Расчёт технологической площадки

Вариант 466 (фамилии, группа исправить).doc

Расчет балки настила9
1. Подбор сечения балки настила9
2. Проверка жесткости балки10
Расчет главной балки12
1. Подбор сечения главной балки12
1.1. Сбор нагрузок12
1.2. Определение усилий13
1.3. Подбор сечения балки14
2. Компоновка сечения главной балки14
3. Проверочные расчеты 17
3.1. Проверка прочности балки по нормальным и касательным
3.2. Проверка общей и местной устойчивости главной балки17
4. Расчет опорного ребра18
5. Опирание и сопряжение балок20
6. Изменение сечения главной балки по длине20
Расчет сквозной центрально-сжатой колонны23
1. Выбор расчетной схемы и типа сечения колонны23
2. Подбор сечения стержня колонны23
3. Расчет колонны относительно свободной оси25
4. Проверка сечения относительно свободной оси25
5. Расчет соединительных планок26
6. Расчет и конструирование базы колонны28
7. Расчет и конструирование оголовка колонны32
Площадки предназначены для размещения технологического оборудования организации его обслуживания и ремонта.
В курсовой работе выполнены расчеты колонны главной балки балки настила и настила технологической площадки. Расчет конструкций проведен по методу предельных состояний: настил балки настила и главная балка рассчитаны по первой и второй а колонна - по первой группе предельных состояний. К технологической площадке приложены нагрузка от собственного веса конструкций и временная нормативная нагрузка. Нагрузка воспринимаемая настилом передается на балки настила которые в свою очередь передают ее на главные балки опирающиеся на колонны и далее на фундамент. Стержни центрально сжатых колонн состоят из двух ветвей связанных между собой по высоте планками приваренными к ветвям колонны. Для повышения сопротивления закручиванию и сохранения ее контура устанавливаем диафрагмы которые располагаем у торцов отправочных элементов. Балки настила проектируем из прокатных профилей - двутавров а главные балки - составными. Настил приварен к балкам настила что делает невозможным сближение балок настила при его прогибе под нагрузкой. Кроме того путем приварки настила к поясам балок создается частичное защемление настила появляются опорные моменты снижающие моменты и прогиб в пролете.
Взаимное расположение балок в балочной клетке согласно заданию на курсовую работу принято этажным.
Колонны в рабочих площадках проектируем центрально-сжатыми состоящими из оголовка стержня и базы. Стержень колонны выполняем из двух двутавров. Передача давления от стержня колонны на фундамент осуществляется через базу. Для соединения базы с фундаментом используем анкерные болты диаметр которых из условий коррозии принимаем не менее 20 мм. Для обеспечения геометрической неизменяемости технологической площадки между колоннами устраиваем связи.
Временная нормативная нагрузка кНм 2. Размеры балочной клетки: м; м. Отметка верха настила 8.0 м. Сопряжение балок настила с главной балкой –этажное. Материал конструкций: настил – ВСт3пс6; балка настила – ВСт3Гпс5 гр.1; главная балка –18Гпс; колонна – 09Г2.
Предельный относительный прогиб настила принимаем равным
Для настила применяем листы из рифленой ромбической стали по ГОСТ 8568-77.
Предварительно принимаем толщину стального настила в зависимости от временной нормативной нагрузки по [таб 2.1]; t=8 мм. Шаг балок настила принимаем равным ln=10.416=065 м. Проверим принятую толщину листов настила для чего определим отношение пролета настила к его толщине .
При жестком закреплении тонкого настила (40 300) его рассчитываем на изгиб с распором (рисунок 1).
Рисунок 1 - К расчету плоского стального настила
Толщину листа при работе настила на изгиб с распором определяем по формуле [2]
где - цилиндрическая жесткость пластинки;
- коэффициент Пуассона; для стали принимается равным 03 [4];
- поправка учитывающая отсутствие в настиле поперечной линейной деформации;
E=206х10 5 МПа - модуль упругости прокатной стали [4];
- расчетная ширина полосы настила; принимается равной 100 см;
- заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу;
- нормативная нагрузка на 1 м полосы настила;
- собственный вес настила. По таблице 2.2 [7] для ромбической стали толщиной 8 мм вес 1 м2 = 0.746 кН.
Окончательно принимаем t = 6 мм.
Силу распора определяем по формуле [2]
где - коэффициент надежности по нагрузке; принимаем [5];
Расчетное значение катета шва прикрепляющего настил к балкам при ручной сварке определяем по одной из формул:
где - расчетная длина шва; принимаем см;
и - коэффициенты принимаемые при сварке элементов; принимаем и ;
- коэффициент надежности по материалу шва; принимаем = =12;
и - расчетные сопротивления сварных соединений угловых швов при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления [4]; принимаем ; ;
здесь Rwun=Run ; Rwun- нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению Run - временное сопротивление стали разрыву; Run=470МПа; тогда
и - коэффициенты условий работы шва; принимаем
- коэффициент условий работы [5]; принимаем .
Принимаем катет шва kf = 6 мм.
Расчет балки настила
1 Подбор сечения балки настила
Балки настила принимаем из прокатных двутавров по ГОСТ 8239-72 (таблица 3.1) [7].
Расчетная погонная нагрузка на балку [1]
где - коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенной нагрузки; при полном нормативном значении равномерно распределенной нагрузки 20 кПа [5];
- коэффициент надежности по нагрузке; для металлических конст рукций [5];
- собственный вес настила; ранее определен 746 Нм2;
- собственный вес 1 м балки; принимаем Нм2) [2].
Расчетная схема представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1- К расчету балки настила
Максимальный изгибающий момент M находим по формуле:
Наибольшая поперечная сила определяется по формуле:
Требуемый момент сопротивления сечения балки «нетто» для случая упругопластической работы при изгибе балки в одной из главных плоскостей можно определить по формуле [4]:
где - коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций по сечению; предварительно принимаем [1];
- расчетное сопротивление материала; принимаем по [1] в зависимости от марки стали (таблицы 2.5 и 2.6) МПа;
- коэффициент условий работы; предварительно принимаем .
По сортаменту [2] принимаем прокатный двутавр № 24 его характеристики: Wx=289 см3 масса 1м 27.3 кг см 4.
2 Проверка жесткости балки
Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки нагруженной равномерно распределенной нагрузкой проверка деформативности производится по формуле [2]
где - значение нормативной нагрузки на балку; определяется по формуле (2.1) с учетом значений соответствующих выбранной балке настила;
т.е. условие выполняется.
Проверим прочность по формуле Журавского:
т.е. условие прочности выполняется. Таким образом окончательно выбираем двутавр №24.
Расчет главной балки
Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения а на втором - проверяем балку на прочность устойчивость и жесткость.
1 Подбор сечения главной балки
Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов и стенки составной сварной балки с учетом заданных технологическим заданием условий экономичности прочности устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 3.1.
а - расчетная схема; б - сечение балки
Рисунок 3.1 - К подбору сечения главной балки
Определяем расчетную погонную нагрузку на главную балку
где и - коэффициенты надежности по нагрузке для временной нормативной и постоянной нагрузок; принимаем по [5] ; ;
- собственный вес настила; Нм2;
- масса 1 м балки настила; Нм;
- собственный вес главной балки предварительно принимаемый равным » 1 - 2 % нагрузки приходящейся на балку.
1.2 Определение усилий
Расчетный изгибающий момент в середине пролета
Поперечная сила на опоре
Определим также нормативный изгибающий момент
1.3 Подбор сечения балки
Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле [1]
где - расчетное сопротивление материала главной балки; принимаем МПа;
с1 - коэффициент учитывающий упругопластическую работу материала балки; принимаем с1 = 11 [2].
2 Компоновка сечения главной балки
Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки.
Предварительно задаемся высотой балки м.
Определяем толщину стенки по эмпирической формуле [1]
Определяем оптимальную высоту балки [2]
где - для сварных балок постоянного сечения [2].
Определяем минимальную высоту балки [2]
где fu - предельный относительный прогиб; для главных балок fu=400 [6].
Определяем минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез
где - при работе на срез без учета поясов.
Принимаем hb=100 см и tw=8 мм
Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле [2]:
где hb - принятая высота главной балки.
Находим момент инерции стенки
Момент инерции приходящийся на поясные листы
Требуемая площадь сечения одной полки [2]
Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщине не должно превышать значений вычисляемых по формулам [4]:
Условие выполняется.
3 Проверочные расчеты
3.1 Проверка прочности балки по нормальным и касательным напряжениям.
Фактический момент инерции и момент сопротивления балки
Нормальные напряжения
кНсм224*115=27.6 кНсм2
Касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки
где см3 - статический момент полусечения.
-условие выполняется.
3.2 Проверка жесткости главной балки
3.3 Проверка общей и местной устойчивости главной балки
Проверки общей устойчивости балок не требуется т.к. на балку передается статическая равномерно распределенная нагрузка от жесткого настила который опирается на верхний сжатый пояс и жестко с ним связан.
Местная устойчивость пояса уже проверялась ранее по формулам (3.15) и (3.16). Проверку устойчивости стенки выполняем с учетом значений условной ее предельной гибкости и наличия местной нагрузки на пояс балки в следующем порядке: сначала определяем необходимость постановки ребер жесткости по формуле [5]:
Значение условной гибкости превышает 32; подвижная нагрузка отсутствует значит стенку балки следует укреплять поперечными ребрами жесткости [1]. В зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы. Длину зоны использования пластических деформаций в стенке определяем по формуле [4]
где с1 - коэффициент учитывающий влияние пластичности при одновременном действии и ; принимаем с1 = 11.
4 Расчет опорного ребра
Конец балки в месте опирания ее на колонну укрепляем опорными ребрами; т.е. вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости. Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляем к стенке балки сварными швами а торец ребер жесткости строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра совмещаем с осью полки колонны (рисунок 3.2).
Размер опорных ребер жесткости определяем из расчета на смятие торца ребра [1]. Площадь смятия опорного ребра
где - расчетное сопротивление стали смятию [1];
Выступающую вниз часть опорного ребра (рисунок 3.2) принимаем толщиной а=20 мм ширину ребра принимаем см.
Опорный участок балки проверяем на устойчивость из плоскости балки как условный опорный стержень включающий в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по
см в каждую сторону (на рисунке 4.2 эта площадь заштрихована) и длиной равной высоте стенке балки.
Момент инерции относительно оси z
Рисунок 3.2 - К расчету опорной части балки
( - коэффициент продольного изгиба ребра)
Проверку на устойчивость осуществляем по формуле [5]
условие выполняется.
5 Опирания и сопряжения балок
В данной курсовой работе сопряжение балок этажное.
Балки настила укладываются на верхний пояс главной балки и прикрепляются к нему двумя болтами нормальной точности (ГОСТ 7798-70) диаметром 20мм без расчета.
В месте приложения местной нагрузки следует проверить стенку главной балки на местные напряжения.
Где Q – расчетное значение местной нагрузки;
6 Изменение сечения главной балки по длине
Сечение составной балки подобранное по максимальному изгибающему моменту можно уменьшить в местах снижения моментов (для разрезных балок - у опор). Это дает экономию материала но несколько увеличивает трудоемкость изготовления.
В данной курсовой работе рассматривается изменение сечения балки по длине путем уменьшения ширины ее поясов. При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии примерно 16 пролета балки от опоры (рисунок 3.4). Сечения поясов соединяют сварным швом встык без применения физических методов контроля т.е. МПа.
Момент действующий в месте изменения сечения и перерезывающая сила в сечении [1]
где x - расстояние от опоры до места изменения сечения.
Рисунок 3.4 - Расчетные схемы к изменению сечения поясов главной балки
По моменту определяем требуемый момент сопротивления а затем момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва работающего на растяжение
Требуемый момент инерции поясов и требуемая площадь сечения поясов
Ширина уменьшенного сечения пояса см; принимаем см.
Расчет сквозной центрально-сжатой колонны
Центрально-сжатые колонны воспринимают вертикальную продольную силу приложенную по оси колонны поэтому все поперечное сечение колонны испытывает равномерное сжатие.
Колонна состоит из трех основных частей: оголовка стержня и базы. При проектировании центрально-сжатых колонн требуется обеспечить устойчивость колонны относительно главных осей ее сечения.
1 Выбор расчетной схемы и типа сечения колоны
Расчетная схема колонны определяется способом закрепления ее в фундаменте и способом прикрепления балок передающих нагрузку на колонну.
Расчетную длину колонны принимаем равной
где m - коэффициент учитывающий способ закрепления концов колонны; принимаем по таблице 5.1 [7] ;
принимается равной расстоянию от верха перекрытия до верха фундамента;
где hn - отметка верха настила; согласно задания м;
h1 = 015 м - заглубление базы колонны ниже отметки чистого пола;
hp - строительная высота перекрытия;
2 Подбор сечения стержня колонны
Стержень сквозной колонны состоит из двух прокатных двутавров соединенных между собой планками. Равноустойчивость колонны в обеих плоскостях (х - х и y - y) обеспечиваем раздвижкой ветвей на такое расстояние чтобы приведенная гибкость lef по свободной оси была не более гибкости колонны по материальной оси (leflx). Расчет сечения сквозной колонны ведем относительно материальной оси а расстояние между ветвями определяем относительно свободной оси. Требуемую площадь сечения центрально - сжатой колонны (при условии обеспечения устойчивости относительно главных осей ее сечения) определим по формуле [2]
где N-сила действующая на колонну ;
j - коэффициент продольного изгиба определяемый в зависимости от гибкости колонны.
Принимаем l = 40 [1]. .
Требуемый радиус инерции сечения стержня колонны относительно материальной оси при этом учитываем что гибкость относительно материальной оси равна расчетной гибкости
По полученным значениям (площадь сечения и требуемый радиус инерции) по сортаменту (таблица 3.1) [7] принимаем подходящий профиль проката.
Принимаем два двутавра № 36: см2; см; см. Проверку устойчивости принятого стержня ведем по формуле
кНсм2 кНсм2 – условие выполняется.
3 Расчет колонны относительно свободной оси
Определяем расстояние между ветвями колонны из условий равноустойчивости колонны в двух плоскостях . Принимаем гибкость ветви l1 = 30.
Требуемое значение гибкости относительно свободной оси
Соответствующий полученной гибкости радиус инерции см. Требуемое расстояние между ветвями см где - Коэффициент зависящий от типа сечения ветвей [5]; =060 – для сечения из двух двутавров. Принимаем см (полученное расстояние должно быть не менее двойной ширины полок двутавров плюс зазор необходимый для оправки внутренних поверхностей стержня).
4 Проверка сечения относительно свободной оси
Расчетная длина ветви:
Гибкость ветви принятая ранее l1 = 30 тогда
Определяем геометрические характеристики сечения колонны относительно оси у – у:
Радиус инерции сечения стержня относительно свободной оси и гибкость стержня колонны относительно свободной оси вычисляем по формулам ; (l – длина колонны)
Гибкость ветви колонны
Рисунок 4.1 – Стержень колонны с планками
5 Расчет соединительных планок
Планки в центрально-сжатых сквозных колоннах рассчитываем на условную поперечную силу возникающую при продольном изгибе. Эта сила возникает в результате изгиба стержней при потере ими устойчивости. Условную поперечную силу следует распределять поровну между планками лежащими в плоскостях перпендикулярных оси относительно которой производится проверка устойчивости (рисунок 4.2). Расчет планок состоит в проверке их сечения и расчете прикрепления их к ветвям.
Условную поперечную силу определим из таблицы 5.2:
Поперечная сила приходящаяся на планку одной грани
Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки
Рисунок 4.2 – К расчету планок
Принимаем катет шва примерно равным толщине планки мм.
Определяем какое из сечений швов по прочности по металлу шва или по границе сплавления имеет решающее значение.
При ручной сварке по таблице 4.6 [7]принимаем электроды Э46 а по типу электродов из таблицы 4.7 [7] устанавливаем значениеМПа. Значения коэффициентов и устанавливаем по таблице 2.3. Вычисляем расчетное сопротивление угловых швов по прочности (по металлу границы сплавления) МПа
По наименьшему из произведений или ведем проверку прочности.
Прочность шва прикрепляющего планку к ветви колонны проверяем по равнодействующему напряжению от момента и поперечной силы по металлу шва
где и - коэффициенты условий работы сварного соединения
6 Расчет и конструирование базы колонны
База колонны предназначена для равномерного распределения сосредоточенного усилия от стержня колонны на фундамент. В данной курсовой работе выполняется расчет базы обеспечивающей шарнирное сопряжение колонны с фундаментом (рисунок 4.3). При небольших расчетных усилиях в колоннах применяются базы с траверсами [1]. Проектирование базы с траверсами начинают с определения размеров плиты в плане. В центрально-сжатых колоннах размеры плиты в плане определяют из условия прочности фундамента
где N – расчетное усилие в колонне на уровне базы;
φ- коэффициент принимаемый при равномерном распределении напряжений под плитой равным 10;
- расчетное сопротивление бетона смятию.
Рисунок 4.3 – К расчету базы колонны
Обычно площадь верхнего обреза фундамента Аf незначительно превышает площадь опорной плиты Аpl а бетон применяют ниже класса С2025. При этих условиях можно принимать:
Расчетное сопротивление бетона сжатию соответствует его классу прочности (таблица 5.3) [7]; кНсм2
Ширину опорной плиты назначаем с учетом конструктивных особенностей см; принимаем 62 см [h – высота сечения ветви колонны (швеллера или двутавра); ttr – толщина траверсы (12 мм) с – вылет консольной части опорной плиты (100 мм)]. Длина опорной плиты . Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки опертой на торец колонны траверсы и ребра. Расчетной нагрузкой на плиту является давление равное напряжению в фундаменте по контакту с плитой
Опорное давление фундамента
Определим изгибающие моменты в отдельных участках плиты:
участок 1 при опирании на 4 канта
где α - коэффициент зависящий от отношения более длинной стороны к более короткой ; принимаем (по таблице 5.4 [7]).
Участок 2 – консольный; отношение >2
По наибольшему из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов определяем момент сопротивления плиты шириной 1 см
а по нему требуемая толщина плиты
Принимаем толщину плиты 22 мм.
Усилие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы длина которых определяет высоту траверсы. Если ветви траверсы прикрепляются к стержню колонны четырьмя швами(каждая ветвь колонны приваривается к траверсе двумя швами) то получить требуемую высоту траверсы можно по формуле см; принимаем см.
Подобранное сечение траверсы проверяем на прочность по нормальным напряжениям
где М – изгибающий момент в опорном сечении траверсы; определяется как для двухконсольной балки на двух опорах загруженной равномерно распределенной нагрузкой на траверсу от реактивного давления грунта.
Погонная нагрузка на траверсу
где см – ширина грузовой площади для базы.
кНсм2 кНсм2; условие выполняется.
7 Расчет и конструирование оголовка колонны
При опирании главных балок на колонну сверху оголовок колонны состоит из плиты и ребер поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Толщину опорной плиты оголовка назначаем конструктивно 20 мм. Нагрузка на колонну передается через фрезерованные торцы опорных ребер балок расположенных близко к центру колонны а плита оголовка поддерживается снизу ребрами идущими под опорными ребрами балок (рисунок 4.4). Ребра оголовка привариваем к опорной плите и к стенке колонны. Сварные швы прикрепляющие ребро оголовка к плите должны выдерживать полное давление на оголовок.
– плита оголовка; 2 – вертикальное ребро; 3 – горизонтальное ребро
Рисунок 4.4 – К расчету оголовка колонны
Высоту ребра оголовка определяем требуемой длиной швов передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов не должна быть больше ):
Толщину ребра оголовка определяем из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением
где - длина сминаемой поверхности равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка колонны; см;
- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) принимаем по таблице 5.5 [7] МПа.
Принятую толщину ребра проверяем на срез
где - расчетное сопротивление стали сдвигу.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузовЕ.И.Беленя В.А.Балдин Г.С.Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И.Беленя.-6-е изд. перераб. и доп.-М.: Стройиздат 1985.-560 с.: ил.
Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. пособие для техникумов. -2-е изд. перераб. и доп.-М.: Стройиздат 1991.-431 с.: ил.
Металлические конструкции. В 3-х т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузовВ.В.Горев Б.Ю.Уваров В.В.Филиппов и др.; Под ред. В.В.Горева.-М: Высш. шк. 1997.-527 с.: ил.
СНиП II-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования.-М.: Стройиздат 1991.-96 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988.-36 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. (Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения)Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988.-8 с.

Вариант 466.dwg

Схема расположения элементов конструкций
Технические требования
Сварные швы выполнить по ГОСТ 5264-80
Поясные швы варить автоматом по ГОСТ11375-81
Все отверстия d=24мм
Во всех элементах конструкции притупить кромки
После сварки конструкции покрыть эмалью ПФ
Расчет технологической
Схема расположения конструкций
Разрез 2-2 (М 1:200)
Главная балка (М 1:40)
Спецификация металла