Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки

Пояснительная записка.doc

Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Факультет дистанционного образования
по курсу «Металлические конструкции»
Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки
Компоновка балочной клетки
Расчет прокатных балок
Расчет составных балок
Узел1: Опорный узел главной балки
Узел 2: Монтажный узел главной балки
Узел 3: Узел сопряжения главной балки и балки настила
Расчет колонн сплошного сечения
Расчет колонн сквозного сечения
Рассмотрим 2 варианта компоновки балочной клетки и на основании экономического сравнения по расходу материала на балки настила и настил выберем вариант для дальней шей разработки. Учтем что при железобетонном настиле шаг балок настила 2.0 – 3.5 м (а - шаг балок настила).
а=275 м четное число шагов
а=33 м нечетное число шагов
Рисунок 3 - расчетная схема балки
q – расчетная погонная нагрузка
1 Определение постоянной нормативной нагрузки от пола
gн – нормативная постоянная нагрузка от пола
Толщину настила принимаем по таблице 2 [2].
2 Определение нормативной погонной нагрузки на балку настила
– коэффициент надежности по назначению.
3 Определение расчетной погонной нагрузки на балку настила
– коэффициенты надежности по нагрузке.
4 Определение максимального расчетного изгибающего момента
5 Предварительный подбор сечения балки
Ry= 24 – расчетное сопротивление по пределу текучести (по табл 51* [1]);
=1.0 - коэффициент условий работы (по табл 6 [1]).
Допустим развитие пластических деформаций:
с1 =112 – коэффициент учитывающий влияние пластической деформации в наиболее напряженном сечении балки;
По сортаменту принимаем:
Общая масса балок настила:
Для дальнейшей разработки принимаем 1 вариант компоновки балочной клетки как более экономичный по расходу металла.
6 Проверка подобранного сечения
- по первой группе предельных напряжений:
6.1 Проверка максимальных нормальных напряжений:
недонапряжение 134%>10% шаг балок настила согласно методички МК1 изменить не представляется возможным поэтому выбран оптимальный двутавр № 45Б1 выбран.
6.2 Проверка максимальных касательных напряжений
Rs – расчетное сопротивление стали на срез.
Касательные напряжения не превышают допустимых.
6.3 Проверка общей устойчивости не требуется т.к. верхний сжатый пояс балки развязан настилом.
6.4 Проверка местной устойчивости элементов балки не требуется т.к. она обеспечивается сортаментом.
- по второй группе предельных состояний
Предельный относительный прогиб балки настила
Прогиб не превышает предельно допустимого.
– пролет главных балок
– постоянная нормативная нагрузка
– временная нормативная нагрузка
– коэффициенты надежности по нагрузке
- предельный относительный прогиб
материал балки – сталь 255
1 Составление расчетной схемы
Т.к. на балку действует 5 сосредоточенных сил (5 балок настила) то нагрузку на главную балку считаем равномерно распределенной.
2 Определение погонной нагрузки
gn = 095 – коэффициент надежности по назначению
3 Определение максимальных усилий в балке
3.1 максимальный расчетный изгибающий момент
a = 104 – коэффициент учитывающий собственный вес балки
3.2 максимальный нормативный изгибающий момент
3.3 максимальная поперечная сила
4. Подбор и компоновка сечения главной балки
Требуемый момент сопротивления основного сечения главной балки:
Ry = 24 кНсм2 – расчетное сопротивление по пределу текучести
gс = 10 – коэффициент условий работы
4.1 Определение высоты балки
Высоту главной балки определяют из двух условий: металлоемкости и жесткости
Из условия металлоемкости:
Оптимальная высота балки – это такая высота балки при которой масса балки минимальна
k = 115 – для сварных балок
Первоначально принимаем h=165 см.
Первоначально принимаем tw=11 мм.
Из условия жесткости:
Минимальная высота балки – это такая высота при которой прогиб балки максимально-возможный т.е. равный допустимому
При данной высоте прогиб балки максимально допустимый.
Принимаем высоту балки h = 160 см
Проверим толщину стенки из условия прочности ее на срез
Rs – расчетное сопротивление стали на срез
- в балке оптимального сечения
Принятая tw = 11 мм удовлетворяет условию прочности на срез.
4.2 Компоновка поясов балки
Iх – момент инерции сечения балки
I2f - момент инерции поясов
Iw - момент инерции стенки
Конструктивно принимаем толщину полок tf=25 мм =25 см.
Согласуем полученную ширину полки с ГОСТ 82-70 и принимаем bf=480 мм.
Конструктивные требования:
) - условие общей устойчивости
) - технологическое требование
) bf ³ 180 мм – монтажное требование
bf = 480 мм > 180 мм Условие выполняется
Фактические геометрические характеристики:
4.3. Изменение сечения балки по длине
Определяем значения изгибающего момента M1 и поперечной силы Q1 в месте изменения сечения:
Определение W’хтр – требуемого момента сопротивления уменьшенного сечения
Согласовывая с шириной проката по ГОСТ 82-70 принимаем
) Условие выполняется.
Условная гибкость стенки:
Согласно п. 7.10 [1] при требуется установка ребер жесткости. Принимаем шаг ребер равный шагу балок настила. Расстояние между ребрами жесткости не должно превышать 2hw. 310 см >275см. Условие выполняется.
Ширина ребер жесткости:
Принимаем bp = 100 мм
Толшина ребер жесткости:
5 Проверка подобранных сечений главной балки
- по первой группе предельных состояний
5.1. Проверка прочности
Проверка максимальных нормальных напряжений (в середине балки по длине в основном сечении)
Проверка максимальных касательных напряжений (на опорах в уменьшенном сечении)
Проверка приведенных напряжений
Т.к. сопряжение балок в одном уровне то нет местных напряжений. Проверка выполняется в уменьшенном сечении в месте изменения балки по длине. По высоте сечения приведенные напряжения определяются в стенке на уровне поясного шва.
15- коэффициент учитывающий возможность появления пластических деформаций в наиболее напряженной точке сечения.
s1- нормальное напряжение в стенке на уровне поясного шва.
t1 – касательное напряжение в стенке на уровне поясного шва.
5.2. Проверка общей устойчивости балки
Если соблюдается условие то общая устойчивость балки обеспечена.
11556 – общая устойчивость главной балки обеспечена
5.3. Проверка местной устойчивости элементов главной балки
Проверка местной устойчивости полки
bef – ширина свеса полки
8 148 – местная устойчивость полки обеспечена
Проверка местной устойчивости стенки
Согласно п. 7.4* [1] если необходима проверка местной устойчивости стенки на совместное действие s и t напряжений.
Проверка производится в месте изменения сечения балки.
- условие местной устойчивости стенки
Коэффициент Сcr принимается по табл. 21 [1] в зависимости от коэффициента .
- отношение большей стороны к меньшей.
Местная устойчивость стенки обеспечена.
Проверка прогиба главной балки может не производиться т. к. принятая высота главной балки больше минимальной высоты: h = 160 [см] > hmin = 1278 [см].
Узел 1: опорный узел главной балки
Принимаем шарнирное опирание балки сбоку через опорный столик.
Опорная реакция главной балки N = 130790 кН.
Расчет опорного ребра на смятие
bоп.р.= bf’=24 см – ширина опорного ребра
Условие прочности на смятие опорного ребра:
Ар – площадь сечения опорного ребра.
Rp = Ru = 360 МПа = 36 кНсм2
Rp – расчетное сопротивление смятию соединяемых элементов.
Требуемая толщина опорного ребра
По сортаменту принимаю tоп.р. = 16 мм
Расчет сварных угловых швов крепящих стенку балки к опорному листу балки.
Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки двусторонними швами с помощью полуавтоматической или автоматической сварки.
Условие прочности по металлу шва согласно п. 11.2* [1]:
Rwf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва
gwf – коэффициент условий работы шва
gс – коэффициент условий работы конструкции
Slw – расчетная длина шва
bf – коэффициент принимаемый при сварке элементов из стали с пределом текучести до 580 МПа по табл. 34 СНиПа II-23-81*
kf – катет сварного шва
Принимаю полуавтоматическую сварку сварочный материал Св-08А Rwf = 180 МПа.
Определяю менее прочное сечение шва
В дальнейшем расчет угловых швов веду по металлу шва.
Принимаю lw = 85kfbf
Конструктивные требования к катету шва:
Окончательно принимаем kf =10 мм.
Проверяем длину расчетной части шва [2]
Узел 2: Монтажный узел
Монтажный стык делаем в середине пролета. Монтажный узел главной балки должен быть решен на высокопрочных болтах одинаковых для полок и стенки.
dб = 24 мм – диаметр ВП болтов.
Марка стали: 40Х «селект»
Способ обработки поверхности – дробеструйный 2-х поверхностей без консервации
Определяем несущую способность одного болта имеющего 2 плоскости трения [2]:
- Обработка поверхности – газопламенная
- коэффициент трения по табл. 36* [1];
- коэффициент надежности по табл. 36* [1];
- площадь сечения болта нетто по табл. 62* [1];
- коэффициент условий работы;
- количество плоскостей трения;
- расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта
Монтажный стык устраивается в месте действия максимального момента:
где - максимальный момент в полке;
- максимальный момент в стенке.
Определим количество болтов в полустыке:
Определяем количество болтов в стенке:
Расстояние между крайними рядами болтов
По табл. 3 [3] принимаем количество болтов k=9– количество болтов в 1-ом вертикальном ряду при 2-х рядном расположении болтов в полустыке.
Определяем толщину накладок из условия и принимаем толщину накладок полок 22 мм толщину накладок стенки 16 мм.
Узел 3: узел сопряжения главной балки и балки настила
Назначаю диаметр болтов d=20 мм класс прочности 5.8
Определяю несущую способность одного болта:
- расчетная прочность болта на срез по табл. 58* [1];
- коэффициент условий работы соединения по табл. 35* [1]
- количество плоскостей среза.
- расчетное сопротивление на смятие одного болта по табл. 58* [1]; - толщина листов сминаемых в одном направлении.
Берм tmin= tр = 8 мм.
Определяю количество болтов в полустыке:
Окончательно принимаем n=4 болта.
Н – отметка пола 1-го этажа
hг.б. – высота главной балки
hз – глубина заделки колонны
hз = (081) м принимаю 08 м.
l – геометрическая длинна колонны
l = Н + hз - hг.б. =1050+80-160 = 970 см
Определение расчетных длин:
2 Определение нагрузки действующей на колонну
3 Предварительный подбор и компоновка сечения
Условие устойчивости:
Задаемся коэффициентом продольного изгиба
По табл. 72 [1] для данного значения
Предполагая работу конструкции в предельном состоянии определяем требуемую площадь сечения колонны:
В оптимальном сечении:
А2f » 08Атр = 12832 см2
Аw » 02Атр = 3208 см2
гибкость колонны относительно оси Х-Х
гибкость колонны относительно оси Y-Y
ax ay – коэффициент пропорциональности между радиусами инерции и соответствующими геометрическими размерами.
Для сварного двутавра:
Для равноустойчивой колонны: lх = lу = 80 (при jmin = 0686 и Ry = 240 МПа)
Так как такое сечение не конструктивно отступаем от условия равноустойчивости и принимаем
Определяем толщины полок и стенки:
Определение геометрических характеристик:
4. Проверка подобранного сечения
4.1 Проверка устойчивости относительно оси Y-Y
4.2 Проверка местной устойчивости полки
По табл. 30[1] находим:
Местная устойчивость поясов колонны обеспечена.
4.3 Проверка местной устойчивости стенки.
836744 Местная устойчивость стенки колонны обеспечена.
1 Подбор и компоновка сечения:
По сортаменту принимаем 2 двутавра № 36
Из табл. 4 [3] коэффициенты пропорциональности:
Определяем ширину сечения b исходя из условия равноустойчивости:
tпл = (6 16) мм принимаю tпл = 12 мм
dпл = (06 08)b принимаю dпл = 25см
l 40 i1-1 = 40309 = 1236 cм
lb = l – dпл = 100 – 25 = 75 см
2 Проверка подобранного сечения
2.1 Проверка устойчивости относительно материальной оси Х:
2.2 Проверка устойчивости относительно свободной оси Y:
lef – приведенная гибкость относительно оси Y.
Погонная жесткость планки:
Погонная жесткость ветви:
Отношение погонных жестокостей планки и ветви:
Устойчивость относительно оси Y обеспечена.
3 Проверка устойчивости отдельной ветви:
Устойчивость обеспечена.
1 Расчет опорной плиты.
Требуемая площадь опорной плиты определяется из условия прочности бетона фундамента на сжатие. Принимаю для фундамента бетон класса В10 с Rпр = 6 МПа
Rб сж – расчетное сопротивление бетона фундамента на сжатие.
- коэффициент учитывающий условия работы бетона = 085
– коэффициент учитывающий отношение площади обреза фундамента к площади опорной плиты = 12
Размер опорной плиты В назначаем по конструктивным соображениям
b – ширина сечения колонны = 35 см
tтр – толщина траверса = 10 мм
с- консольный участок = 20 мм
Определение фактической площади опорной плиты
2 Определение толщины опорной плиты.
Давление под опорной плитой
Стержень колонны и траверсов делят опорную плиту на несколько типов участков с различными закреплениями краев.
Участок 1. – консольный участок.
Участок 2. – защемленный по контуру.
Большая сторона участка : b1 = hw = 35 см
Меньшая сторона участка: а1 = bef = 169 см
Участок 3– защемленный по трем сторонам.
а – защемленная сторона = 2 см
b – свободная сторона = 355 см
Момент на участке 2 является максимальным и определяет толщину плиты tпл.
Принимаем толщину плиты 25 мм.
3.1 Определение высоты траверсы:
Высота траверсы определяется из условия прочности сварных швов которыми траверса приваривается к стержню колонны.
Назначаем вид сварки: полуавтоматическая в качестве сварного материала используется проволока СВ-08. Задаемся катетом шва kf=10мм
Принимаем высоту траверсы 45 см.
3.2 Проверка прочности траверсы:
Проверку прочности траверсы производим в месте крепления траверсы к ветви колонны.
qтр – погонная нагрузка на траверсу
Момент в траверсе (на опоре)
Приведенное напряжение в траверсе:
Анкерные болты принимаем конструктивно d = 24 мм
4 Расчет оголовка колонны
Толщина опорного столика: tоп.ст. = tоп.р. + (15-20)мм = 16 + 16 = 32 мм
Высота опорного столика определяется из условия прочности сварного шва:
Чтобы уменьшить высоту опорного столика принимаю 3 сварных шва:
Список использованной литературы
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции .
Беленя Е.И. Металлические конструкции: учеб. для строит. вузов. М.: 2007.
Му к выполнению курсового проекта по курсу «Металлические конструкции – Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки» УГТУ-УПИ 2007.
СНиП 2.02.07–85*. Нагрузки и воздействия.

чертеж.dwg

Существующую балку по ряду А обрезать на 200 мм
обеспечивая вертикальность и обработку кромок торца под равнопрочный стык подкрановых балок
существующие конструкции
Схема балочной клетки
Схема балочной клетки. Разрезы 1-1
-2. Ведомость элементов.
Балочная клетка рабочей площадки.
Монтажный узел балки Б1
Материал С255 по ГОСТ27772-88. 2.Все отверстия d=26
кроме отмеченных. 3.Все швы Kf=8 мм
кроме отмеченных. 4.Все обрезы 40 мм
кроме отмеченных. 5.Поясные швы балки Б1 варить полуавтоматической сваркой. 6.Подготовка поверхности под высокопрочные болты газопламенная. 7.Отверстия под высокопрочные болты сверлить.
Материал конструкций С255 по ГОСТ27772-88. 2.Работать совместно с листом 2.
Высокопрочные болты d=24мм сталь 40Х "Селект". 2.Сила натяжения высокопрочных болтов 280.7 кН
контроль усилия по углу поворота. 3.Неоговоренные болты М20. 4.Катеты сварных швов Kf=9.2 мм
кроме оговоренных. 5.Подготовка поверхности под высокопрочные болты газопламенная.