Расчёт и конструирование элементов балочной клетки и поддерживающей её конструкции

ЛИСТ№1~1.DWG

Схема расположения элементов балочной клетки
Крепление настила к балкам выполнить полуавтомотической сваркой в среде углекислого газа
сварочная проволка СВ-08Г2С. 2. Монтаж конструкций производить на болтах М20
класс точности 4.6 3. Литс №1 читать совместно с с листами № 2
КР-05055017-290300-2003
Производственное здание Технологическая площадка
Схема расположения элементов балочной клетки разрезы 1-1
Поясные швы выполняються автоматической сваркой под флюсом
сварочнвя проволка Св-08А
положение швов в лодочку. 2.Все остальные швы выполняються полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа
сварочная проволка Св-08Г2С 3. Литс №2 читать совместно с с листами № 1
Масса наплавленного элемента 1%
Ведомость отправочных элементов
Ведомость заводских сварных швов
Сварка элементов колонны-полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварная проволка Св-08Г2С положение швов нижнее. 2. Анкерные болты ø25
глубина заделки не1000мм. 3. Литс №3 читать совместно с листами № 1 и 2.

КР.DOC

Расчёт и конструирование элементов балочной клетки и поддерживающей её конструкции
Исходные данные для проектирования:
Схема балочной клетки 1.
Заводские соединения – сварные монтажные-болтовые.
Материал – сталь [1 табл.50*]
Из таблицы 1-4 находим следующие данные:
Постоянная нормативная нагрузка 10кНм2
Сопряжение балок: в одном уровне
Пролёт главной балки 154 м
Вылет консоли главной балки 125 м
Пролёт балки настила 56 м
Отметка верха настила 7 м
Временная нормативная нагрузка 94кНм2
Компановка конструктивной схемы балочной клетки нормального типа
Расчёт стального настила
Расчёт балки настила
Расчёт и конструирование главной балки
Расчёт и конструирование центрально-сжатой колонны
Расчёт и конструирование сопряжений: балки настила с главной балкой и главной балки с колонной
Проектируемый настил из плоских стальных листов уложенных на балки и приваренных к ним.
Конструктивная схема настила показана на рис.2а. Расчётный пролёт настила lн=1540мм. Материал настила – сталь С235 [2 табл.50*].
Вертикальный предельный прогиб
Сварка элементов – полуавтоматическая в среде углекислого газа сварочная проволока – Св-08Г2С [2 табл.55*] положение швов – нижнее.
Нормативная нагрузка на 1м2 настила:
Толщина настила при вертикальном предельном прогибе
Настил проектируем из листовой рифлённой стали (ГОСТ 8568-77*); tн=8(мм); ширина листов 1500мм.
Растягивающее усилие на 1см настила:
Расчётный катет углового шва прикрепляющий настил к балкам настила; при расчёте по металлу шва:
где по [2 табл.34*] при катетах швов [2табл.56]; [1 табл.6*];
при расчёте по металлу границы сплавления:
где при [2табл.34*];МПа (- временное сопротивление разрыву стали С235[2 табл.51*]; равны 1 [2 п.112*].
Принимаем катет углового шва крепящий настил к балкам настила [2 табл.38*].
Балки настила проектируют прокатными из двутавров по ГОСТ 8239-89 или двутавров с параллельными гранями полок типа Б по ГОСТ 26020-83 которые наиболее удобны в конструктивном отношении.
Балки настила – прокатные из двутавров по ГОСТ 26020-83 тип Б; пролёт . Материал – сталь С245 по ГОСТ 27772-88* [2 табл.50*] c [2 табл.51*]; .
Вертикальный предельный прогиб балки подсчитан по линейной интерполяции между значениями и :
Нормативная нагрузка на 1 погонный метр балки
(здесь mн=666кгм2 по приложению 3табл.2); а=154м-шаг балок настила в пролёте 1-2;
-масса 1 пог.м балки настила (ориентировачно для балки настила принят 26Б1)
где -коэффициенты надёжности по нагрузке соответственно для временной и постоянной нагрузок и для нагрузки от собственного веса металлических конструкций.
Статический расчёт балки:
Конструктивный расчёт балки:
Определим требуемый момент сопротив-
ления сечения балки при условии работы
её материала в упругой стадии:
Здесь gс=1 [2 табл.6*].
По сортаменту принимаем двутавр №26Б1 и выписываем его геометрические характеристики:
Учитывая что при подсчёте расчётных усилий нагрузка от собственного веса балки настила принималась приближённо следует выполнить корректировку расчёта с учётом фактического собственного веса.
Уточнённые значения нагрузки и усилий в балке настила:
Следующим этапом конструктивного расчёта является проверка несущей способности балки подобранного профиля. Эта проверка соответствует первой группе предельных состояний выполняется на расчётные нагрузки и включает проверки на прочность общую устойчивость элементов балки и местную.
В сечениях с M=Mmax и Q=0
где s - максимальные нормальные напряжения Wxn – момент сопротивления сечения нетто относительно оси Х-Х:
В сечениях с Q=Qmax и M=0
где t - максисальные касательные напряжения; S J tw – толщина стенки балки.
Проверка на прочность удовлетворяется
Проверка местной устойчивости элементов балки
Местная устойчивость элементов прокатных балок не проверяется так как она обеспечена соотношением их размеров назначенных с учётом устойчивости работы при различных напряжённых состояниях.
Проверка жёсткости балки
Суть её: максимальный прогиб балки fьфч не должен превышать предельного значения fu установленного нормами проектирования [3 табл.19].
284следовательно жесткость балки обеспечена.
Расход стали на 1м2 балочной клетки в осях 2-3 от настила и балок настила
Здесь -площадь ячейки балочной клетки
n-количество балок в ячейке.
Главная балка – сварная двутавровая из листового проката; по статической схеме – двухконсольная; пролёт балки ; вылет консоли ; материал – сталь С245 по ГОСТ 27772-88* [2 табл.50*] с ; ; [2 табл.52*]
Расчёт производится в предположении работы стали в пределах упругих деформаций.
Поясные швы выполняются автоматической сваркой под флюсом ( флюс АН-348-А по ГОСТ 9087-81*; сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70*) положение швов – в лодочку; все остальные швы выполняются полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа ( сварочная проволока Св-08Г2С) [2 табл.55*].
Нормативная погонная нагрузка на балку ( в связи с частым расположением балок настила нагрузку на главную балку принимают распределённой).
где - нагрузка от массы настила и балок настила;
- ориентировочный вес главной балки.
Расчётная погонная нагрузка на главную балку:
Статический расчёт главной балки:
Требуемый момент сопротивления:
Компоновка и подбор сечения (рис.5)
Определим высоту главной балки и размеры её элементов.
Высота сечения балки
минимальная по жёсткости:
для двухконсольной шарнирноопёртой по концам балки постоянной жёсткости загруженной равномерно распределённой по всему пролёту нормативной нагрузкой qnгл.б
оптимальная при гибкости стенки
Так как больше высоту балки назначаем близкой к оптимальной но не менее ; при этом принимаем высоту стенки увязывая этот размер со стандартной шириной универсальной широкополосной стали по ГОСТ 82-70*; пояса балки принимаем толщиной 22мм. Высота балки .
Толщина стенки ; округляя этот размер до стандартной толщины стали по ГОСТ 82-70* имеем что больше
Площадь сечения пояса главной балки:
Пояс проектируем также из универсальной широкополосной стали; при
. Принимаем пояс из листа 300*22мм что удовлетворяет конструктивным требованиям: 10мм22мм25*10=25мм; 180мм300мм; 300мм в пределах т.е. 13*1094=36467мм 15*1094=2188мм; 36467>300>2188мм;
Изменение сечения балки по длине
Алгоритм компоновки сечения следующий:
*определение требуемой площади пояса
*определение новой ширины пояса
Запроектируем изменение сечения главной балки в месте где изгибающий момент и найдём это место решив уравнение . Результат решения уравнения: х1=15м; х2=135м.
учитывая конструктивные требования принимаем (рис.6); новая ширина пояса соответствует ГОСТ 82-70*.
Геометрические характеристики подобранного сечения балки (рис.6 аб).
Момент инерции основного сечения относительно оси Х-Х:
момент инерции изменённого сечения относительно оси Х-Х:
момент сопротивления основного сечения относительно оси Х-Х:
момент сопротивления изменённого сечения относительно оси Х-Х:
статический момент изменённого полусечения относительно оси Х-Х:
статический момент пояса изменённого сечения относительно оси Х-Х:
Проверка прочности главной балки.
Нормальные напряжения необходимо проверить в сечении с M=Mmax и Q=0:
Недонапряжение – 208%5%
Следует помнить что согласно п.1.9.[2] в составных сечениях устанавливаемых расчётом недонапряжение не должно превышать 5%.
Касательные напряжения на опоре А:
При сопряжении балок в одном уровне проверка местных напряжений в стенке главной балки не требуется так как крепление примыкающих балок настила осуществляется через рёбра жёсткости и всегда .
Проверка общей устойчивости главной балки.
Общая устойчивость балок материал которых работает в области упругих деформаций всегда обеспечена и проверка не требуется если выполняются условия п.5.16*.[2].
Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балки.
Рассмотрим отдельно устойчивость пояса и стенки главной балки.
Устойчивость сжатого пояса будет обеспечена если отношение его свеса к толщине не будет более значения определяемого по табл.30[2]. Расчётную ширину свеса поясных листов при двусторонних сварных швах следует принимать от грани стенки до края поясного листа [2 п.7.22*].
При ширине сжатого пояса и толщине стенки главной балки расчётная ширина свеса:
Отношение меньше величины [2 табл.30].
Следовательно местная устойчивость сжатого пояса главной балки обеспечена.
Местная устойчивость стенки сварной балки зависит от характера её напряжённого состояния вида нагрузки и условной гибкости стенки:
следовательно необходима постановка поперечных рёбер жёсткости и проверка устойчивости стенки между ними.
Рёбра жёсткости устанавливаем в местах примыкания балок настила т.е. на расстоянии а=154м при этом ааmax=2hw или 1542*105=21м.
Размеры поперечных рёбер жёсткости:
учитывая конструктивные требования примыкания балок настила к рёбрам главных [2 табл.39] принимаем .
Рёбра жёсткости привариваем к стенке балки двусторонними угловыми швами катетом .
Проверяем устойчивость стенки балки в 3-м отсеке от опоры (рис.7):
- действующие нормальные напряжения; M и Q- средние значения соответственно момента и поперечной силы в пределах отсека; так как длина отсека больше его расчётной высоты т.е. или 15>105м то M и Q следует определять для наиболее напряжённого участка с длиной равной высоте отсека он заштрихован на рис.7; в примере
Критическое нормальное напряжение:
где сcr=355; определено по табл.21[2] в зависимости от d:
Критическое касательное напряжение:
где m=154105=147 – отношение большей стороны отсека к меньшей;
- условная приведённая гибкость.
Проверка жёсткости балки.
Проверим прогиб главной балки:
Прогиб не превышает предельный.
Расчёт поясных соединений главной балки.
Соединение поясов со стенкой в сварных балках осуществляется поясными швами. При изгибе балки это соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки балки. Сдвигающее пояс усилие на единицу длины балки можно подсчитать:
Поясные швы выполняют двусторонними непрерывными с одинаковым катетом по всей длине балки автоматической сваркой.
Требуемый катет угловых поясных швов:
при расчёте по металлу:
где по [2 табл.34*]; [2 табл.56];
равны 1 [2 п.11.2*].
Принимаем в соответствии с [2 табл.38*].
Расчёт опорных частей балки.
На левой опоре главной балки (опора А) устанавливаем внутренние опорные рёбра (рис.8).
Пусть толщина внутреннего опорного ребра тогда из условия его прочности при работе на смятие требуемая площадь сечения:
Ширина опорного ребра:
Принимаем внутреннее опорное ребро из - 90*20мм.
Проверка опорной части балки на устойчивость:
по [2 табл.72] в зависимости от .
Проверка швов прикрепления внутренних опорных рёбер к стенке балки при .
При расчёте по металлу:
Здесь n=4 – количество сварных швов крепящих внутренние опорные рёбра к стенке балки; .
Расчёт болтовых соединений.
Болтовые соединения рассчитываются на срез смятие и растяжение.
Здесь - площадь болта. d – диаметр болта. - расчётные сопротивления болтовых соединений. - площадь сечения болта нетто =245см2. - наименьшая суммарная толщина элементов сминаемых в одном направлении. - число расчётных срезов одного болта. по [2 табл.35*].
Принимаю 3 болта с d=20мм.
Расчёт и конструирование центрально-сжатой колонны.
Балочные клетки опирают на стены или колонны с центральной передачей нагрузки.
Центрально-сжатая колонна любой конструктивной формы состоит из трёх основных элементов: стержня оголовка и базы.
Проектируем колонну по оси 1.
Колонна – сплошная из прокатного двутавра по ГОСТ 26020-83 тип К. Материал – сталь С245 с при толщине проката от 2 до 20мм [2 табл.51*].
Расчётная нагрузка на колонну:
Полагая что опорная реакция главной балки пролёта 1-2 приблизительно равна RA где - опорная реакция главной балки пролёта 2-3 - собственный вес колонны.
Геометрические длины колонны:
Здесь Н=7000мм – отметка верха настила; hb=600мм – заглубление колонны ниже нулевой отметки.
Расчётные длины колонны:
Для элементов колонны сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварочная проволока Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* [2 табл.55*]; положение швов – нижнее.
Конструктивный расчёт стержня колонны.
Требуемая площадь сечения стержня колонны:
где - коэффициент продольного изгиба; предварительно принимается в пределах 075 .085.
По сортаменту (ГОСТ 26020-83) принимаем для стержня колонны двутавр №20К1.
Геометрические характеристики сечения и стержня колонны:
Для обеспечения устойчивости стержня нормальное напряжение от расчётной нагрузки должно быть меньше критического; это условие устойчивости записывают в виде выражения:
Проверим условие устойчивости для принятого стержня колонны из двутавра №26К3:
Здесь коэффициент продольного изгиба j=0283 подсчитан по наибольшей гибкости [2 табл.72].
Устойчивость стержня колонны не обеспечена.
Переходим к следующему номеру двутавра по сортаменту №23К1:
Условие устойчивости стержня колонны не выполняется т.к.
Условие выполняется.
Предельная гибкость стержня колонны [2 табл.19]:
где коэффициент a подсчитывается по формуле (см. условие устойчивости).
Общая устойчивость стержня колонны обеспечена; нормальные напряжения в плоскости его наибольшей гибкости:
Проверка местной устойчивости элементов стержня из прокатного профиля типа К не требуется.
Проверяем необходимость укрепления стенки колонны поперечными рёбрами жёсткости [2 п.7.21*]; они необходимы если где
- расчётная высота стенки; для прокатного двутавра .
Для стержня колонны и или 294674
Условие постановки поперечных рёбер жёсткости не выполняется но так как колонна может рассматриваться как отправочный элемент (габариты колонны позволяют транспортировать её полностью к месту монтажа) то согласно [2 п.7.21*] необходимо укрепить её стенку не менее чем двумя поперечными рёбрами жёсткости (рис.12).
Поперечные рёбра привариваем к колонне сплошным двусторонним швом с катетом [2 табл.38*] на расстоянии от базы через 283 метра (2 ребра).
Конструктивный расчёт базы колонны
Для рассчитываемой колонны проектируем базу конструкция которой показана на рис.13 тип базы – жёсткий; соответствует закреплению нижнего конца стержня колонны (рис.13).
Расчётное давление на фундамент .
Материал фундамента – бетон класса прочности В75 с расчётным сопротивлением .
Требуемую площадь опорной плиты определяют из условия прочности бетона при местном смятии по формуле где - расчётное сопротивление бетона смятию. Здесь - коэффициент увеличения зависящий от отношения площади верхнего обреза фундамента к площади опорной плиты и принимаемый не более 15; при .
Ширина опорной плиты где - ширина полки стержня колонны - толщина траверсы (обычно ); - вылет консольной части плиты; размер принимают 50 .100мм.
Длина опорной плиты .
Принимаем размеры опорной плиты в плане 360*360мм ( ) верхнего обреза фундамента 600*600мм.
Размеры верхнего обреза фундамента назначены с учётом нормативного требования согласно которому расстояние от оси анкерных болтов до вертикальной грани железобетонного фундамента должно быть не менее четырёх диаметров анкерных болтов (рис.13).
Проверяем справедливость назначенного значения при определении расчётного сопротивления бетона фундамента. Значение определим по формуле:
пересчёт плиты не требуется.
Физическое сжимающее напряжение под опорной плитой (реактивный отпор фундамента):
Толщину опорной плиты определяют из условия её работы на изгиб как пластинки опёртой на торец стержня и траверсы. Нагрузкой является реактивный отпор фундамента . Изгибающий момент на консольном участке плиты 1 (рис.13) можно определить как (с – вылет консоли). Наибольший изгибающий момент участка плиты 2 опёртой по трём сторонам ; опёртого по четырём сторонам (участок 3) . Здесь a - коэффициент принимаемый по табл.2 прил.5 в зависимости от отношения сторон ab (рис.13а); b - коэффициент принимаемый по табл.3 прил.5 в зависимости от a1b1. При ; при . По наибольшему из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов подсчитывают её толщину: .
Обычно толщину плиты принимают в пределах от 20 до 40мм.
Определим необходимую толщину опорной плиты:
Здесь - наибольший из изгибающих моментов:
где коэффициент b=0096 подсчитан по табл.3 прил.5.
Принимаем толщину плиты 36мм; сталь толстолистовая по ГОСТ 19903-74*.
Расчётной схемой траверсы является двухконсольная балка шарнирно-опёртая на полки колонны (рис.13б). нагрузка – реактивный отпор фундамента с половины ширины опорной плиты:
Первоначально определим высоту траверсы из условия размещения двух сварных швов необходимых для её крепления к полкам колонны.
Расчёт ведём по металлу на границе сплавления так как или где .
При катете шва (не менее чем по [2 табл.38*]):
Принимаем и производим проверку прочности траверсы на изгиб и срез.
Расчётные усилия в траверсе (рис.13б):
Геометрические характеристики сечения траверсы:
Проверка прочности траверсы:
При определении толщины швов прикрепляющих листы траверсы к плите расчёт ведём по металлу границы сплавления :
Принимаем [2 табл.38*].
Анкерные болты – конструктивные фиксируют положение базы относительно фундамента; их диаметр 26мм тип 1.
Расчёт и конструирование сопряжений.
Узел примыкания главной балки к колонне сверху.
Оголовок расчитываем на смятие:
где - расчётное сопротивление на смятие =336Мпа.
фактическая длина ребра