необходимо при отсутствии горизонтального закрепления оголовка.
Расчетная длина колонны где l- геометрическая длина (см) принимается от обреза фундамента на отметке от -04 до -06м м до отметки опирания главной балки на оголовок.
Продольная сила с учетом собственной массы колонны имеет расчетное значение равное где - расчетная величина опорной реакции главной балки
Расчет колонн на устойчивость выполняется по формуле: где
-коэффициент продольного изгиба. Примем =60тогда для стали С245 и =60 коэффициент продольного изгиба
Сечение сплошной колонны принимается в виде сварного двутавра.
Требуемая площадь сечения:
Радиус инерции сечения:
Требуемая ширина сечения колонны:
- коэффициент связывающий размеры сечений с их радиусам сечений. Чтобы обеспечить возможность сварки примем b=50см
Принимаем сечение стенки: 500×8мм
Требуемая площадь поясов:
Принимаем пояса из листов: 16×380мм при этом
Проверим обеспеченность местной устойчивости полки:
Геометрические размеры сечения:
Так как проверку устойчивости выполняем относительно оси у-у:
Проверка устойчивости:
Таким образом подобранное сечение удовлетворяет требованиям местной устойчивости и может быть выполнено с помощью автоматической сварки.
2 Конструкция и расчет оголовка колонны
Принимаем опорную плиту оголовка толщиной и размерами 580×380мм
Давление главных балок передается колонне через ребро приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами.
Длина участка смятия: . Толщину ребер находим из условия
Длину ребра находим из расчета на срез. Принимаем . Тогда:
По СНиП определяем:
Сварка полуавтоматическая в углекислом газе проволокой Св-08Г2С
Длина шва должна соответствовать условию:
Проверяем стенку на срез вдоль ребра:
Так как стенка не выполняет условия на срез необходимо ее усилить с помощью ламели.
Принимаем ее толщину 25 мм а длину:
3 Конструкция и расчет базы колонны
Требуя площадь плиты из условия смятия бетона: где (марка бетона В125)
Принимаем плиту размером 650×550. Тогда площадь плиты:
Находим изгибающие моменты на единицу длину d=1см на разных участках плиты.
Участок 1 (балочная плита так как отношение ):
Участок 2 (консольный):
Участок 3 (работает как консольный):
Толщину плиты подбираем по наибольшему моменту из условия:
Момент сопротивления полоски плиты шириной d=1 см равен:
Для стали С245 при t=20-30мм Rу=24 кНсм2
Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Соответствующие характеристики:
. Достаточно выполнить расчет по металлу шва учитывая находим требуемую величину :
Принимаем . При этом требуемая длина шва:
. Поэтому высоту траверс принимаем равной 610мм.