Проектирование рабочей площадки одноэтажного промышленного здания

Чертеж МК.dwg

Все сварные швы с катетом Кр=6мм кроме оговоренных. 2. Все болты нормальной прочности М20 ГОСТ 7798-70*
кроме оговоренных. 3. Высокопрочные болты М20 ГОСТ 22356-77* из стали марки 40Х 4. Материал конструкций - сталь С245 ГОСТ 27772-88. 5. Сварку выполнять электродами типа Э42 ГОСТ 9467-75*. 6. Все отверстия о 22
(Verwendungsbereich)
(Modell- oder Gesenk-Nr)
главная балка ГБ-1-1300
Схема расположения балок
Марка или ГОСТ на сталь
Марка отправочного элемента
Высота катетов сварных швов принимается по расчету.
Все болты нормальной точности М20 ГОСТ 7793-70
Высокопрочные болты М20 ГОСТ 22356-77* из стали марки 40Х.
Материал балки настила - прокатная сталь С-235 ГОСТ 8239-89.
Материал конструкций главной балки и колонн - сталь С-245 ГОСТ 27772-88.
Сварку выполнять электродами Э-42а ГОСТ 9467-75.
Металлические конструкции
Проектирование рабочей

Металлические конструкции(7-ой семестр).DOC

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра промышленного и гражданского строительства
Пояснительная записка
по курсовой работе по дисциплине:
«Металлические конструкции включая сварку»
Тема: «Проектирование рабочей площадки
одноэтажного промышленного здания»
строительного факультета
Компоновка схемы балочной клетки.
Подбор толщины стального настила и его проверка по деформации.
Подбор сечения балок настила
1 Сбор нагрузок на балку настила.
2 Подбор сечения балок проверка прочности и жесткости принятого сечения.
3. Определение параметров главной балки
4. Изменение сечения составной балки по длине
5. Проверка общей устойчивости балки
6. Проверка местной устойчивости балки
7. Расчет соединения поясов со стенкой
8. Расчет опорной части балки
9 Расчет сопряжения балок настила с главной балкой.
Расчет центрально-сжатой колонны.
1Расчет стержня сквозной колонны.
2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси
3 Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси.
4 Проверка прочности сквозной колонны на условную поперечную силу.
5 Расчет базы колонны.
6 Расчет оголовка колонны.
Система балок перекрывающая балочное пространство образует балочную клетку. Рабочая площадка одноэтажного промышленного здания имеет нормальный вид балочной клетки. Нагрузка на балки передается через стальной плоский настил.
Балка настила выполнена в виде прокатного двутавра по сортаменту. Сечения главной балки в виде двутавра сварное из трех стальных листов. Колонна рабочей площадки сквозного сечения состоит из трех листов на сварке выполнена в виде двутавра. Сечение состоит из двух ветвей соединенных между собой накладками. Шаг балок настила принят в соответствии с временной полезной нагрузкой принят 1 м. Главная балка состоит из двух отправочных элементов.
Стальной настил крепится к балкам настила на сварке. Ориентировочно толщина стального настила принимается tнас.=12мм (при шаге балок настила на 1 м).
Так как настил приваривается к балкам настила то он проверяется только на прогиб и на максимально допустимый прогиб
стали = 7860 кгм 3 = 78600 Н м 3 = 786 кНм 3
tn = 0.012 м = 12 см
Условие жесткости не выполняется. Тогда определяем толщину настила по формуле:
По ГОСТ 82-70* принимается tнас=16 мм.
Подбор сечения балок настила.
Схема балки настила:
а = 1000 мм (грузовая площадь) ;
qn = (28+1.258) 1 + 0.4 = 29658 кН м
Вычисляем требуемый момент сопротивления для балки настила. При действии статической нагрузки и обеспечения местной и общей устойчивости сечения балку подбирают с учетом развития пластических деформаций.
Принимаем марку стали С-235: Ry = 230 МПа = 23 кНсм2. 112-предварительный коэффициент для учета развития пластических деформаций.
Номер двутавра 30а Wx = 472 см3 Ix = 7780 см2
Проверяем прочность и жесткость принятого сечения.
Проверку прочности нормального напряжения проводим по формуле:
Сx = 1.04 – уточненный коэффициент учитывающий пластическую работу материала.
Af = b t = 135 х 102 = 1377 Aw=h-2t-2R = 30 – 204 - 24= 2556
значит принимаем Сх = 112
Проверяем прочность по касательным напряжениям по формуле:
tw– толщина стенки двутавра (d) tw = 65 мм =065 см.;
h – высота прокатной балки h = 300 см
3 Определяем жесткость балки
Проверяем жесткость балки по формуле
- условие выполняется
Расчет главной балки
1. Подбор сечения главной балки
1.1 Сбор нагрузок на главную балку
Главную балку рабочей площадки проектируем составного сечения состоящую из трех
листов соединенных на сварке. Рассчитываем балку по разрезной схеме загруженную равнораспределенной нагрузкой.
а-шаг балок настила = 1000 мм
b-шаг главных балок = 5500мм; ; кНм; ; ;
Расчетная схема главной балки представляет собой однопролетную балку на двух опорах.
В целях экономии металла главную балку проектируем переменного сечения по длине поэтому работа стали допускается лишь в упругой стадии т.е. подбор сечения балки осуществляем без учета пластических деформаций.
где – коэффициент условия работы для сплошных сварных балок ;
– коэффициент условия работы по назначению для сварных балок .
Для сварной главной балки принимаем сталь С-245.
1.2 Компановка сечения главной балки
Компоновка сечения балки начинают с определения высоты h для чего находим оптимальную и минимальную высоты балки.
Hопт определяется из условия минимального расхода стали по формуле:
где k – коэффициент зависящий от конструктивного решения балки: .
Ориентировочно определяем толщину стенки по эмпирической формуле для этого предвари-тельно находим высоту главной балки из условия:
По сортаменту (ГОСТ 82-70*) принимаем толщину стенки .
Наименьшая рекомендуемая высота балки определяется её жесткостью предельным прогибом:
Принимаем высоту балки .
Высоту стенки назначают исходя из ширины листов толстой листовой стали но так как максимальная ширина листа по ГОСТу 105 см принимаем
Проверяем толщину стенки из условия ее работы на срез
Условие выполняется. Окончательно принимаем толщину полки
Для обеспечения устойчивости стенки без укрепления ее продольными ребрами жесткости в балках высотой до 2 м должно соблюдаться условие:
14057 Следовательно рёбра жёсткости по расчёту не нужны.
Определяем размеры поясных листов.
Требуемая площадь сечения 1-го поясного листа:
По ГОСТ 82-70 принимаем ширину листа с размером 400мм.
Местная устойчивость сжатого пояса считается обеспеченной если выполняется соотношение:
1.3 Проверка прочности и жесткости составной балки.
Определяем геометрические характеристики поперечного сечения балки:
Определяем площадь сечения балки:
Определяем статический момент половины сечения относительно нейтральной оси:
Определяем момент инерции:
Определяем момент сопротивления сечения:
Проверяем прочность сечения по нормальным напряжениям:
Условие не выполняется меняем ширину полки. Принимаем ширину полки 450мм
Определяем статический момент половины сечения относительно нейтральной оси
Условие выполняется
Выполняем проверку по касательному напряжению:
Составная балка удовлетворяет условиям проверки по нормальным и касательным напряжениям.
Проверяем балку по местным напряжениям в стенке при приложении к верхнему поясу сосредоточенной нагрузки (при поэтажном опирании ):
F – расчётное значение сосредоточенной силы. В нашем случае две опорные реакции балки настила.
- условная длина распределения нагрузки
– ширина полки двутавра балки настила = 135
- толщина пояса главной балки
2 Изменение сечения составной балки по длине.
В целях экономии металла в балках работающих в упругой стадии при пролете от 12 м и более на расстоянии 16L (пролета) от опоры сечения может быть уменьшено. В сварных балках при сохранении постоянной высоты изменяем ширину поясов.
Определяем момент сопротивления измененного сечения из условия прочности стыкового сварного шва растяжению при полуавтоматической сварке.
Находимо требуемую площадь сечения пояса уменьшенной ширины:
Так как выполняются конструктивные условия:; ; принимаем по ГОСТу 240 мм
Проверяем прочность балки в месте изменения сечения для чего определяем геометрические характеристики нового сечения:
Проверка прочности подобранного сечения
Проверка прочности по нормальному напряжению в месте измерения сечения производят
Условие выполняется.
В месте изменения сечения балки действуют как нормальные так и касательные напряжения поэтому необходимо проверить прочность балки от совместного действия этих напряжений.
Условие выполняетсяребра жесткости по расчету не требуются.
2.1 Проверка общей устойчивости балки
Общая устойчивость балки считается обеспеченной если :
На сжатый верхний пояс опирается и надёжно с ним закрепляется сплошной жёсткий настил
расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений. При нормальном типе балочной клетки .
2.2 Проверка местной устойчивости элементов балки
В составных балках местная устойчивость верхнего сжатого верхнего пояса будет обеспечена если отношение свеса к толщине не превышает значений
Местная устойчивость стенки балки считается обеспеченной если условная гибкость стенки
при поэтажном опирании балки.
Максимальное расстояние между конструктивно принятыми рёбрами жёсткости:
Расстояния между рёбрами жёсткости принимаются кратными пролёту главной балки.
Необходимо исключить размещение рёбер жёсткости в середине балки.
Одно промежуточное ребро жёсткости ставится в уменьшенном сечении балки.
Балка разделяется на нечётное число отсеков и длина отсека берётся
Определяем ширину ребра
По ГОСТ 82-70 принимаем толщину ребра .
Ребра жесткости приваривают к стенке балки сплошным двухсторонним угловым швом минимальной толщиной kf=6мм. Для пропуска поясных швов и снижения усадочных напряжений рёбра жёсткости должны иметь скосы = 60 мм по высоте и 40 мм по ширине.
2.3 Расчет соединения поясов со стенкой
Поясные швы рассчитываются на сдвигающую силу Т и давление от сосредоточенного груза . Сдвигающая сила приходящаяся на 1 см длины балки
где статический момент пояса относительно нейтральной оси
Давление сосредоточенного груза кНсм где F – вес балки настилакН
Толщину сварных угловых швов определяем из условия прочности по металлу шва:
Определяем толщину катета шва по металлу зоны сплавления
Принимаем высоту сварного шва по минимальному значению равным 7 мм.
Опорное давление главной балки на опору передается посредством опорных ребер расположенных в торце балки. Торцевые опорные ребра привариваются по всему контуру их соприкосновения. Нижний край опорного ребра фрезеруется и для правильной передачи давления на колонну ось опорного ребра совмещаются с осью элемента колонны.
Размеры опорного ребра определяем из условия его прочности при работе на смятие торца.
где коэффициент надежности по металлу и для стали .
Принимаем толщину опорного ребра .
Проверяем опорное ребро на условие местной устойчивости
Проверка устойчивости опорной части ребра балки состоящей из опорного ребра и участка стенки длиной .
При гибкости принимаем ;
Рассчитываем сварные швы прикрепляющие опорное торцевое ребро к полке стенки балки из условия прочности по металлу шва.
- количество швов прикрепляющих опорное торцевое ребро к стенке балки =2
- длина одного сварного шва
По металлу границы сплавления
Принимаем высоту катета шва мм по конструктивным требованиям.
Соединение балок настила с главной балкой осуществляется на болтах нормальной точности диаметр которых назначается конструктивно в пределах 16-20 мм.
Принимаем диаметр болтов 18 мм. Эти болты предусматриваются только для фиксации положения балок.
В балочной клетке нагрузкой на колонну будут опорные реакции двух главных балок.
Расчетная длина колонны:
Одноярусную колонну принимаем с шарнирным закреплением. В этом случае .
Задаемся значением гибкости . Сталь С-245. Ry=24 кНсм2.
Определяем требуемую площадь сечения:
Определяем требуемый радиус инерции:
Принимаем сквозную колонну из 2 двутавров тогда требуемая площадь одного двутавра:
Принимаем колонну из двух двутавров №40 ()
Определяем действительную гибкость колонны по оси Х:
2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси.
Сечение получается не экономным поэтому принимаем двутавр № 36:
принимается в пределах 30-40. Предварительно принимаем =30.
Определяем момент инерции сечения по оси У.
Условие выполнено окончательно принимаем двутавры №36.
Определяем расстояние между планками в свету:
Определяем ширину планки:
Толщину планок задаем конструктивно в пределах 6 12 мм. Принимаем толщину планок
tпл = 9мм. При этом должны выполняться условия:
Определяем длину планок: мм тогда
и т.е. условие выполняется.
Определяем расстояние между центрами планок:
- условная поперечная сила возникающая от искривления стержня при продольном изгибе;
- коэффициент принимаемый по меньшему из двух значений: .
Под действием условной поперечной силы в колонне возникает поперечная сила Fs и изгибающий момент Мs.
где с - расстояние между центрами тяжести двутавров с = b
Проверяем прочность угловых швов прикрепляющих планки к ветвям:
где катет сварного шва см;
Таким образом выполняется условие прочности угловых швов.
При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом базу закрепляем в фундамент анкерными болтами непосредственно за плиту. Анкерные болты принимаем конструктивно диаметром 2036мм. Так как эти болты не рабочие они фиксируют только правильность положения колонны. Число анкерных болтов 4. Принимаем диаметр болтов 26 мм.
Находим требуемую площадь опорной плиты по формуле:
среднее расчетное сопротивление бетона смятию.
МПа т.к. принимаем бетон фундамента класса В15
Предварительно задаемся отношением и принимаем .
Принимаем толщину траверсы в пределах 10 16 мм. мм а также расстояние от траверсы до края плиты в пределах 80 100 мм: принимаем с = 80 мм.
Находим ширину плиты:
Длина плиты определяется по формуле:
Определяем толщину плиты из условия прочности на изгиб:
Плита на разных участках работает неодинаково:
Определяем наибольшие изгибающие моменты на участках плиты опертой по четырем сторонам – М1 по трем сторонам – Мll и на участке закрепленной с одной стороны – Мlll:
где и зависит от отношения ;
и зависит от длины закрепленной стороны участка
Принимаем толщину плиты 40 мм.
Определяем высоту траверсы исходя из требуемой длины сварных швов прикрепляющих стержень колонны к траверсам.
Принимаем высоту траверсы.
Проверяем прочность траверсы на изгиб и срез по нормальным напряжениям:
Проверяем по касательным напряжениям:
Толщину опорной плиты назначаем конструктивно 20 мм. Болты прикрепляющие плиту к колонне и выполняющие только фиксирующую функцию так же назначаются конструктивно 20 мм.
В зависимости от ширины опираемого торца балки назначаем ширину диафрагмы 22 см.
Толщину опорного ребра и диафрагмы определяем по формуле:
По ГОСТ принимаем толщину опорного ребра 20 мм.
Высоту диафрагмы определяем из условия прочности сварных швов прикрепляющих ее ребра к стенкам колонны.
Подобранное ребро проверяем на срез
Условие выполняется. Принимаем высоту ребра 46 см.
Список используемой литературы
Металлические конструкции Под ред. Горева В.В- м.: Высш. шк. 2001.
ГОСТ 82-70 (1988). Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный.
СНиП 2.01.-85*. Нагрузки и воздействия.-М.: Стройиздат1996.
СНиП -23-81*. Стальные конструкции.-М.: Стройиздат 1998.