Стальные конструкции балочной площадки

металлы маша.dwg

Торец опорного ребра и
Череповецкий Государственный Университет
СП-42 270102 203 11 МК
Стальные конструкции балочной площадки
План балок на отм. 9.000
Расчёты выполнены в соответствии с требованиями норм СниП II-23-81 2. Полуавтоматическая сварка (ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой марки Св-08 d=1
кроме отмеченных в п. 3 3. Сварку ребра и стенки колонны выполнять полуавтоматической сваркой (ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой марки Св-08Г2С d=1
2 мм 4. Автоматическая сварка сварочной проволокой марки Св-08А под слоем флюса АН-60 5. Высокопрочные болты М 20 из стали марки 40х ''Селект'' ГОСТ 7798-70* 6. Отверстия ø23
обработка поверхности газопламенная 7. Усилие натяжения болтов 141
кН 8. Способ регулирования натяжения болтов по моменту закручивания
Стальной настил t=12мм
шов с видимой стороны
болт постоянный нормальной прочности
шов с невидимой стороны
СП-42 270102 103 11 МК
Чертежи выполнены в соответствии с листом КМ 2. Полуавтоматическая сварка (ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой марки Св-08Г2С d=1
кроме оговоренных 3. Отверстия ø23
кроме оговоренных 4. Все сварные швы имеют катет шва 7 мм
двусторонний угловой шов (видимый)
Условные обозначения
автоматическая сварка
полуавтоматическая сварка
односторонний угловой шов (видимый)
двусторонний угловой шов (невидимый)
односторонний угловой шов (невидимый)
Общая масса на черт.
Спецификация стали С285 по ГОСТ27772-88
Масса наплавляемого металла 1
кроме оговоренных 3. Автоматическая сварка сварочной проволокой марки Св-08Г2С под слоем флюса АН-60 4. Отверстия ø23
кроме оговоренных 5. Все сварные швы имеют катет шва 7 мм

курсовик мк.doc

Министерство науки и образования РФ
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Череповецкий Государственный Университет
Кафедра строительных конструкций и архитектуры
по дисциплине: Металлические конструкции
на тему: Стальные конструкции балочной площадки
Компоновка и выбор схемы балочной клетки . 5
1. Расчет настила . . 5
2. Расчет балок настила и вспомогательных балок . .10
3. Технико-экономические показатели рассмотренных вариантов . 10
Расчет и конструирование главной балки . 14
1. Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия .14
2. Определение высоты главной балки ..16
3. Определение толщины стенки . 17
4. Подбор сечения поясов ..18
5. Изменение сечения балки по длине . 21
6. Расчет поясных швов 24
7. Проверка обеспеченности общей устойчивости балки 24
8. Проверка местной устойчивости элементов балки 26
9. Конструирование и расчет опорной части балки .34
10. Расчет и конструирование укрупнительного монтажного стыка балки на высокопрочных болтах .. .. 36
11. Проектирование примыкания балок настила к главной балке .40
Расчет и проектирование колонны . .. .42
1. Подбор сечения стержня сплошной сварной колонны .42
2. Подбор сечения сквозной колонны балочной площадки .. 45
3. Конструирование и расчет оголовка колонны .. 50
4. Конструирование и расчет базы колонны .. 51
Список литературы 58
Цель работы – рассчитать стальной каркас для одноэтажного здания. Данная работа несомненно является актуальной так как сталь благодаря своим достоинствам широко применяется в строительстве. Стальные конструкции обладают высокой прочностью при растяжении сжатии изгибе высокой надежностью относительной легкостью. Также следует отметить высокую индустриальность все элементы конструкции изготавливаются на заводе и легко транспортируются.
КОМПОНОВКА И ВЫБОР СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ
Требуется выбрать рациональную конструктивную схему балочной клетки на основе проработки и технико-экономического сравнения двух вариантов нормального и одного варианта усложненного ее конструктивного решения (см. рис. 1).
Рис.1 Варианты балочных клеток.
- главная балка 2 - балки настила 3 - вспомогательная балка.
В соответствии с интенсивностью заданной полезной нагрузки u = 27кНм назначается толщина листов плоского стального настила: вариант I - tн = 12 мм; вариант II - tн = 14 мм; вариант III - tн = 12 мм. Материал настила - сталь С285. Отношение пролета настила к его предельному прогибу n0 = [l f] принимается равным 150.
Для намеченных вариантов конструктивных схем балочной клетки рассчитывается настил балки настила вспомогательные балки и определяются технико-экономические показатели рассмотренных вариантов из условия обеспечения наименьших затрат металла.
Нагрузки на расчетную полосу шириной 1 м:
нормативная: qn = 27 кНм;
расчетная: q = gf × u = 12 × 27 = 324 кНм
где u = 27 кНм2 - полезная нагрузка в соответствии с заданием; gf = 12 - коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки.
Определяется расчетный пролет настила (исходя из несущей способности намеченных вариантов настила) (плоский стальной настил и его расчётная схема изображены на рис. 2).
Рис. 2. Плоский стальной настил и его расчётная схема
где E = 206×105 МПа - модуль упругости стали;
n = 03 - коэффициент поперечной деформации стали (Пуассона);
n0 - заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу n0 = [l f] (для стального настила n0 = 150).
варианты I и III (tн = 12 мм):
вариант II (tн = 14 мм):
Число балок настила: n=Llн
вариант I: n = 181051 = 17127. Принимаем n = 18 шаг балок настила a = 1м (
вариант II: n = 181227 = 1467 принимаем n = 21 шаг балок настила а = 12 (1227+01) = 1237. Схема расстановки балок настила показана на рис. 1б;
вариант III: n = 41051 = 381 принимаем n = 4 возможный шаг балок настила а = 1 м (1051+01) = 1151 м. Схема расстановки балок настила показана на рис. 1 в.
Определяется усилие Н на действие которого надо проверить сварные швы прикрепляющие настил к поддерживающим его балкам:
Прикрепление настила к поддерживающим его конструкциям выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе (по ГОСТ 8050-85) в нижнем положении (проволока марки Св-08Г2С d = 14 2 мм). Для этих условий и стали С235: Rwf = 215 МПа; Rwz= 045×Run = 045×360 = 162МПа.
Учитывая что bf×Rwf = 09×215 = 1935 МПа > bz×Rwz = 105×162 = 1701 МПа расчетный катет углового шва вычисляется по формуле:
где bf = 09 и = 105 - коэффициенты определяемые по табл. 34 [3]; gwz = 1 - коэффициент условий работы шва (см. п. 11.2 [3]); Rwz - расчетное сопротивление сварного шва по металлу шва (см. табл. 56 [3]); Run - нормативное сопротивление листового проката (см. табл. 51 [3]).
Для вариантов I и III (tн = 12 мм):
в соответствии с табл. 38 [3] принимается минимально допустимый катет шва при tн =12 мм kf = 5 мм;
Для варианта II (tн = 14 мм):
принимается минимально допустимый катет шва kf = 5 мм. Результаты расчета стального настила сведены в табл. 1.
Расчет стального настила
Толщина настила tн мм
Расчетный пролет настила см
Принятый пролет настила см
Число балок настила n
Расчетные усилия H кН
Расчетный катет углового шва мм
Принятый катет углового шва мм
Масса настила m1 кгм2
2. Расчет балок настила и вспомогательных балок
Погонная равномерно распределенная нагрузка на балку настила:
qn1 = (m1×g + un) × а = (942 × 981 + 27 × 103) × 1 = 27924 кНм ;
q1 = (m1×g×gf + un×gf) × а = (942 × 981× 105 + 27 ×103 × 12) × 1 = 3337 кНм;
qn2 = (1099 × 981 + 27 × 103) × 12 = 3369кНм;
q2 = (1099 × 981 × 105 + 27 × 103 × 12) × 12 = 4024 кНм.
Расчетные усилия M и Q в балках настила определяются известными методами строительной механики.
3. Технико-экономические показатели рассмотренных вариантов
изгибающий момент в середине пролета:
поперечная сила на опоре:
расчетный пролет l = B = 2 м (см. рис. 1 в):
В соответствии с п. 5.18* [3] вычисляются:
требуемый момент сопротивления сечения балок из условия прочности по формуле:
требуемый момент инерции сечения балки необходимый для удовлетворения заданного относительного прогиба [f l] = 1250:
где c1 - коэффициент учитывающий возможность развития пластических деформаций с1 = 112 - для прокатных балок при изгибе в плоскости стенки gс = 11 - коэффициент условий работы конструкций принимается по табл. 6* [3] Ry - расчетное сопротивление стали принимается табл. 51* [3]; сталь С285 Ry = 270 МПа.
По сортаменту горячекатаных двутавровых балок с учетом W bf = 115 мм; tf = 95 мм; tw = 56 мм; I W m2 = 273 кгм.
Для балки настила по варианту II принимается двутавр №24: h = 240мм; bf = 115 мм; tf = 95 мм; tw = 56 мм; I W m2 = 273 кгм.
Для балки настила по варианту III принимается двутавр№14: h = 140 мм; bf = 73 мм; tf = 75 мм; tw = 49 мм; I W m2 = 137 кгм.
Погонная равномерно распределенная нагрузка на вспомогательную балку:
Изгибающий момент в середине пролета:
Поперечная сила на опоре:
Требуемый момент сопротивления сечения:
Требуемый момент инерции сечения:
Принимается двутавр№30: h = 300мм; bf = 135 мм; tf = 102 мм; tw = 65 мм; I W m3 = 365 кгм.
Расход стали на 1 м2:
m = m1 + m2a = 942 + 2731 = 1215 кг.
m = m1 + m2a = 1099 + 27312 = 13265 кг.
m = m1 + m2a + m3a = 942 + 1371 + 3652 = 12615 кг.
Технико-экономические показатели
Число балок на ячейку
В соответствии с табл. 2 для дальнейшего проектирования принимается вариант I балочной площадки.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
1. Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия
Расчетная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом балочной клетки. Определяется погонная нагрузка (см. рис. 3) с учетом собственного веса главной балки - 2 %.
Рис. 3. К определению нагрузок на главную балку
Нормативная нагрузка Нсм:
qn = k × (m × g + un) × B = 102 ×(1215 × 981 + 27 × 103) × 4 = 115023 кНм;
Расчетная нагрузка кНм:
q = k × (m × g × gf + un × gf) × B = 102 × (1215 × 981 × 105 + 27 × 103 × 12) × 4 = 137298 кНм.
Определяются максимальные значения расчетных усилий (рис. 4):
Рис. 4. Усилия в главной балке
Изгибающий момент на расстоянии 8 м от левой опоры:
Изгибающий момент на правой опоре:
Поперечная сила на левой опоре:
Поперечная сила на правой опоре:
2. Определение высоты главной балки
Вычисляется требуемый момент сопротивления поперечного сечения в предположении работы материала в упругой стадии.
Расчетное сопротивление стали С285 Ry = 260 МПа для проката толщиной до 20 мм (см. табл. 51* [3]) коэффициент условия работы конструкции gс = 1 (см. табл. 6* [3]);
Минимальная высота (по жесткости) балки:
86 м > 1529 м – проверка пройдена.
Задается гибкость стенки lw = 155. Тогда оптимальная высота балки без учета развития пластических деформаций:
При этажном сопряжении балок настила:
При сопряжении балок в одном уровне:
hmax = hстр - tн - f = 19 - 0012 - 0045 = 1843 м
где f = L400 = 1800400 = 45 - прогиб балки.
Принимается h = 1832 м что меньше hmax = 1843 м и близко к hопт= 1578 м. Сопряжение балок в одном уровне (рис. 5).
Рис. 5. Схема сопряжения балок
3. Определение толщины стенки
Определяется толщина стенки tw из условий:
а) прочности на срез от Qma Rs = 058 × Ry =058 × 260 = 1508 МПа; Ry = 260 МПа при толщине проката до 20 мм (табл.51* [3]):
б) местной устойчивости стенки без укрепления продольными ребрами жесткости:
Принимается tw = 12 мм что примерно соответствует заданной гибкости стенки lw = 155 (hw tw = 18 0012 = 150).
4. Подбор сечения поясов
Вычисляется требуемый момент инерции сечения балки из условия прочности:
где h = hw + 2×tf = 18 + 2×0016 = 1832 м;
Требуемый момент инерции сечения балки из условия жесткости:
Подбор сечения поясов ведется по моменту инерции так как .
Момент инерции стенки балки:
Требуемый момент инерции приходящийся на поясные листы равен:
Расстояние между центрами тяжестей поясных листов:
h0 = h - tf = 1832 – 0016 = 182 м = 182 см.
Требуемая площадь сечения одного пояса балки:
Поясные листы балки принимаются из листа универсальной широкополосной стали по ГОСТ 82-70* (см. приложение табл. 3) 380 16 мм площадь сечения пояса Af = 3816 = 608 см2.
Проверяются принятые размеры поясных листов:
tf = 16 мм 3×tw = 3×12 = 36 мм;
bf = 380 мм > bf.min = 200 мм. (из конструктивных соображений)
Таким образом местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.
Фактические геометрические характеристики подобранного сечения
Рис. 6. Сечение главной балки
Высота сечения балки:
h = hw + 2×tf = 180 + 2×0016 = 1832 см.
A = hw×tw + 2×bf×tf = 180×12 + 2×38×16 = 3376 см2.
Момент инерции сечения:
Момент сопротивления сечения:
Статический момент полусечения относительно нейтральной оси:
Отношение площади сечения поясного листа к площади сечения стенки:
Проверяется прочность принятого сечения на действие максимального изгибающего момента (рис. 6):
Недонапряжение в сечении:
5. Изменение сечения балки по длине
Изменение сечения в соответствии с п. 5.19* [3] выполняется без учета пластических деформаций за счет уменьшения ширины поясных листов на расстоянии около 16 пролета от опоры:
х1 = L6 = 186 = 3 м.
Подбирается уменьшенное сечение балки исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса. Расчетное сопротивление сварного соединения встык на растяжение (ручная сварка) Rwy = 085×Ry. =085×260 = 221МПа.
Требуемый момент сопротивления:
Рис. 7. Изменение сечения балки по длине
Для определения требуемой площади поперечного сечения поясов производятся следующие вычисления:
Требуемая площадь поперечного сечения поясов в измененном сечении:
Принимается поясной лист 200 16 мм из широкополосной универсальной стали по ГОСТ 82-70*: b'f = 200мм = bf.min = 200 мм b'f = 200мм > bf2 = 3802 = 190 мм b'f = 200мм > h10 = 183210 = 1832 мм.
Геометрические характеристики измененного сечения балки
Статический момент пояса относительно нейтральной оси:
Проверяется прочность измененного сечения балки по касательным напряжениям на опоре:
Проверяется прочность измененного сечения балки по приведенным напряжениям на грани стенки по п. 5.14* [3]. При этом нормальные напряжения равны:
Касательные напряжения равны:
так как принято сопряжение балок в одном уровне.
Приведенные напряжения:
Таким образом прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.
6.Расчет поясных швов
Поясные швы выполняются автоматической сваркой в положении "в лодочку" сварочной проволокой Св-08ГА под слоем флюса АН-60. Катет шва kf = 5 мм - минимально допустимая толщина сварного шва по табл. 38*[3]. Для этих условий и стали С285 по табл. 56*[3]: Rwf = 200 МПа; Rwz = 045×Run = 045×380 =171 МПа; bf = 11; bz = 115 (Run = 380 МПа табл. 51*[3] для наиболее толстого из свариваемых листов).
Расчет поясных швов выполняется с учетом местных напряжений под балками настила (см. п. 2.5).
Расчетные усилия на единицу длины шва:
так как сопряжение балок в одном уровне.
Проверяется прочность шва:
по металлу границы сплавления:
Таким образом минимально допустимая толщина шва достаточна по прочности.
7.Проверка обеспеченности общей устойчивости балки
Нагрузка на главную балку передается через балки настила закрепляющие ее в горизонтальном направлении и установленные с шагом а.
Определяется предельное отношение расчетной длины участка балки между точками закрепления lef к ширине сжатого пояса bf при котором не требуется расчет на устойчивость балки.
Предельное отношение lefbef = 15741 abf = 6038 = 15789. Следовательно требуется проверить общую устойчивость балки.
где Wc – следует определять для сжатого пояса;
jb – коэффициент определяемый по прил. 7*.
Для балок двутаврового сечения с двумя осями симметрии для определения коэффициента jb необходимо вычислить коэффициент j1 по формуле:
где значения y следует принимать по табл. 77 и 78* в зависимости от характера нагрузки и параметра a который должен вычисляться по формулам:
для сварных двутавров составленных из трех листов а также для двутавровых балок с поясными соединениями на высокопрочных болтах:
– толщина пояса балки;
- ширина пояса балки;
– расстояние между осями поясов;
a – размер равный 05 h; .
при j1 085 jb = j1 = 082.
Таким образом общая устойчивость консольного участка балки обеспечена.
8. Проверка местной устойчивости элементов балки
Проверка устойчивости сжатого пояса
Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте нормальных максимальных напряжений т.е. в середине пролета.
Устойчивость сжатого пояса при работе в пределах упругих деформаций обеспечивается выполнением условий (п. 7.24) [3].
bef = (bf - tw)2= (038 - 0012)2 = 0184м =184 см - ширина свеса сжатого пояса.
Проверка устойчивости стенки
Стенку балки в соответствии с п. 7.10 [3] необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости так как условная гибкость стенки
Ребра жесткости ставятся так как показано на рис. 8.
Рис. 8. Схема расположения поперечных ребер жесткости
Максимальное расстояние между ребрами в отсеке № 1 а = 2 м что меньше 2hw = 2×15 = 3 м. Для укрепления стенки балки принимаются парные ребра жесткости с шириной bh = 100 мм и толщиной ts = 8 мм:
Определяются усилия M и Q в расчетных сечениях (рис. 8).
Проверка устойчивости отсеков стенки балки ведется по блок-схеме (прил.2).
Исходные данные для проверки устойчивости:
высота и толщина стенки - hw = 1800 мм tw = 12 мм;
ширина и толщина поясного листа - bf = 380 мм tf = 16 мм;
расчетные сопротивления материала стенки - Ry = 260 МПа; Rs = 1508 МПа;
усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) - M1 = 2003864 кН×м Q1 = 810058 кН;
момент сопротивления в расчетном сечении - W
коэффициент условия работы конструкции gс = 1 (см. табл. 6* [3]);
расстояние между ребрами в отсеке а = 2 м.
Условная гибкость стенки:
3. Так как a = 2 м > hw = 18 м обозначается меньшая сторона отсека через d (d = hw = 18 м).
Отношение большей стороны отсека к меньшей:
Условная гибкость стенки равна:
Коэффициент d учитывающий степень упругого защемления стенки в полках равен:
Сжимающие нормальные и касательные напряжения у расчетной грани стенки:
В балке приняты двусторонние поясные сварные швы.
сcr = 300 по табл. 21 [3].
Касательные критические напряжения:
Устойчивость стенки в отсеке № 1 обеспечена.
усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) – M2 = 439285 кН×м Q2 = 1373 кН;
Устойчивость стенки в отсеке № 2 обеспечена.
усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) – M2 = 1802036 кН×м Q2 = 1304331 кН;
расстояние между ребрами в отсеке а = 1 м.
3. Так как a = 1 м hw = 18 м обозначается меньшая сторона отсека через d (d = a = 1 м).
m = hw а = 18 1 = 18
Устойчивость стенки в отсеке № 3 обеспечена.
усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) – M2 = 2419191 кН×м Q2 = 1441629 кН;
Устойчивость стенки в отсеке № 4 обеспечена.
9. Конструирование и расчет опорной части балки
Главная балка опирается на колонну сверху и через опорное ребро приваренное к стенке балки передает на нее опорную реакцию V = R В = = 2196768 кН; Rp = 346 МПа (табл. 52* [3]).
Принимается конструкция опорной части по варианту (см. рис. 9).
Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса балки bp = bf = 200 мм.
Определяется толщина ребра из условия прочности на смятие торцевой поверхности:
Принимается ребро из листа размером 200х32 и проверяется устойчивость опорной части:
площадь сечения условной стойки:
Вычисляется момент инерции сечения относительно оси без учета момента инерции участка стенки (ввиду малости) радиус инерции сечения и гибкость стойки с расчетной длиной равной высоте стенки.
Рис. 9. К расчёту опорной части балки
По табл. 72 [3] в зависимости от значений lx1 = 4216 и Ry = 260 МПа определяется значение коэффициента продольного изгиба j = 08788.
Проверяется устойчивость опорного ребра:
Проверяется местная устойчивость опорного ребра (табл. 29*[3]):
Местная устойчивость ребра обеспечена.
Выполняется расчет угловых швов сварного соединения опорного ребра со стенкой (сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08ГА d = 14 2 мм):
Минимальный катет шва по табл. 38* [3] kf min = 5 мм.
Минимальный катет флангового шва из условия lw 85 ×bf × kf:
Окончательно принимается катет шва kf = 7 мм.
10.Расчет и конструирование укрупнительного монтажного стыка балки на высокопрочных болтах
Укрупнительный стык размещается на расстоянии 125 м от левой опоры. Усилия M и Q в расчетном сечении: М1 = 3003394 кН×м; Q1 = 614841 кН. Конструкция стыка представлена на рис. 10.
Рис. 10. Монтажный стык на высокопрочных болтах
Каждый пояс балки перекрывается тремя листовыми накладками - одной сверху и двумя снизу. Сечение верхней накладки следует принимать размером 380 х 16 мм а сечение нижних накладок - 150 10 мм. Суммарная площадь сечения накладок равна:
Ан = (38 +2 × 15) × 10 = 68 см2 > Af = 38 × 16 = 608 см2.
Стенка балки перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной равной толщине стенки tw = 12 мм.
Стык осуществляется высокопрочными болтами диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект» с временным сопротивлением материала болта разрыву Rbun = 1100 МПа (табл. 61); обработка поверхности газопламенная. Несущая способность одного высокопрочного болта имеющего две плоскости трения равна:
где k = 2 - количество поверхностей трения соединяемых элементов; Rbh = =07×Rbun = 07× 1100 = 770 МПа - расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов; gb = 1 - коэффициент условий работы соединения (см. п. 11.13*[3]); m = 042 - коэффициент трения принимаемый по табл. 36* для газопламенной обработки соединяемых поверхностей; Abh = 245 см2 - площадь сечения болта нетто определяемая по табл. 62*[3]; gh = 112 - коэффициент надежности (способ регулирования натяжения болтов по моменту закручивания) принимаемый по табл. 36*[3].
Расчетное усилие на стык поясных листов:
Требуемое количество высокопрочных болтов в соединении на полунакладке:
Принимаются 12 болтов и размещаются согласно рис. 10.
Проверяется ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d = 23 мм (на 3 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:
An.нт = tf×(bf - n× d0) = 16×(38 - 4×23) = 4608 см2 085×bf ×tf = 085× 38×16 = 5168 см2 так как An.нт 085×bf ×tf :
Поэтому ослабление пояса отверстиями можно не учитывать.
Проверяется ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:
Ан.н = Ан - 2×n× do×tн = 10 × (38+2 × 15) - 2 × 4× 23 × 10 = 496 см2 > 085 × bf × tf = 085× 38 × 16 = 5168 см2.
Изгибающий момент действующий на стенку определяется по формуле:
Принимается расстояние между крайними по высоте рядами болтов:
аmax = hw - (12 18) = 180 - 18 = 162 см = 162 м.
Задается число горизонтальных рядов болтов К = 24 устанавливается расстояние между болтами по вертикали:
Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт равно
где m = 2 - количество вертикальных рядов болтов на полу накладки;
Sаi2 = 1612 + 1472 + 1332 + 1192 + 1052 + 912 + 772 + 632+ 492 + 352 + 212 + + 72 = 112700 см2.
Усилие на один болт от действия поперечной силы:
V = Qn = 87335324 = 3639 кН.
Равнодействующее усилие от момента и поперечной силы в наиболее напряженных крайних болтах стенки равно:
Таким образом прочность стенки обеспечена.
11.Проектирование примыкания балок настила к главной балке
Проектирование примыкания балок настила к главной балке выполняется только при сопряжении балок в одном уровне.
Принимаются болты класса точности "В" М20 класса прочности 5.6. Диаметр отверстий d = 23 мм. По табл. 58* и 59* [3] определяется расчетное сопротивление болтов срезу Rbs = 190 МПа расчетное сопротивление смятию элементов соединяемых болтами Rbp = 465 МПа. Площадь болта Ab = 314 см2 (табл. 62*[3]). Несущая способность односрезного болта по срезу при gb = 08 принимается по табл. 35*[3]:
Nbs = Rbs × gb × A × ns = 190 × 106 × 08 × 314 ×10-4×1 = 47 728 Н = 4773 кН
где ns - число расчетных срезов одного болта.
Несущая способность по смятию более тонкого элемента (ребра) равна:
Ndp = Rbp × gb × d × S t = 450 ×106 × 08 × 002 × 08 = 57600 Н = 576 кН
где S t - наименьшая суммарная толщина элементов сминаемых в одном направлении.
Так как Nbs = 4773 кН Nbp = 576кН необходимое количество болтов подбирается по срезу по усилию F = Qmax1 = 6674 кН
Qmax1 - поперечная сила балки настила на опоре.
Принимаются два болта (рис. 11).
Рис. 11. Примыкание балки настила к главной балке
Проверяется прочность стенки на срез по площади сечения нетто:
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ
1. Подбор сечения стержня сплошной сварной колонны
Материал конструкции сталь С285 с расчетным сопротивлением Ry = 260 МПа (табл. 51*[3]) коэффициент условий работы gс = 1. Расчетное значение продольного усилия сжатия в колонне рвно:
N = Rb × 101 = 2196768×103 × 101 = 2218736 кН.
Конструктивная длина стержня колонны на основе заданной отметки верха перекрытия Н = 9 м равна:
где h3 = 70 см - заглубление колонн ниже нулевой отметки; h = 1832 см - высота сечения главной балки tн = 12 см - толщина металлического настила.
Принимается двутавровое составное (сварное) сечение стержня колонны из трех листов. Для двутаврового сечения ix = 043×h а iy = 024×b (h -высота сечения b - ширина сечения). Для обеспечения равноустойчивости стержня колонны относительно главных осей симметрии (х-х и y-y) уменьшается расчетная длина колонны относительно оси y-y путем постановки вертикальных связей между колоннами по схеме приведенной на рис. 11. Расчетные длины стержня колонн:
относительно оси x –x: ll f x = m × lk = 1 × 7836 = 7836 см
относительно оси y – y: ll f y = m × lk 2 = 1 × 7836 2 = 3918 см.
Задается гибкость стержня колонны: l = 45.
Условная гибкость стержня:
По табл. 72* [3] находится соответствующее значение коэффициента продольного изгиба j = 08662.
Рис. 12. К определению расчётной длины колонны
Геометрические характеристики поперечного сечения стержня колонны
Необходимая площадь сечения:
радиусы инерции сечения:
высота сечения [1 табл. 8.1]:
bтр = iтр y 024 = 8707 024 = 36278 см.
Принимается высота стенки hw = 420 мм равная ширине листа широкополосной универсальной стали (по ГОСТ 82-70*) а ширина поясного листа - 380 мм (рис. 13).
Из условия местной устойчивости при l = 1599 2 (п.7.14*[3]) отношение расчетной высоты стенки к толщине:
Рис. 13. Сечение сплошной колонны
Толщина стенки tw = hw 47388 = 4247388 = 0886 см. Принимается tw = 10 мм и в расчетную площадь сечения стержня колонны включаются два крайних участка стенки шириной по:
Требуемая площадь полки:
Aтр. п = (Aтр - hw ×tw)2 = (98518 - 42 × 10)2 = 28259 см2.
Тогда толщина полки:
tf = Aтр п bf = 2825938 = 0744 см.
Из условия местной устойчивости свесов полок (п. 7.23*):
Толщина поясного листа из условия устойчивости равна:
Принимаются поясные листы из широкополосной универсальной стали (по ГОСТ 82-70*) сечением 34012 мм.
Тогда h = hw + 2tf = 42 + 2×1 = 44 см.
Геометрические характеристики сечения
A = 2 × bf× tf + hw× tw = 2 × 38 × 1 + 42 × 10 = 118 см2;
Приведенная площадь сечения:
Аred = 2 × bf × tf + hw × tw = 2 × 38 × 08 + 42 × 10 = 1028 см2
относительно оси x - x:
относительно оси y – y:
ly = lef y iy = 39188804 = 44505.
Для ly = 44505 коэффициент продольного изгиба j = 08684:
Укрепление стенки колонны поперечными рёбрами жёсткости не требуется.
2. Подбор сечения сквозной колонны балочной площадки
Материал конструкции сталь С285 с расчетным сопротивлением Ry = 260МПа (табл. 51*[3]).
Расчетное значение продольного усилия сжатия в колонне:
N = Rb × 101 = 2196768 ×103×101 = 2218736 кН
Принимается шарнирное закрепление концов колонны тогда в соответствии с принятым характером закрепления коэффициент приведения длины m = 1. Конструктивная длина стержня колонны Расчетные длины стержня колонны:
Расчет относительно материальной оси
Задается гибкость относительно материальной оси lx = 70.
По табл. 72* для гибкости lх = 70 jх = 07315.
Вычисляется требуемая площадь поперечного сечения стержня колонны:
По сортаменту швеллеров (ГОСТ 8240-72) подбираются два швеллера № 36:
A = 2 × 534 = 1068 см2; I1у = 513 см4.
Проверяется устойчивость стержня колонны относительно материальной оси:
Таким образом устойчивость стержня колонны относительно материальной оси обеспечена.
Расчет относительно свободной оси
Из условия равноустойчивости находится требуемая гибкость стержня колонны относительно свободной оси и задается гибкость ветви l1y = 30:
Требуемый радиус инерции сечения относительно свободной оси:
Требуемая ширина сечения b находится по формуле:
(так как ветви колонны запроектированы из двух швеллеров).
Проверяется наличие зазора 100 150 мм между полками швеллеров необходимого для окраски конструкций:
Длина ветви: lв = l1× i1y = 30 ×31 = 93 см.
Принимается расстояние между планками (в свету) 90 см и сечение планок 10 270 мм (ширина планки bp = (05 07)×b = 07×390 = 270 мм) тогда Iпл = 1×273 12 = 164025 см.4 Расстояние между центрами планок: l = lв + bp = 90 + 27 = 117 см. (рис. 14)
Рис. 14. К расчёту ветвей сквозной колонны
Радиус инерции сечения:
Отношение погонных жесткостей:
поэтому приведенная гибкость находится по формуле:
Таким образом устойчивость стержня колонны относительно свободной оси обеспечена.
Расчет соединительных планок выполняется на условную поперечную силу Qfic.
где j = 07315 коэффициент продольного изгиба принимаемый для стержня в плоскости соединяемых элементов.
Условная поперечная сила Qfic распределяется поровну между планками лежащими в плоскостях перпендикулярных оси у - у.
Поперечная сила приходящаяся на планку одной грани:
Qs = 05 × Qfic = 05 × 33348 = 16674 кН.
Изгибающий момент и поперечная сила в месте примыкания планки (рис. 15):
Рис. 15. К расчёту планок
Соединительные планки привариваются к полкам швеллера угловым швом с катетом шва k = 7 мм.
Сварка полуавтоматическая в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С d = 14 - 2 мм.
По табл. 56 (ГОСТ 2246-70*).
Rwf = 215 МПа Rwz = 045 × 380 = 171 МПа;
тогда bf × Rwf = 09 × 215 = 1935 МПа > bz×Rwz = 105 × 171 = 17955 МПа.
Необходима проверка по металлу границы сплавления.
Расчетная площадь шва:
Aw = kf × lw = kf × (bp - 2 × kf) = 07 × (27 - 2 × 07) = 1792 см.2
Момент сопротивления шва:
Напряжения в шве от момента:
Напряжения в шве от поперечной силы:
Проверяется прочность шва по равнодействующему напряжению:
3. Конструирование и расчет оголовка колонны
Принимается плита оголовка толщиной tпл = 25 мм (конструктивно). Давление главных балок передается через ребро приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами.
Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа проволокой Св-08Г2С d = 14 2 мм. Rwf = 215 МПа Rwz = 045 × Run = 045×380 = 171 МПа.
Рис. 16. К расчёту оголовка колонны
Определяется необходимая длина участка смятия ребра:
bсм = bp + 2× tпл = 02 + 2×0025 = 025 м.
Толщина опорного ребра находится из условия смятия:
Принимается tp = 28 мм.
Длина опорного ребра lp (высота оголовка) находится из условия размещения сварных швов обеспечивающих передачу усилия N = 2218736 кН с ребра на стенки ветвей колонны. Принимается катет шва kf = 8 мм 12× tmin = 12 ×75 = 9 мм.
По табл. 34* bf = 09 bz = 105 так как bf ×Rwf = 09×215 = 1935МПа > bz× Rwz = 105 × 171 = 17955 МПа.
Принимается lp = 40 см.
Проверяется стенка швеллера на срез вдоль ребра:
Необходимо местное усиление оголовка путем замены участка стенки швеллера в пределах высоты оголовка более толстой вставкой. Принимается ее толщина 10 мм а длина lвст = lp + 100 мм = 400 + 100 = 500 мм = 05 м.
Торец колонны фрезеруется после ее сварки поверхности плиты строгаются поэтому швы крепления ребра и плиты можно не рассчитывать. По табл. 38* [3] принимается конструктивно минимально допустимый катет шва kf = 8 мм. Конец ребра укрепляется поперечным ребром размеры сечения которого принимаются 120 10 мм.
4.Конструирование и расчет базы колонны
Определение размеров опорной плиты
Размер опорной плиты в плане определяется исходя из условия прочности бетона фундамента смятию под плитой:
где Rb. Rb - прочность бетона осевому сжатию. Для бетона класса В125 Rb = 75 МПа.
Рис.17. К расчету базы колонны
Назначается минимально возможная длина плиты базы колонны:
Lpl = b + 200 мм = 390 + 200 = 590 мм.
Принимается плита с размерами в плане 480 590 мм.
Уточняется значение коэффициента jb:
перерасчет плиты не требуется.
Здесь Af = (Bp a = b = 100 мм - расстояние от края опорной плиты базы колонны до наружной грани подколонника.
Вычисляется значение равномерно распределенной нагрузки на плиту снизу равной реактивному давлению фундамента:
Из условия работы опорной плиты базы колонны на изгиб которая рассматривается как пластина опертая на торец стержня колонны и траверсы устанавливаются значения максимальных изгибающих моментов на отдельных расчетных участках.
Участок 1 (плита опёртая по четырём сторонам)
Отношение большей стороны участка (b = 39 см) к меньшей (а = 36 см) равно bа = 3936 = 1083
По табл. 5 приложения определяется коэффициент a = 00538.
Максимальный момент в плите участка 1 в направлении короткой стороны а равен:
Требуемая толщина плиты:
максимальной толщины стали С285 (табл. 51*[3]). Устанавливается дополнительное ребро (см. рис.17) и принимается для плиты сталь С345. При толщине проката 20 40мм Ry = 300 МПа.
Уточняется толщина плиты на участке № 1:
a = 0098; М1 = 0098 × 784 × 103× 022 = 30733 кН×м;
Участок 2(консольная плита)
В пластинке опертой по трем сторонам изгибающий момент в середине свободного края определяют по формуле:
где а - закрепленная сторона отсека; b - коэффициент (приложение табл. 6)
Так как отношение закрепленной стороны участка к свободной:
участок 2 рассматривается как консольный:
Участок 3 (консольная плита)
Назначается толщина листа траверсы ttr = 10 мм и определяется вылет консольной части плиты:
Принимается толщина плиты 30 мм (2 мм принимаются на фрезеровку).
Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа сварочной проволокой Св-08Г2С d = 14 2 мм. Максимальный катет углового шва вдоль кромок двутавра № 40[1] kf = 8 мм. Соответствующие характеристики: Rwf = 215 МПа Rwz =171 МПа; bf = 09; bz = 105. Расчет выполняется по металлу границы сплавления так как bf × Rwf = 09 × 215 = 1935 МПа > bz × Rwz = 105 × 171 = 17955 МПа.
Площадь с которой нагрузка передается на ребро:
Ар = 018×(039 - 00075) = 0069 м2;
N` = Ар× q = 0069 × 784 × 103 = 539784 кН;
Необходимая длина сварного шва крепления ребра к ветвям колонны:
Принимается высота ребра hр = 200 мм = 02 м.
Необходимая длина сварного шва крепления траверсы и ребра к ветвям колонны:
Принимается высота траверсы htr = 320 мм = 032 м. Крепления траверсы и к плите принимаются конструктивно kf = 8 мм по табл. 38*[3] так как принят фрезерованный торец колонны.
Проверяется траверса на изгиб и срез.
Нагрузка на 1 м длины ребра (см. рис. 17 б):
qr = 784 × 103 × 018 = 14112 кНм.
Изгибающий момент в месте приварки ребра к ветви колонны:
Qr = qtr × a = 14112 × 01 = 14112 кН.
Момент сопротивления листа ребра:
Проверяется прочность ребра:
по нормальным напряжениям:
по касательным напряжениям:
В ходе данной работы мы работали со стальными конструкциями используя расчетные методы. Рассматривая несколько вариантов балочной площадки мы выбрали оптимальный и рассчитали его.
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов Е.И. Беленя Москва1986.
Методические указания к курсовой работе Череповец 2003.
СниП 2-23-81*.Стальные конструкции. Москва 2005.