Проектирование металлической рабочей площадки

Металлы.dwg

Выпускная квалификационная работа
Спортивно - оздоровительный комплекс
Сравнение вариантов конструктивного решения покрытия
Автоматическая сварка поясных швов главной балки выполняются под слоем флюса АН-47 сварочной проволокой СВ-10НМА и катетом шва 8 мм. 2. Заводская сварка-полуавтоматическая в среде защитных газов
сварочная проволка Св-10 3. Неоговоренные на чертежах швы варить катетом 5 мм. 4. Монтажная сварка-ручная электродуговая
электроды типа Э-42. 5. Отверстия под болты сверлить диаметром 19 мм. Болтовые соединения выполнять классом точности С. 6. После изготовления конструкции на заводе конструкцию огрунтовать грунтовкой ГФ-021
за 1 или 2 раза.Антикоррозийное защитное покрытие выполнить после монтажа конструкции Окраской за 2 раза эмалью КО-8101 7. Листы настила отправлять заказчику на поддонах общей массой 1т. 8. После установки колонн в проектное положение и их временного закрепления выполнить подливку плиты базы колонны бетоном В20 на щебне фракции 5-10мм
Конструктивная схема рабочей площадки
Расчетно-графическая работа
Конструирование балочной клетки
Схема расположения балочной клетки
Масса наплавляемого металла 1
Ведомость отправочных элементов
Поясные швы главной балки варить автоматической сваркой под слоем флюса АН-348-А катетом шва 7мм. 2. Заводская сварка -полуавтоматическая
в среде защитных газов
сварочная проволока Св-10. 3.Неоговоренные на чертежах швы варить катетом 5 мм. 4. Монтажная сварка ручная электродная сварочными электродами Э46. 4. Отверстия под болты для базы колонны диаметром 30 мм
для опорной части главной балки диаметром 23 мм. Класс точности С. 5. После изготовления конструкции на заводе-огрунтовать 2 раза грунтовкой. Антикоррозионное защитное покрытие выполнить после монтажа конструкции. 6.Листы настила отгружать заказчику на поддонах общей массой 1т.8. 7.После установки колонны в проектное положение и временного закрепления выполнить подливку под плиту базы колонны из бетона класса В15 на мелком заполнителе.
Ведомость сварных швов

Металлы Салогуб РГР1.docx

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны балки настил и связи (рис. 1). Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.
Балочные клетки могут быть упрощенного нормального или усложненного типа (рис.2)
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 листовая сталь с рифами а также просечно-вытяжная сталь. В некоторых случаях настил используется монолитным железобетонным с оставляемой наружной опалубкой из профилированного листа или из сборных железобетонных плит. При расчете определяют толщину листа и шаг балок настила катет шва которым настил крепится к балке настила.
Опирание балок настила может быть поэтажным в одном уровне и пониженным. При поэтажном перекрытие клетки имеет максимальную высоту но является наиболее индустриальным. Для уменьшения строительной высоты перекрытия применяется опирание в одном уровне.
Опирание главной балки на колонну может быть: сверху и сбоку. При опирании сверху соединение реализует шарнирную схему а сбоку – шарнирную жесткую или полужесткую в зависимости от конструкции узла.
Решения баз колонн отвечают различным расчетным схемам: шарнир в двух плоскостях шарнир в одной плоскости жесткое сопряжение. База колонны имеет опорную плиту листы траверсы. Анкерные планки или балки размеры и толщины которых определяют из расчета. 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.
Проектирование настила и балок настила
1Разработка вариантов настила
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 11≤ q ≤20 кНм2 равна 8–10 мм. Настил выполняем из стали С235: Ry= 230 МПа=23 кНсм2. Коэффициент условий работы настила предельный относительный прогиб настила . Настил приварен к балкам ручной электродуговой сваркой положение шва нижнее электродами Э46А
В соответствии с нагрузкой и прогибом выбираем рекомендованное соотношение .
)Приняв толщину настила находим пролет .
Определяем число пролетов следовательно окончательное значение
)Приняв толщину настила находим пролет . Определяем число пролетов следовательно окончательное значение
2 Расчёт сварных швов настила
Величина распора действующего на лист настил в полосе 1 м:
где - коэффициент надежности по нагрузке (табл. 6 [1]);
Далее рассчитываем сварной шов которым осуществляется крепление листов настила к балкам. Сварной шов рассчитываем на срез по двум сечениям.
По границе сплавления:
f =07 z=1 – коэффициенты глубины проваривания шва
γwf=1 γwz=1 – коэффициенты условий работы шва которые принимаются в зависимости от климатического района;
Rwf Rwz – расчётные сопротивления срезу металла шва и металла границы сплавления;
- нормативное временное сопротивление металла для стали
В качестве сварочных электродов применяем Э42А ().
Расчёт катета сварного шва по металлу шва:
Расчёт катета сварного шва по границе сплавления:
Принимаем: (табл. 38*[1])
Проектирование балок настила
Рассмотрим два варианта компоновки рабочей площадки:
Сталь для стальных конструкций принимается согласно [1 табл.50] и для балок настила применяется сталь С235: Ry = 230МПа = 23 кНм2 Ru= 250МПа . Коэффициент надежности по нагрузке γf принимается согласно [2] и для равномерно распределенных нагрузок при полном нормативном значении 20 кПа и более .
Расчет ведем в упругой стадии.
1Сбор нагрузок на балку настила
Расчетные и нормативные нагрузки для балок настила соответственно равны:
- расчётное - нормативное.
2 Статический расчёт и подбор сечения балки настила
Максимальная поперечная сила:
Производим подбор сечения балки настила. Требуемый момент сопротивления:
Принимаем двутавр 30Б2 ГОСТ 26020-83 (Jх=7293см4 Wх=4878см3 Sx=2738см4 tполки=10мм)
Касательные напряжения у опор будут равны:
Прогиб балки составляет:
Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
) Расчетный изгибающий момент:
Принимаем двутавр 35Б1 ГОСТ 26020-83 (Jх=10060см4 Wх=5817см3 Sx=2286см4 tполки=85мм)
3 Определение расхода стали (вариантное сравнение)
Для определения наиболее экономичного варианта сравним расход материала в первом и втором случае
Масса настила и балок настила на 1м2:
Более экономичный является вариант при толщине настила 8 мм количество шагов балок настила на одну ячейку 10 равных 092м.
Проектирование главной балки
1 Сбор нагрузок на главную балку
Главную балку выполняем в виде составного сечения из сваренных листов полок и стенки. Сталь для стальных конструкций принимается согласно [1 табл.50] и для сварных балок рабочих площадок применяется:
для полки С 275 (Ry = 260МПа = 26 кНм2);
для стенки С 245 (Ry = 240МПа = 24 кНм2).
Коэффициент условий работы .
Расчет ведем в упругопластической стадии.
Т.к. число сосредоточенных нагрузок более 5 то их можно заменить одной равномерно распределенной нагрузкой.
2 Статический расчёт и подбор сечения главной балки
Максимальный момент в сечении:
Максимальная поперечная сила
Условие безопасной прочности при изгибе для работы в упругопластичной стадии. Определяем требуемый момент сопротивления балки:
где γс – коэффициент условий работы определяемый по [1 табл.6] для сплошных составных балок γс=11;
Ry – расчетное сопротивление стали растяжению сжатию и изгибу определяемое по пределу текучести. Для стали С275 широкополосного проката Ry=260 МПа=260*100 Нсм2
- коэффициент для расчета на прочность с учетом развития упругопластических деформаций при изгибе с1 = 112 (коэффициент принят в 1 приближении).
Требуемый момент сопротивления сечения Wтр:
Конструктивный расчёт главной балки:
Высота главной балки. Задаем предварительную высоту главной балки . В первом приближении
Определяем предварительную толщину стенки главной балки .
Вычисляем оптимальную высоту главной балки - для сварных деталей.
Определяем минимальную высоту 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:
условие выполняется продольные ребра не требуются.
Принимаем толщину стенки – 12 мм.
Определим размеры полки исходя из требуемого момента сопротивления:
В то же время где z – плечо внутренней пары сил
Требуемая площадь полки:
где z – расстояние от центра сечения до центра полки (z=50-22=49 см).
bf=0.2-0.5h назначим tf=20мм
Принимаем ширину полки .
Проверяем величину отношения свеса полки к ее толщине по формулам
Итого назначаем сечение двутавра со следующими параметрами
h=1000мм hw=960мм bf=350мм bef=169мм tf=20мм tц=12мм
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.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. 845 142 устойчивость поясного листа обеспечена.
7. 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 = 2596 = 240 см.
Т.к. сопряжение балок выполняется в разных уровнях установку поперечных ребер предусматриваем с шагом 22 м.
Ширина ребер должна быть не менее
Принимаем bh = 100 мм.
Толщину ребра принимаем 10 мм.
Определяем изгибающие моменты и поперечные усилия в необходимых сечениях:
M1=93312*15–20736*1522=11664 кН*м;
M2=93312 *216 –20736*21622=153181 кН*м;
Mср=(M1+M2)2=(11664+153181)2=13491кН*м.
Q1=93312–20736*15=62208 кН;
Q2=93312–20736*216=48522 кН;
Qср=(Q1+Q2)2=(62208+48522)2=55365кН.
Расчет на местную устойчивость стенок следует выполнить по формуле:
Критические нормальные напряжения: ;
По табл. 21 22 СНиП II-23-81* определяем при
Критические касательные напряжения:
где Ryn – предел текучести стали определяемый по (табл.51* [1]) (Ryn=255МПа);
γm – коэффициент надежности по материалу определяемый по (табл.2* [1]) (γm=105);
Rs=058*255105=141кНсм2;
Проверка устойчивости стенки: .1.
Проверка устойчивости выполнена.
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 * h= 05 * 100 =50 см;
Так как α40 то =225+007α=225+007*289 =245
Так как φ1≤085 то φb=φ1;
Боковая устойчивость балки не обеспечена.
9. Расчет поясных сварных швов
Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе полуавтоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины определяется по формуле:
S=Af*tf2 =35*2*49=3430 см3;
Для стали С255 по (табл. 55* [1]) принимаем сварочную проволоку Св-08ГА и электроды Э46 для выполнения сварки под флюсом АН-348-А.
Определяем требуемую величину катета Кf поясного шва свариваемого "в лодочку".
Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва f =07 (табл.34* [1]).
Коэффициент условия работы wf = 1 (пп. 11.2 [1]).
Расчетное сопротивление металла Rwf =200 МПа.
Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва z =10 (табл.34* [1]).
Коэффициент условия работы wz = 1 (пп. 11.2 [1]).
Расчетное сопротивление металла Rwz =045 *Run = 045 *370 = 1665 МПа.
Высота катета поясного шва должна быть не менее kf ≥ 24 мм.
По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (tf = 20 мм) по (табл. 38 [1]) принимаем катет сварного шва kf = 6 мм.
9. Расчет опорного ребра главной балки
Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирное с опиранием на колонну сверху. 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=240МПа).
Площадь опорного ребра определяется по формуле:
где N = 93312 кН – опорная реакция главной балки;
Требуемая толщина опорного ребра ;
где b = 18 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.
По толщине набольшего элемента по (табл. 38* [1]) принимаем
kf min=07см.Расчетная длина шва 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 =10 (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 =6мм прочность шва обеспечена.
Библиографический список
СНиП II-23-81* Часть II. Нормы проектирования. Глава 23. Стальные конструкции М. 1990г.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов Е.И. Беленя В.А. Балдин Г.С. Веденников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. – 6-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1986. – 560с. ил.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия (Дополнения. Разд.10. прогибы и перемещения) Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. – 8 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.

Металлы Салогуб РГР2.docx

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны балки настил и связи (рис. 1). Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.
Балочные клетки могут быть упрощенного нормального или усложненного типа (рис.2)
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 листовая сталь с рифами а также просечно-вытяжная сталь. В некоторых случаях настил используется монолитным железобетонным с оставляемой наружной опалубкой из профилированного листа или из сборных железобетонных плит. При расчете определяют толщину листа и шаг балок настила катет шва которым настил крепится к балке настила.
Опирание балок настила может быть поэтажным в одном уровне и пониженным. При поэтажном перекрытие клетки имеет максимальную высоту но является наиболее индустриальным. Для уменьшения строительной высоты перекрытия применяется опирание в одном уровне.
Опирание главной балки на колонну может быть: сверху и сбоку. При опирании сверху соединение реализует шарнирную схему а сбоку – шарнирную жесткую или полужесткую в зависимости от конструкции узла.
Решения баз колонн отвечают различным расчетным схемам: шарнир в двух плоскостях шарнир в одной плоскости жесткое сопряжение. База колонны имеет опорную плиту листы траверсы. Анкерные планки или балки размеры и толщины которых определяют из расчета. 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.
Подбор сечения колонны
Сталь для всех деталей принимается согласно [1 табл.50] и для колонн рабочих площадок применяется сталь С345. Ry=335МПа.
На колонну действует продольная сжимающая нагрузка равная двум опорным реакциям главной балки N=2*Rгб=2*93312=1866кН.
Закрепление нижнего конца колонны принято жесткое главная балка жестко закрепляет верхний конец колонны (с некоторой податливостью) а второстепенная шарнирно поэтому коэффициенты приведения длины приняты 07 и 08
Найдем геометрическую высоту колонны:
Расчетная длина стержня:
Требуемая площадь поперечного сечения колонны:
Радиус инерции сечения:
Ширина сечения колонны:
Принимаем по сортаменту ГОСТ 26020-83 два двутавра соединенных между собой планками с расчетными характеристиками
h=346мм b=155ммtw=62мм tf=85мм А=4953мм
Проверяем общую устойчивость колонны. Момент инерции относительно оси у меньше момента инерции сечения относительно оси х поэтому проверяем общую устойчивость колонны относительно оси у:
Моментом инерции стенки относительно оси х пренебрегаем. Радиус инерции:
Недонапряжение составляет 123% что является допустимо.
Принимаем соединительные планки с размерами: bп=300мм hп=10мм. Наибольшее расстояние между приваренными планками для сжатых элементов
Расстояние между планками принимаем 21м.
Условная поперечная сила
Условная поперечная сила приходящаяся на планку одной грани
Проверка планки на срез
Проверка планки на изгиб в её плоскости
Расчет опорного столика колонны
Конструкция опорного столика колонны представляет собой лист толщиной t=30мм. .C255.
Определяем длину опорной пластинки из учета расчетной длины шва
Высота ребра определяется в соответствии длиной сварного шва.
При разрушении по металлу шва: f=07; Rwf=215МПа; gwf =1;
f×Rwf=07×215=1505МПа
Разрушение по металлу границы сплавления: z=10; Rwz=1665МПа; gwz=10
Расчетным сечением является сечение по металлу шва.
По конструктивным требованиям принимаем длину пластинки lтрw=980мм.
Материал фундамента – бетон В25 Rb=14.5МПа.
Определение размеров плиты базы:
Принимаем размеры плиты 720×1240мм
Площадь получившего сечения Апл=124*72=8928м2
Определение толщины плиты:
Участок 1 (опирание по 4-м сторонам)
Участок 2 (опирание по 3-м сторонам)
Участок 3 (опирание на 1-у сторону)
По наибольшему из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов определяем толщину плиты:
Определение размеров траверсы:
Для стали С255 по (табл. 55* [1]) принимаем сварочную проволоку Св-08Г1С
По толщине набольшего элемента по (табл. 38* [1]) принимаем kf min .
kf min=07см.Расчетная длина шва lw= 85kf=595см.
Расчет по металлу шва.
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 = 215 МПа.
Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва z =10 (табл.34 [1])
Коэффициент условия работы wz = 1 (пп. 11.2 [1])
Расчетное сопротивление металла R wz =045 * R un = 045 *390 = 1755 МПа.
По меньшему произведению проводим проверку
Предельно-допустимая длина шва:
Принимаем высоту траверсы 50 см
Проверка по предельным напряжениям:
кНсм2 Условие выполнено
Проверяем прочность траверсы как балки с двумя консолями.
Мтрав = (ql28)-(qc22)=(525*12428)-(525*3222)= 74025кНсм2
Проверяем шов приварки траверсы к плите :
По металлу границы сплавления
Принимаем катет сварного шва равным 7 мм.
Торцы траверс и поверхность плиты базы фрезеровать.
Анкерами для колонны принимаем болты диаметром 30 из стали С345.
Rbt=230МПа Аs=7.06см2.
Усилие предварительного натяжения анкерным болтом
Принимаем толщину планки 5мм.
Библиографический список
СНиП II-23-81* Часть II. Нормы проектирования. Глава 23. Стальные конструкции М. 1990г.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов Е.И. Беленя В.А. Балдин Г.С. Веденников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. – 6-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1986. – 560с. ил.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия (Дополнения. Разд.10. прогибы и перемещения) Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. – 8 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.