Расчет и конструирование балочной клетки в металле

МК ПЗ Талипов Л.Н. ИГЭС 3-7.docx

Министерство Образования Российской Федерации
Московский Государственный Строительный Университет
Кафедра Строительных конструкций энергетики
Курсовой проект на тему:
«Проектирование металлических конструкций
машинного зала электростанции»
Расчет стального настила и балок настила ..4
Расчет балки настила .6
Расчет главной балки .9
Расчет и конструирование узлов главной балки 18
Расчет центрально сжатой колонны .22
Расчет и конструирование узлов колонны .27
Список литературы .33
Шаг колонн в продольном направлении А = 20 м.
Шаг колонн в поперечном направлении В = 6 м.
Размеры площадки в плане 3А х 3В
Отметка верха настила Н = 95 м.
Нормативная временная нагрузка q = 20 кНм2
Строительная высота перекрытия 2.2
Материал конструкции:
- настил: сталь С235
- балки настила: сталь С255
- главные балки: сталь С345
- колонны: сталь С285
Относительный прогиб настила 1150
Тип колонны – сплошная
Опирание колонны на фундамент: жесткое.
Расчет стального настила.
Выбор двух вариантов балочной клетки.
Вариант: шаг балок 1000мм.
Вариант: шаг балок 800мм.
Задаемся шагом балок настила : 1м и 0.8м.
Определяем толщину настила исходя из условия заданного относительного прогиба настила :
Е=206х104 кНсм2 – модуль упругости при цилиндрическом изгибе пластинки когда не возможна поперечная деформация;
=03 – коэф-т Пуассона;
E1=226х104 кНсм2 – цилиндрическая жесткость пластинки;
Pn=20 кНм2 = 0002 кНсм2 – временная нормативная нагрузка.
Расчет по жесткости проводим от действия нормативных нагрузок расчет по прочности (несущая способность) проводится на действие расчетных нагрузок.
При шаге балок настила l =1 м:
Принимаем t = 10 мм.
Определяем расход стали от настила 1 м2 стали толщиной 10 мм – весит 785 кг.
При шаге балок настила l =0.8 м:
Определяем расход стали от настила 1 м2 стали толщиной 9 мм – весит 628 кг.
Принимаем толщину настила 10 мм.
Расчет балки настила.
Пролет балки настила – 6 м;
Материал настила – С235 ;
С1 – коэффициент учитывающий пластические деформации;
Ry = 23 кНсм2 – расчетное сопротивление установленное по пределу текучести для стали С235.
Расчеты для шага балок настила 1 м.
Определим нормативную погонную нагрузку на балку настила:
gn = 1х785=785 кгм2 0785 кНм2 – вес настила;
Pn=20 кНм2 – временная нормативная нагрузка.
Расчетная нагрузка на балку:
Расчетный изгибающий момент:
q=2531 кНм – расчетная нагрузка;
выражаем требуемый момент сопротивления балки Wтр:
Проверяем двутавр №30: W J Вес = 365 кгм
Проверяем прогиб по формуле:
двутавр №30 не подходит!
Принимаем двутавр №33: W J Вес = 422 кгм
Предельный прогиб установленный СНиП :
Определим расход стали:
Расчеты для шага балок настила 08 м.
q=2026 кНм – расчетная нагрузка;
Проверяем двутавр №27: W J Вес = 315 кгм
двутавр №27 не подходит!
Принимаем двутавр №30: W J Вес = 365 кгм
Заключительный подбор двутавра.
Для шага 1 м расход стали для балки двутаврового сечения №33 составит 20*422*6=5064кг
Для шага 08 м расход стали для балки двутаврового сечения №33 составит 25*365*6=5475кг
Экономически выгодно принять 20 балок настила двутаврового
сечения № 33 с шагом 1000мм.
Расчет главной балки.
Сбор нагрузки на балку.
Принимаем вес главной балки равным 5% от нагрузки настила тогда:
нормативная нагрузка будет равна:
расчетная нагрузка будет равна:
Расчетный момент равен:
Поперечная сила на опоре равна:
Определение требуемого момента сопротивления:
Сталь главной балки С345. Ry = 315 кНсм2
Примем толщину стенки tст = 12 мм
Прогиб равен lf = 250
hb≤hmax=hстр-hбн-tнаст=220-33-1=186см принимаем толщину полки равной 28мм
hcm = 1700 – 10 = 1690 мм
hб = 1690 + 2*28 = 1746 мм
Касательные напряжения.
Из условий прочности на срез толщина стенки равна:
Из возможной потери местной устойчивости толщина стенки равна:
Из опыта изготовления транспортировки и монтажа балок
tст=3*17461000+7=1223мм принимаем толщину 12мм
Выбранная толщина стенки удовлетворяет условиям.
Подбираем требуемый момент инерции сечения главной балки:
Момент инерции стенки:
Координаты центра тяжести полок относительно центра сечения:
Площадь сечения полки:
Тогда требуемая ширина полки равна:
Принимаем листовой горячекатаный прокат по ГОСТ 82-70* 420х28 мм.
Определение фактических геометрических характеристик сечения балки.
Площадь поперечного сечения полки:
Момент инерции сечения главной балки:
Момент сопротивления сечения главной балки:
Недонапряжение равно
Статический момент полки относительно центральной горизонтальной оси равен:
Статический момент полусечения относительно центральной горизонтальной оси равен:
Проверка опорного сечения на срез на действие касательных напряжений.
Прочность обеспечена.
Проверка прочности балки в месте где действует и сила и момент.
Возьмем сечение отстоящее от края колонны на х = 4 м.
Произведем проверку по приведенным напряжениям:
Жесткость балки будет обеспечена так как hb hmax
Проверка общей устойчивости балки.
По СНИП (нагрузка приложена к верхнему поясу):
Условие выполняется. Устойчивость балки не требуется определять.
Проверка местной устойчивости полок и стенки главной балки.
Проверка устойчивости сжатого (верхнего) пояса.
Условие выполняется.
Проверка местной устойчивости стенки от действия нормальных напряжений.
По условной гибкости:
Значит продольные ребра жесткости ставить нет необходимости.
Проверка местной устойчивости стенки от действия касательных напряжений.
Значит нам нужны поперечные ребра жесткости.
Определение размеров ребер жесткости.
Конструктивное решение: принимаем односторонние ребра жесткости.
Определим ширину выступающей части ребра:
Принимаем ширину равной bp = 125 мм.
Определим толщину ребра:
Принимаем толщину ребра равной tp =10 мм.
Принимаем ребра из листа стали 125х10мм.
Максимальное расстояние между ребрами не должно превышать двух высот стенки. Значит:
По всей балке принимаем шаг ребер жесткости а = 3333мм.
От краев – по 1667 мм.
Проверка местной устойчивости стенки балки в отсеке между ребрами жесткости.
устойчивость проверяем по формуле:
Проверим устойчивость под балкой настила в третьем отсеке. Расстояние от начала балки х = 15 (12-ая балка).
Рассчитаем силу и момент действующие в этой точке:
Нормальные и касательные напряжения определяем в месте их наиболее неблагоприятного совместного действия у верхней кромки стенки балки.
Нормальные напряжения у верхней кромки стенки в рассматриваемом сечении равны:
Касательные напряжения в этом сечении равны:
Определим критические нормальные и касательные напряжения. Для этого следует вычислить следующие величины:
Степень защемления стенки полками равна:
Принимаем коэф. = 08 следовательно
Отношение длины отсека к ширине равно:
Местные напряжения равны:
Следовательно ведем расчет критических напряжений по формуле:
Где скр = 825 по таблице 21 СНиП
Местные критические напряжения будут равны:
Критические касательные напряжения определим по формуле:
Проверка устойчивости:
Стенка в рассматриваемом отсеке устойчива.
Расчет и конструирование узлов и соединений главной балки.
Расчет опорного узла балки.
Определение размеров опорного ребра.
Конструктивное решение: принимаем опирание балок на колонну сверху.
Из расчета на смятие торца посчитаем площадь опорного ребра:
Принимаем ширину опорного ребра bоп.р. = 300 мм
Тогда толщина опорного ребра:
Принимаем толщину опорного ребра:
Проверка местной устойчивости опорного ребра:
Условие выполняется опорное ребро не потеряет местную устойчивость.
Проверка общей устойчивости:
Ширина участка примыкания стенки к опорному ребру:
Так как закрепление условной стойки принимают шарнирное то расчетная длина будет равна:
Общую устойчивость проверяем по формуле:
Аусл.ст. – площадь поперечного сечения условной стойки
Момент инерции сечения условной стойки равен:
Гибкость условной стойки из плоскости стенки равна:
Используя таблицу из СНиПа подставим все значения в формулу получим:
Устойчивость опорного сечения обеспечена.
Расчет шва прикрепляющего опорное ребро к стенке балки.
Сварка СВ-10НМА электроды Э42А ( сталь С345)
По металлу шва: Rwf = 24см2
По металлу границы сплавления: Rwz = 045*Run = 045*47 = 2115 кН см2
Коэффициенты глубины проплавления для автоматической сварки в положении в «лодочку»: по шву f = 11 по зоне сплавления z = 115
Коэффициенты условий работы:
Определяем по какому сечению будем проводить расчет:
Следовательно ведем расчет углового шва по металлу шва.
Принимаем катет шва равный: kf = 6 мм.
Расчет поясного шва балки.
Считаем сдвигающие усилие под первой балкой настила от края главной балки (расстояние х = 1053 м):
Считаем местное давление:
Равнодействующая этих сил равна:
Определим отношение:
Значит расчет шва ведем по металлу шва:
Принимая lw = 1 см n = 1 – односторонне расположение поясного шва получаем формулу:
По СНиП минимальный катет шва – 8 мм. Принимаем катет шва главной балки равный kf = 8 мм.
Расчет центрально сжатой колонны.
Колонна сплошная опирание на фундамент – жесткое.
Сталь колонны С285. Ry = 26 кНсм2
Отметка верха настила H = 95 м.
Примем величину заглубления hзагл. = 600 мм тогда высота колонны равна:
Нагрузка на колонну учитывая ее собственный вес равна:
Расчетная длина колонны равна:
Подбор сечения сплошной колонны.
Из условия устойчивости сжатого стержня найдем требуемую площадь сечения колонны:
Для этого подберем φ – коэф. продольного изгиба.
Зададимся гибкостью при первом приближении. Пусть гибкость λ = 70 тогда:
Треуемый радиус инерции равен:
Стоит заметить что одним из основных требований при проектировании колонн является ее равноустойчивость то есть:
следовательно для двутаврового сварного сечения:
Принимаем полку шириной b = 300 мм по ГОСТ 82-70* тогда h = 400 мм.
Зададимся толщиной стенки: tст = 7 мм тогда
Отсюда tп = 237 см. Принимаем tп =25 см.
Проверка устойчивости подобранного сечения.
Определение площади сечения:
Определение момента инерции относительно оси X:
Определение момента инерции относительно оси Y:
Гибкости стержня колонны:
Линейной интрополяцией определяем φ по наибольшей гибкости(λ = 60):
Проверим устойчивость:
Недонапряжения составляют:
Окончательно принимаем выбранное решение сечения колонны.
Проверка местной устойчивости и гибкости подобранного сечения.
Проверка местной устойчивости полок.
Потеря устойчивости полок не произойдет если отношение ширины свеса полки к ее толщине не превысит:
Условие выполняется. Укрепление полок продольными ребрами жесткости не требуется.
Проверка местной устойчивости стенки колонны.
Условие выполняется увелиение стенки либо укрепление ее продольными ребрами жесткости не требуется.
Проверка необходимости укрепления контура сечения.
Условие выполянется поперечные ребра жесткости не нужны.
Проверка гибкости колонны.
Гибкость не должна превышать предельного значения по СНиП:
Сравним фактическую гибкость колонны в 2-х плоскостях с предельной:
Гибкость колоны не превышает предельно допустимую.
Расчет и конструирование узлов колонны.
Конструирование и расчет оголовка колонны при опирании балки на колонну сверху.
Принимаем толщину плиты оголовка равной 30 мм.
Рассчитаем сварной шов который крепит ребря к стенке колонны:
Сталь С285. Ry = 26 кНсм2 Run = 38 кНсм2
Расчет ведем по металлу шва.
Зададимся катетом шва kf = 8 мм тогда длина шва равна:
Исходя из этого получаем что шов работает по всей длине. Искомая высота ребер равна:
Принимаем высоту ребра оголовка
Ширину и толщину ребер оголовка определим по условию смятия:
Отсюда требуемая площадь смятия ребра:
Ширина поверхности смятия ребер оголовка равна:
Тогда толщина ребер оголовка равна:
Принимаем толщину ребер оголовка равной:
Ширина ребра в верхней части принимаем более чем:
Принимаем ширину равной:
К нижней части ребра оголовка привариваем поперечное ребро шириной 100мм и толщиной 18 мм.
Во избежинаие потери местной устойчивости:
Проверка на срез ребра оголовка (n – кол-во ребер):
Проверка на срез верхней части стенки колонны (n – кол-во поверхностей среза в стенке вдоль ребра оголовка):
Прочность стенки не обеспечена следовательно делаем вставку толщина которой равна:
Принимаем толщину вставки равной:
Длина вставки должна превышать высоту ребра примерно на 100 мм. Вставка соединяется со стенкой колонны стыковым швом. Стыковой шов работает на сжатие.
Прочность стыкового шва на сжатие равна прочности основного металла колонны Rwy=Ry следовательно проверку прочности стыкового шва выполнять не требуется.
Толщина стыкуемой вставки и толщина стенки разные следовательно во избежание концентрации напряжений необходимо снять фаски с торцов вставки в соотношении 1:5.
Расчет базы колонны.
Требуемую площадь плиты назначают такой чтобы давление плиты на бетон фундамента не превышало прочности бетона фундамента:
где - бетон марки В 125
Найдем размеры плиты.
Учитывая толщину траверс вылета консольной части плиты ширина пластины будет равна:
Принимаем ширину пластины равной (по ГОСТ 82-70*):
Пересчитаем вылет консольной части плиты:
Принимаем длину пластины равной (по ГОСТ 82-70*):
Фактическая площадь плиты равна:
Реактивный отпор бетона:
Определение толщины плиты.
Участок 1. Консольный.
Максимальный изгибающий момент равен:
Участок 2. Пластинка опертая по трем сторонам.
Максимальный момент равен:
Участок 3. Пластинка опертая по четырем сторонам.
Определим толщину плиты (γс = 12 т.к. толщина менее 40 мм):
Принимаем толщину пластины равной (по ГОСТ 82-70*):
Расчет высоты траверсы.
Траверса прикрепляется к колонне полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св08Г2С.
Расчетные сопротивления:
Следовательно расчет ведем по металлу шва.
Длина шва будет равна (примем катет шва равный 8 мм):
Высота траверсы равна:
Принимаем высоту траверсы равной
Металлические конструкции: Учебник для ВУЗов
Методическое указание к курсовому проекту
СНиП II-23-81* Стальные конструкции

МК ГЧ Талипов Л.Н. ИГЭС 3-7.dwg

Спецификация металлических изделий
Общий вес конструкций: 258711 кг
Проектирование металлических конструкций рабочей площадки главного корпуса электростанции
Московский государственный строительный университет
КАФЕДРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
План площадки на отметке 9
Б-1 и Б-2 (зеркально) М 1:25
прокладка t = 10 мм М 1:10
К-1 и характерные сечения М 1:10
Отверстия d=23 сверлить
торцы ребер оголовка
опорные ребра строгать
торец колонны фрезеровать
Заводской сварной шов.
Монтажный сварной шов.
Болт нормальной прочности.
Условные обозначения.
Применять болты М20. Отверстия d = 23 мм сверлить.
Соед. поверхности очистить пескоструйным способом.
Отправочные марки Б-3 условно показаны только в
Поясные швы отправочных элементов Б-1
выполнять автоматической сваркой. Прочие заводские
швы - полуавтоматической.
Конструкцию покрыть масляной краской по грунту.
Связи крепить на монтаже.
Размеры в скобках относятся к отправочной марке(Б-1).