Стальные конструкции рабочей площадки

МК_Пояснительная записка.doc

Данные для проектирования
Проектирование балки настила
Проектирование главной балки
Изменение сечения по длине главной балки
Проектирование опорной части балки
Укрупнительный стык балки на высокопрочных болтах
Проектирование сквозной колонны
Расчет базы колонны
Список используемой литературы
Данные для проектирования
Размер рабочей площадки
Технологическая нагрузка
Отметка верха настила
Класс бетона фундаментов
Для г. Иркутска температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0.98 составляет 40 °С по СНиП 23-01-99 (2002) «Строительная климатология».
Согласно приложению В СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» принимаем сталь для всех конструкций. Определяем толщину и пролет стального листа.
Обозначим длину настила lН а толщину настила tН. Эти величины можно определить из равенства:
n0 – величина обратная нормальному относительному прогибу. [2]
Е1 – приведенный модуль упругости.
Изначально задаемся величиной tH из расчета что для 10qН ≤20 кНм2 tH=0.8 1.0 см. При этом tH берется исходя из сортамента. Принимаем tH=1.0 см.
Из уравнения находим пролет балки:
Теперь принимаем пролет балки такой чтобы он был кратным пролету здания: 1500175.7=8.53. Принимаем 10 балок настила с шагом 150010=150 см.
Проверка по прогибам настила
Суть проверки заключается в том что предельно допустимое значение прогиба настила с учетом коэффициента надежности не должно превышать максимального значения прогиба что заключается в неравенстве.
=0.95 – коэффициент надежности по назначению ответственности (по ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований» уровень ответственности II - нормальный).
В нашем случае максимальный прогиб будет находиться посередине и его можно рассчитать через прогиб свободно опертой балки:
f0 – прогиб свободно опертой балки.
см 4 – момент инерции участка настила длиной 1 см.
- коэффициент который находится из уравнения:
n0=127.5 – берется значение для lH=150.
1091.283 следовательно проверка по прогибам настила выполняется.
Проверка прочности по нормальным напряжениям
Суть проверки заключается в том что максимальные напряжения возникающие в настиле не должны превышать расчетного сопротивления стали по пределу текучести с учетом коэффициента условий работы.
М – максимальный момент возникающий в настиле;
W – момент сопротивления сечения;
А – площадь поперечного сечения расчетной схемы настила.
M0 – максимальный момент для свободно опертой балки.
(СП20 «Нагрузки и воздействия» табл. 7.1)
см 4 – момент инерции.
см – точка наиболее удаленная от нулевой линии т.е. где возникает наибольшее нормальное напряжение.
- условие выполняется.
- коэффициент условий работы (СП16 «Стальные конструкции» прим. 5 табл. 1).
Так как проверка по прогибам настила и прочности по нормальным напряжениям выполняется то принимаем пролет lH=150 см и толщину настила tH=1.0 см
Проектирование балки настила
Р=0.00175 кНсм 2 – полезная нагрузка;
RyБН=24 кНсм 2 (для стали С245);
=7850 кгсм 3 – плотность стали;
tH=1.0 см – толщина настила;
lH=150 см – длина листа настила.
Нормативная нагрузка:
- коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенной нагрузки (СП20 «Нагрузки и воздействия» п. 8.2.2);
- коэффициент надежности по нагрузке для весов конструкций (СП20 «Нагрузки и воздействия» табл. 7.1);
- коэффициент надежности по ответственности (по ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований» уровень ответственности II - нормальный).
с1 = 1.1 – коэффициент для расчета на прочность элементов стальных конструкций с учетом развития пластических деформаций.
По найденному значению требуемого момента сопротивления сечения главной балки по ГОСТ 8239-89 подбираем двутавр. Ближайшим большим является двутавр №27.
Площадь поперечного сечения см 2
Справочные значения для осей
Теперь с1 уточняется при помощи интерполяции (MathCAD) в зависимости от соотношения между площадью полки Af и стенки Aw (прил. Е1 СП16 «Стальные конструкции»):
Проверка по нормальным напряжениям выполняется.
Проверка прочности по касательным напряжениям
- коэффициент надежности по материалу для стали ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных стальных конструкций».
Проверка по касательным напряжениям выполняется.
Общая устойчивость балок настила
Общая устойчивость балок настила обеспечена.
Местная устойчивость элементов сечения балок настила
Местная устойчивость обеспечена в результате больших толщин проката.
Проверка прогибов балок настила
При расчете строительных конструкций по прогибам (выгибам) и перемещениям должно быть выполнено условие:
f – прогиб (выгиб) и перемещение элемента конструкции (или конструкции в целом) определяемые с учетом факторов влияющих на их значения;
fu – предельный прогиб (выгиб) и перемещение устанавливаемые нормами в размере 1175 (для
- коэффициент надежности по ответственности.
Проверка прогибов балки настила выполняется.
Все проверки сошлись поэтому в качестве балки настила принимаем двутавр №27 по ГОСТ 8239-89.
Проектирование главной балки
Определим нагрузки действующие на балку:
=7850 кгм 3=0.0000785 кНсм 3
G – вес всей конструкции
- коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенной нагрузки = 1.2;
- коэффициент надежности по нагрузке для веса металлических конструкций = 1.05;
- коэффициент надежности по ответственности = 0.95 (по ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований» уровень ответственности II - нормальный).
Коэффициенты принимаем в соответствии с СП20 «Нагрузки и воздействия»
Расчетная схема главной балки. Эпюра M и Q:
Так как количество балок настила nб =10 то в расчетной схеме определим распределенную нагрузку действующую на главную балку:
Определение размеров сечения балки
Назначение высоты балки
Высота балки назначается из условий:
Изначально зададимся высотой балки h по формуле:
Примем также толщину стенки с учетом полученной высоты балки:
Найдем оптимальную и минимальную высоты балки:
n0 =225 для пролета 15м
Назначаем высоту балки близкой к hопт примем h=120 см что больше hmin .
Назначение толщины стенки
Толщина стенки tw определяется исходя из 3-х условий:
Назначаем высоту стенки ():
Rs – расчетное сопротивление стали срезу.
Назначение размеров поясов
Определяем ширину пояса bf исходя из 2-х условий:
Высота пояса tf определяется из условия: см
И по формуле: где - требуемая площадь каждого пояса.
Примем tf =2.0 см согласно сортаменту листовой стали.
Определим величину свеса пояса bef . При этом должно удовлетворяться условие:
5 см 29.3 см. Условие выполняется.
Исходя из рассчитанного значения высоты пояса уточним высоту стенки:
Определение геометрических характеристик сечения
Условие выполняется недонапряжение составляет 5%.
Проверка верхнего сжатого пояса балки
75 см 14.649 см. Условие выполняется.
Принимаем главную балку со следующими характеристиками:
- высота балки h=120 см
- высота стенки hw =116 см
- толщина стенки tw =1.0 см
- ширина пояса bf =40 см
- толщина пояса tf =2.0 см.
Изменение сечения по длине главной балки
Сечение составной балки подобранное по максимальному изгибающему моменту можно уменьшить в местах снижения моментов (у опор). Это несколько увеличивает трудоемкость изготовления таких балок зато обеспечивает экономию металла. Целесообразно изменить сечение балки на 16 длины с каждого конца. Сварной шов выводим на специальные планки.
Определяем новую величину ширины пояса bf1 исходя из условий:
Принимаем bf1 =18 см исходя из 2-го условия.
Определим новые геометрические характеристики сечения:
Проверка прочности стыкового сварного шва
кНсм 2 без контроля качества шва
Условие не выполняется. Увеличиваем ширину поясов.
Принимаем bf1 =23 см
Условие выполняется.
Проверка на прочность по приведенным напряжениям в стенке в месте изменения сечения
Условие выполняется: сталь работает упруго.
Проверка прочности стенки по касательным напряжениям
Вычисляем напряжения по формуле Журавского:
Проверка деформативности балки
047 см 7.018 см – условие выполняется.
Обеспечение общей устойчивости балки
– расчетная длина балки на устойчивость (расстояние между балками настила)=150см
Условие выполняется. Общая устойчивость балки обеспечена.
Обеспечение местной устойчивости стенки
Постановка поперечных ребер жесткости.
Условия гибкости стенки:
=> постановка ребер жесткости обязательна.
К расчету местной устойчивости стенки:
Шаг ребер не должен превышать
Балку выполняем состоящей из 2 отправочных марок поэтому предусматриваем укрупнительный стык в середине длины балки с тем чтобы отправочные марки были одинаковыми. Ребро в этом месте устанавливать нельзя. Количество ребер должно быть честным количество шагов нечетным.
устанавливаем ребра с шагом см
Прочность стенки по локальным напряжениям обеспечена. Установка поперечных ребер под балки настила не обязательна.
Ширина выступающей части двустороннего симметричного ребра:
Проверка устойчивости стенки балки при наличии местных напряжений.
с2 =75.32 по табл. 14.5 [3]
с1 =42.60 по табл. 14.3 [3] находим интерполируя.
- отношение большей стороны отсека к меньшей;
где d=116 см – меньшая сторона отсека;
Условие выполняется устойчивость в первом отсеке обеспечена.
где по табл. 14.1 [3]
где с1 =49.46 по табл. 14.3 [3] находим интерполируя
Условие выполняется устойчивость в третьем отсеке обеспечена.
Проектирование опорной части балки
Требуемая площадь опорного ребра:
кНсм 2 – расчетное сопротивление стали смятию по ГОСТ 27772-88;
Назначим br =23 см равной ширине поясов
Принимаем tr =10 мм в соответствии с сортаментом.
Проверка местной устойчивости ребра
Проверка устойчивости опорной стойки из плоскости стенки балки:
Площадь и момент инерции стойки:
Радиус инерции и гибкость:
по табл. Д1 СП16 «Стальные конструкции» где - коэффициент продольного прогиба.
Назначаем катет двусторонних угловых швов крепления опорного ребра к стенке. Принимаем полуавтоматическую сварку в нижнем положении сварочной проволокой Св-08Г2С в среде СО2 . Для данной проволоки кНсм 2.
Требуемый катет шва:
По металлу границы сплавления:
По конструктивным требованиям минимальный катет шва составляет kf =4 мм.
Сварные швы крепящие ребро к поясам назначим конструктивно минимальными kf =5 мм по табл. 38 СП16 «Стальные конструкции».
Расчет поясных сварных швов
Сдвигающее усилие на единицу длины:
Статический момент пояса от нейтральной оси:
Дополнительное местное давление в месте не укрепленном ребром жесткости:
Принимаем автоматическую сварку сварочной проволокой Св-08А под флюсом АН-348-А в положении «в лодочку».
кНсм 2 кНсм 2 кНсм 2
Сварные швы двусторонние.
Требуемый катет швов:
Принимаем по конструктивным требованиям минимальный катет двусторонних швов для верхнего и нижнего поясов kf =5 мм.
Укрупнительный стык балки на высокопрочных болтах
Для стыка принимаем высокопрочные болты d=24 мм из стали 40Х Rbun = 107.8 кНсм 2 Rbh=75.5 кНсм 2 по табл. Г8 СП16 «Стальные конструкции».
Диаметр отверстий 27 мм. Способ обработки поверхностей – газопламенный. Способ контроля натяжения болтов – по моменту закручивания.
по табл. 42 СП16 «Стальные конструкции»
см 2 по табл. Г9 СП16 «Стальные конструкции»
Несущая способность одного болта с учетом двух плоскостей трения:
Момент воспринимаемый поясами:
Поперечная сила воспринимаемая поясами:
Расстояние между осями поясов:
Количество болтов необходимых для крепления накладок к поясу:
Принимаем 10 болтов с каждой стороны стыка и размещаем их в соответствии с конструктивными требованиями табл. 40 СП16 «Стальные конструкции».
Пояс ослаблен 4 отверстиями:
см 2 0.85Af =68 см 2
Следовательно расчет ведем по условной площади пояса:
Проверка прочности ослабленных сечений:
Прочность поясов в месте укрупнительного стыка обеспечена.
Принимаем толщину поясных накладок 20 мм.
Момент воспринимаемый стенкой:
Расстояние между крайними по высоте рядами болтов:
Принимаем 2 вертикальных ряда (m=2) с каждой стороны стыка и 8 горизонтальных рядов с шагом 14.3 см.
Максимальное усилие в наиболее нагруженном болте:
(количество болтов в стенке достаточно) где
Проектирование сквозной колонны
Согласно приложению В СП16 «Стальные конструкции» принимаем сталь С245 для колонны.
Определим расчетную длину колонны:
Сопряжение балок принято на одном уровне (сверху):
см – отметка верха настила;
см – толщина настила;
см – высота балки настила;
см – высота главной балки;
см – глубина заложения;
Расчетная длина колонны:
- закрепление нижнего конца колонны с фундаментом и верхнего принято шарнирным. Закрепление колонны в двух плоскостях принято одинаково.
Определяем расчетную нагрузку.
Для средних колонн нагрузка собирается с грузовой площади:
кНм 2 – технологическая нагрузка;
кНсм 2 – вес настила;
см – длина измеренного сечения балки;
см 2 – площадь измеренной части балки;
см – длина всей балки;
см 2 – площадь балки;
кгсм 3 – плотность стали;
Расчет относительно материальной оси.
Зададимся гибкостью тогда
- коэффициент продольного изгиба.
Подбор сечения сквозной колонны начинается с расчета на устойчивость относительно материальной оси Х т.е. с определения требуемой площади сечения:
Принимаем сечение из двух швеллеров №30.
Швеллер №30 по ГОСТ 8240-89
Проверка устойчивости колонны относительно оси Х
Расчет относительно свободной оси.
Определяем расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости колонны в двух плоскостях.
Определим гибкость колонны относительно свободной оси.
см – ширина полки швеллера
Проверка сечения относительно свободной оси Y-Y:
Условие устойчивости колонны относительно свободной оси Y-Y:
Устойчивость колонны в двух плоскостях обеспечена.
Планки заводим на 4 см.
Для проверки прочности планок и прикрепляющих швов определяем перерезывающую силу и момент действующие на одну планку:
- условная поперечная сила;
Планки прикрепляют к ветвям колонны угловыми швами прочность которых при kf =tпл =0.8 см будет меньше прочности планки поэтому достаточно проверить прочность сварных швов (в расчете учитываем только вертикальные участки шва). Присоединение планок осуществляется ручной сваркой электродами типа Э42.
Определяем площадь сечения и момент сопротивления сварного шва:
кНсм 2 – расчетное сопротивление металла сварного шва соединений с угловыми швами.
Расчет оголовка колонны
Опирание балок на колонны принято сверху. Поэтому оголовок колонны состоит из плиты и ребер поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.
Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны. Швы прикрепляющие ребро оголовка к плите должны выдерживать полное давление на оголовок. Принимаем ручную сварку сварочной проволокой Св-08А электродами типа Э42.
Определяем величину катета шва:
Ввиду большой расчетной толщины сварного шва торец колонны и ребро необходимо фрезеровать. В этом случае давление от балок будет непосредственно передаваться через опорную плиту на ребро оголовка а толщина швов соединяющих плиту с ребром и с ветвями колонны назначается конструктивно.
Принимаем kf =0.5 см.
Высоту ребра оголовка определяем из условия требуемой длины швов передающих нагрузку на стержень колонны.
Толщина ребра оголовка определяется из условия сопротивления на смятие:
см – толщина опорной плиты. Лежит в пределах 20-25 мм. Принимается конструктивно;
кНсм 2 (для стали С245) – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.
Принимаем tp =1.6 см.
Проверяем ребро на срез:
Конструктивно колонны принимаем с траверсами. Траверса служит для более равномерного распределения усилий от колонны на плиту и увеличивает ее несущую способность. Условие закрепления колонны в фундаменте – шарнирное.
Бетон фундамента класса В10 согласно заданию.
Расчетную нагрузку на базу определяем как сумму нагрузок: нагрузку на колонну N и вес колонны Gк .
Требуемая площадь опорной плиты базы колонны:
Ширину плиты определяем по конструктивным соображениям:
см – расстояние между траверсами высота сечения ветви;
см – толщина траверсы (tтр =1 1.6 см);
см – свободный выступ плиты за траверсу (с=2 6 см).
Примем см из конструктивных соображений.
Плита работает как пластина на упругом основании воспринимающая давление от ветвей траверс ребер. Для простоты расчета давление под плитой принимается равномерно распределенным.
Плиту рассчитывают как пластину нагруженную снизу равномерно распределенным давлением и опертую на элементы сечения стержня и базы колонны.
Напряжение под плитой:
В соответствии с конструкцией базы плита имеет участки опертые на четыре канта – 1 на три канта – 2 и консольные – 3.
Наибольшие изгибающие моменты действующие на полосе шириной 1 см в пластинах определяют:
- при опирании на четыре канта:
- при опирании на три канта: где
а – свободный край контура;
а1 – большая сторона контура;
и - коэффициенты принимаемые по СП16.1330.
Участок 1 опертый на четыре канта: для уменьшения момента участок разделен на равные части ребром жесткости:
а – размер меньшей стороны
Участок 2 опертый на три канта:
а – свободный край схемы.
Момент определяем как для консоли длиной b:
Участок 3 консольный:
По максимальному моменту на участке 1 требуемая толщина плиты равна:
Высоту траверсы находим по длине сварных швов необходимых для прикрепления ее к стержню колонны. Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой сварочной проволокой Св-08А под флюсом АН-348-А.
При 4-х вертикальных швах с катетом:
Принимаем высоту траверсы см.
Производим проверку траверсы на прочность. Траверса рассчитывается как однопролетная балка с консолями:
На консольном участке:
Швы прикрепляющие ветви траверсы к опорной плите рассчитываем на полное усилие действующее на колонну. Учитывая что на консольных участках листы траверсы приваривают с двух сторон.
Связи на проектируемом объекте выбираем крестовые в виде равнополочного уголка. Крестовые 75х6 и портальные 90х7 по ГОСТ 8509-93.
Список используемой литературы
СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».
СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции».
«Металлические конструкции» под ред. Ю.И.Кудишина Москва 2007. – 688 с.
Кикоть А.А. «Расчет стальной сварной балки» Барнаул АлтГТУ 2005г.
Калько И.К. «Расчет составной сварной балки и центрально-сжатой колонны» Барнаул АлтГТУ 1998г.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Алтайский государственный технический университет
Кафедра «Строительные конструкции»
Курсовой проект по дисциплине «Металлические конструкции»
на тему «Стальные конструкции рабочей площадки»
Пояснительная записка

МК_Графическая часть.dwg

Стальные конструкции рабочей площадки
Схема расположения элементов. Ведомость элементов
Отправочная марка Б1
Отправочная марка Б5. Узел 1. Узел 2. Сечение 1-1
Колонна К1. Сечение 6-6
Усиление для прикрепления
Наименование или марка металла
Примечание: 1. Район строительства: г. Иркутск. Температура наиболее холодных суток
обеспеченностью 0.98 минус 40°С. 2. В качестве материала использовалась сталь марки С245 по ГОСТ27772-88. 3. Сварные соединения: - для крепления настила к балкам настила используется ручная сварка электродом типа Э42 (по ГОСТ 9467-75) в нижнем положении с катетом шва 5 мм; - для крепления опорного ребра к стенке балки используется полуавтоматическая сварка в нижнем положении сварочной проволокой Св-08Г2С (по ГОСТ 2246-70) в среде СО2 (по ГОСТ 8050-85) с катетом шва 4 мм; - поясные швы выполняются автоматической сварочной проволокой Св-08А (по ГОСТ 2246-70) под флюсом АН-348-А (по ГОСТ 9087-81) в положении "в лодочку" с катетом шва 5 мм; - планки прикрепляют к ветвям колонны ручной сваркой
электродами типа Э42 (по ГОСТ 9467-75) угловыми швами с катетом 8 мм; - крепление торца ветвей колонны к опорной плите
ребер оголовка к опорной плите и к ветвям колонны осуществляется ручной сваркой сварочной проволокой Св-08А с катетом шва 5 мм; - прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой сварочной проволокой Св-08А (по ГОСТ 2246-70) под флюсом АН-348-А (по ГОСТ 9087-81) с катетом шва 5 мм. 4. Укрупнительный стык главной балки выполняется на высокопрочных болтах диаметром 24 мм из стали 40Х (по ГОСТ 22356-77). Способ обработки поверхностей - газопламенный. Способ контроля натяжения болтов - по моменту закручивания. 5. Для более равномерной передачи нагрузки опорные ребра главных балок и колонн фрезеруются. 6. Все металлические конструкции необходимо очистить от ржавчины
обезжирить и покрыть грунтовкой ГФ-021 за 2 раза (по ГОСТ 25129-82) и двумя слоями эмали ПФ-115.
Схема расположения элементов рабочей площадки
Отправочная марка Б5
Укрупнительный стык марки Б1