Балочная клетка рабочей площадки производственного здания

Металлы поясняк.doc

Министерство образования РФ
ТОМСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙАРХИТЕКТУРНО-
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Металлические и деревянные конструкции.
Балочная клетка рабочей площадки.
Сравнение вариантов 3
2.Балочная клетка нормального типа 3
3.Балочная клетка усложнённого типа .4
Расчет и конструирование главной балки .7
1.Подбор сечения балки .7
2.Изменение сечения балки по длине .10
3.Проверка прочности балки 11
4.Проверка общей устойчивости балки ..12
5.Проверка устойчивости стенки 13
6.Расчет и конструирование узлов и деталей балки . .14
6.1.Поперечное рёбро жесткости ..14
6.3.Монтажный стык балки .. .16
6.4.Опорный узел балки .18
6.5.Сопряжение балок 19
Расчёт и конструирование центрально-сжатой колонны .. 20
1.Выбор типа сечения колонны .20
2.Подбор сечения колонны .. .20
3.Конструирование и расчет оголовка колонны ..22
4.Конструирование и расчет базы колонны 23
2.Балочная клетка нормального типа
2.1.Компоновка варианта.
Принимая вычисляем ориентировочный шаг балок настила:
Ориентировочное количество шагов балок настила в пределах пролёта главной балки:
Округляя число в большую сторону до целого чётного числа окончательно К=8 шагов.
Фактический шаг балок настила:
2.2.Расчёт балки настила.
Расчётную схему балки настила принимаем в виде однопролётной шарнирно-опертой балки загруженной равномерно распределённой погонной нагрузкой собираемой с грузовой площади шириной а.
Погонная нормативная нагрузка на балку настила:
Погонная расчетная нагрузка:
Статический расчёт балки настила:
Требуемые геометрические характеристики сечения балки:
-момент сопротивления
По ГОСТ 8239-89 принимаем I №27 с Jx=5010см4 Wx=371см3 bf=125см Pbn=315кгм.
Уточняем толщину настила:
Окончательно tn=7мм.
2.3.Расход стали по варианту:
3.Балочная клетка усложнённого типа
3.1.Компоновка вариантов.
В соответствии с ограничениями по компоновке варианта шаг второстепенных балок принимаем b=2м.
Количество шагов второстепенных балок в пределах пролёта главной балки:
Принимаем К`=4 тогда b=175см.
Учитывая что по варианту 1 а=875см определяем требуемое число шагов балок настила в пределах пролёта второстепенных балок:
3.2.Расчёт балки настила.
Так как расчёты балок настила по вариантам принципиально не отличаются расчёт приведём без лишних пояснений.
Расчётная схема балки принята аналогичной варианту 1.
По ГОСТ 8239-89 принимаем I №12 с Jx=350см4 Wx=584см3 bf=64см Pbn=115кгм.
3.3.Расчёт второстепенной балки.
Погонная нормативная нагрузка:
Погонная расчётная нагрузка:
По ГОСТ 8239-89 принимаем I №33 с Jx=9840см4 Wx=597см3 bf=14см Pbn=422кгм.
Проверяем необходимость проверки общей устойчивости:
Действительное значение делаем проверку устойчивости балки:
условие не выполняется. Уменьшаем шаг балок настила: n`=6;
Окончательно tn=6мм.
Действительное значение условие выполняется.
3.4.Расход стали по варианту.
3.5.Сравнение вариантов.
За оптимальный принимаем первый вариант.
Расчет и конструирование главной балки
1.Подбор сечения балки
1.1.Расчётную схему главной балки принимаем в виде однопролётной шарнирно опёртой балки. Нагрузка на главную балку от балок настила передаётся в виде сосредоточенных сил. Так как количество сосредоточенных сил более 5. действие сил заменяем действием равномерно распределённой нагрузки.
1.2.Сбор нагрузки на балку.
Нормативная погонная:
- коэффициент учитывающий собственный вес главной балки;
5*10-6- вес 1см3 стали кНсм3.
1.3.Статический расчёт балки
1.4.Требуемый момент сопротивления.
-максимальная при этажном сопряжении балок
-максимальная при сопряжении балок в одном уровне.
Принимаем вариант с этажным сопряжением балок.
-из условия среза в опорном сечении
-из условия обеспечения её устойчивости постановкой основных поперечных рёбер жесткости
В соответствии с ГОСТ 82-70* tw=11мм.
Сечение стенки hw*tw=750*11мм
Принимаем рекомендуемую толщину поясов tf=2tw=2*11=22мм согласовывая с ГОСТ 82-70* имеем tw=22мм.
Расчётное сопротивление Ry=22кНсм2 отвечает толщине листовой стали .Для стали С235 при данной толщине Ryn=22.5кНсм2; Run=36кНсм2; Ru=35кНсм2; Rs=12.5кНсм2.
Уточняем Wreq=4682см3; tw=11мм; tw1=1.0368см; tw2=0.446см.
Предварительно вычисляем:
Требуемая ширина пояса:.
По ГОСТ 82-70* принимаем bf=240мм.
Сечение пояса bf*tf=240*6мм.
1.8.Проверка правильности компоновки сечения.
-обеспечение общей устойчивости балки h=794см.
-условие выполняется.
-проверка местной устойчивости сжатого пояса. Вычисляем условную гибкость стенки:
условие выполняется.
Вычисляем условную гибкость пояса:
1.9.Возможность применения автоматической сварки поясов со стенкой:
bf=24см20см условие выполняется.
1.10.Ограничение уровня осадочных напряжений:
tf=2.2см3tw=3*1.1=3.3см условие выполняется.
Все требования по компоновке сечения выполняются.
1.11.Проверка правильности подбора сечения балки.
-по условию устойчивости стенки в зоне развития пластических деформаций где условие выполняется.
1.12.Проверка прочности.
Фактический момент инерции сечения:
Фактический момент сопротивления сечения:
Недонапряжение составляет:
Сечение подобрано верно.
2.Изменение сечения балки по длине
Место изменения сечения: .
Момент и поперечная сила в сечении:
Требуемые момент сопротивления и момент инерции изменённого сечения:
Требуемый момент инерции поясов:
Требуемая ширина полки:.
По ГОСТ 82-70* b1=200мм.
Уменьшенное сечение пояса b1*tf=200*22мм.
Принятые размеры сечения удовлетворяют рекомендациям:
Прочность уменьшенного сечения обеспечена.
3.Проверка прочности балки.
Проверка прочности по максимальным касательным напряжениям проводится в опорном сечении балки.
Проверка приведенных напряжений в месте изменения сечения. Предварительно вычисляем:
Проверка прочности стенки по местным напряжениям. Условная длина распределения сосредоточенного давления:
Проверка приведенных напряжений под первой балкой настила слева от места изменения сечения z=87.5см.
Таким образом прочность балки обеспечена.
4.Проверка общей устойчивости балки.
Проверка устойчивости в пределах зоны учета пластических деформаций в стенке:
Соответствие границ аппроксимации рассчитываемой балке и не выполняется.
Поправочный коэффициент здесь сx=c1 т.к. . .Устойчивость балки в зоне развития пластических деформаций обеспечена. Устойчивость в пределах уменьшения сечения балки можно не проверять. В месте уменьшения сечения балки балка работает упруго .
5.Проверка устойчивости стенки
Для выполнения требования в пределах ставим под каждой сосредоточенной силой поперечные парные рёбра жесткости.
Так как стенку между крайним ребром поставленным в пределах аре и опорным сечением балки так же укрепляем поперечными рёбрами жесткости.
Проверка устойчивости отсека совпадающего с местом изменения сечения балки.
При рекомендуемый шаг рёбер жесткости см.
Количество отсеков стенки рекомендуемой длины
Принимая n=2 определяем расстояние между рёбрами жесткости:
Наиболее напряженный участок стенки длиной hef=hw примыкает к промежуточному ребру жесткости. В пределах этого участка изменяется сечение балки поэтому определяем средние значения напряжений.
Критические напряжения. Предварительно вычисляем:
Проверяем устойчивость стенки
6.Расчет и конструирование узлов и деталей балки.
6.1.Поперечное рёбро жесткости
Доля пропуска поясных сварных швов по торцам ребер устраиваем скосы размером 40*40 мм.
Принимаем крепление ребер полуавтоматической сваркой односторонними угловыми швами за исключением приварки торцов ребер воспринимающих сосредоточенную нагрузку F=1668кН.
Марка сварочной проволоки по ГОСТ 2246-70* Св 08А с Rwf=18кНсм2.
-из длины шва по торцам ребер необходимой для восприятия F=166.8кН
В соответствии с ГОСТ 103-76* bh*th=100*6мм.
Проверка ребра на устойчивость с lef=hw и
Таким образом при принятых размерах сечения ребер их устойчивость обеспечена.
Проверяем прочность сварных швов прикрепляющих ребра жесткости к стенке при .
Соединение поясов со стенкой выполняем двухсторонними сварными угловыми швами т.к. балка работает с развитием пластических деформаций. Сварка – автоматическая в лодочку сварочная проволока марки Св-08А по ГОСТ 2246-70* с Rwf=18кНсм2; Коэффициенты глубины провара ; . Принимая проверяем достаточность катета швов под первой от опоры балкой настила:
Таким образом минимального катета шва kf=6мм достаточно для обеспечения прочности поясных швов.
6.3.Монтажный стык балки
Принимаем болты d=20мм (Аbn=2.45см2) из стали 40X «селект»(Rbun=110кНсм2); диаметр отверстий под болты d0=23мм; способ очистки соединяемых поверхностей – стальными щетками(); контроль за натяжением стержня болта – по моменту закручивания().
Несущая способность одного болта имеющего две поверхности трения (К=2):
-предельное усилие воспринимаемое поясом:
-требуемое количество болтов по одну сторону стыка:
.Принимаем nf=16 болтов.
-определяем ширину накладок располагаемых с внутренних сторон поясов:
. Принимаем bpf=90мм.
-из условия равнопрочности пояса и стыковых накладок определяем толщину накладок:
. Принимаем tpf=19мм.
-проверяем прочность ослабленного сечения нижнего растянутого пояса отверстиями под болты. Площадь сечения пояса нетто
Т.к. прочность обеспечена.
-проверяем прочность накладок ослабленных в середине стыка четырьмя отверстиями. Площадь сечения накладок нетто:
Площадь сечения накладок брутто:
Т.к. . То требуется проверка прочности накладок по расчетной площади сечения
-прочность накладок обеспечена.
-исходя из принятой схемы расстановки болтов определяем длину поясных накладок:
-проверяем возможность размещения стыковых накладок между балками настила:
Здесь а - шаг балок настила; bfbn – ширина полки балки настила.
-предельный момент воспринимаемый стенкой:
-задаваясь расстановкой болтов по высоте накладки определяем усилие приходящееся на один горизонтальный ряд болтов:
-требуемое количество болтов в одном горизонтальном ряду по одну сторону стыка:=2шт.
-определяем размеры накладки:
Из условия равнопрочности ;
Из условия расстановки болтов по крайнему вертикальному ряду ;
Окончательно принимаем .
n - количество шагов болтов по высоте кладки.
-проверяем прочность нижней растянутой части стенки ослабленной в середине стыка четырьмя отверстиями под болты.
Принимаем в запас прочности предельное усилие воспринимаемое растянутой частью стенки равным равнодействующей усилий в горизонтальных рядах болтов.
Площадь сечения нетто:
Т.к. то проверку прочности следует вести по .
-прочность стенки обеспечена.
-проверка прочности стыковых накладок не требуется т.к. суммарная площадь сечения накладок больше площади сечения стенки .
6.416.Опорный узел балки
-принимая определяем требуемую толщину опорного ребра из условия смятия торца:
в соответствии с ГОСТ 8200-70* toh=16мм. Принимаем .
-проверка местной устойчивости ребра:
-проверка устойчивости ребра относительно оси z:
-прикрепление опорного ребра к стенке осуществляем полуавтоматической сваркой двухсторонними угловыми швами. Требуемый катет сварных швов:
6.5.Сопряжение балок
Сопряжение балок – этажное. Фиксацию балок настила осуществляем их приваркой к поясу главной балки. Сварку принимаем ручную электродами Э42 с ; ; ; .
Условная поперечная сила:
Расчетная длина сварного углового шва:
и поэтому фактическая длина шва .
Расчёт и конструирование центрально-сжатой колонны
1.Выбор типа сечения колонны
Геометрическая длина колонны:
Расчетная длина колонны в продольном и поперечном направлении площадки:.
Расчетное значение продольной силы в колонне:
Возможность использования в качестве ветвей прокатных профилей может быть оценена:
условие не выполняется. Стержень колонны проектируем сплошного составного сечения.
2.Подбор сечения колонны
Сварка автоматическая - в лодочку сварочная проволока марки Св-08А по ГОСТ 2246-70* с Rwf=18кНсм2; коэффициенты глубины провара ; .
Задаёмся значением тогда
Требуемая ширина колонны:.
Принимаем в соответствии с ГОСТ 82-70*.
Требуемая толщина стенки:.
Принимаем по ГОСТ 82-70* .
Проверяем устойчивость стенки:
устойчивость стенки обеспечена.
Требуемая толщина полки
. По ГОСТ 82-70* принимаем tf=9мм.
Проверяем устойчивость полок:
.Устойчивость полок обеспечена.
Проверка устойчивости колонны:
Фактическая площадь сечения:
Минимальный момент инерции сечения:.
Минимальный радиус инерции сечения:.
Наибольшая гибкость стержня колонны: .
Условная гибкость: .
Коэффициент продольного изгиба: .
Недонапряжение составляет: .
Проверка местной устойчивости стенки:
и поясов : выполняются. Укрепление стенки продольным ребром жесткости не требуется.
Минимальное значение катета односторонних поясных швов .
Расчетное значение катета односторонних поясов швов:
3.Конструирование и расчет оголовка колонны
Назначаем ширину опорной плиты . Определяем минимальные значения катета швов . Тогда размеры опорной плиты в плане ; . Согласовывая с ГОСТ 8200-70* имеем мм.
Требуемая толщина диафрагмы из условия смятия её торца при
по ГОСТ принимаем tv=20мм.
Расчетное значение катета сварных швов Ш1 прикрепляющих диафрагму к ветвям колонны: .
Проверяем выполнение конструктивных требований к размерам угловых сварных швов: . Требовании выполняются .
Из условия ограничения расчетной длины шва определяем высоту диафрагмы: . В соответствии с ГОСТ 82-70* hv=800мм.
Проверяем диафрагму на срез:
. Условие прочности выполняется.
Проверяем прочность стенок ветвей на срез:
. Проверка выполняется.
Таким образом размеры диафрагмы hv*tv*lv=800*20*420мм.
Назначаем размеры горизонтального ребра:
Расчетная ширина ребра: . По ГОСТ 103-76* принимаем b2=70мм.
Окончательно b2*t2=70*5мм.
Принимаем kf1=kf2=kf3=10мм.
4.Конструирование и расчет базы колонны
Материал фундамента – бетон класса прочности В75 с Rb=045кНсм2.
4.1.Размеры опорной плиты в плане.
Принимая =12 находим и требуемую площадь опорной плиты: .
Ширина плиты . По ГОСТ 8200-70* принимаем bpe=530мм.
Длина плиты: . По ГОСТ 8200-70* принимаем lpe=560мм.
Окончательно принимаем размеры плиты в плане bpe*lpe=560*600мм.
Площадь верхнего обреза фундамента принимаем .Фактическая площадь опорной плиты . Тогда .
Среднее напряжение в бетоне под опорной плитой: .
Элементами траверсы и колонной плита разбивается на 3 участка. Изгибающие моменты на участках:
Опирание по 4 сторонам - .
Опирание по 3 сторонам - .
Вследствие большой разницы в значениях изгибающих моментов в конструкцию базы на участке 1 вводим ребра. Толщину ребер принимаем 10мм.
Изгибающие моменты на вновь образованных участках:
Расчетный изгибающий момент М=1615кНсм.
Требуемая толщина плиты:
. По ГОСТ 82-70* принимаем tpe=22мм.
4.3.Расчет траверсы.
Погонная нагрузка на стенку траверсы:
Момент и поперечная сила в месте фактического прикрепления консольной части траверсы:
Опорный момент и опорная реакция:
Пролетный момент: ;.
Поперечная сила справа от опоры: .
Расчетные усилия для проверки траверсы на прочность:
М=22834кН; Q=2402кН.
Требуемый катет сварных угловых швов прикрепляющих траверсу:
Принимая kf1=6мм определяем высоту траверсы:
. Согласовывая с ГОСТ 82-70* имеем htr=38см.
Проверяем прочность траверсы на изгиб:
4.4.Расчет ребер и диафрагм.
Высоту и толщину ребер и диафрагм принимаем одинаковыми толщину назначаем ts=10мм.
Погонная нагрузка: .
Поперечные силы слева и справ от опоры:
Опорный и пролетный моменты:
Расчетные усилия М=1673кН; Q=1636кН.
Определяем высоту сечения из условий прочности изгибаемого элемента:
По ГОСТ 82-70* принимаем hs=220мм.
Принимаем kf2=kf3=9мм.
Проверяем прочность сварных швов:
Kf5=kf6=9мм. Проверяем прочность швов длиной 1см:
Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций.: Учеб. пособие для строительных вузовВ.В.Горев Б.Ю.Уваров В.В.Филиппов и др.; Под ред. В.В.горева.-М.:Высш.шк.1997.-527с.
Кочергин Ю.Г. Балочная площадка: Методические указания по курсовому проектированию. Часть1. Сравнение вариантов. Томск: Изд-во ТГАСУ1999-24с.
Кочергин Ю.Г. Балочная площадка: Методические указания по курсовому проектированию. Часть2. Расчет и конструирование главной балки. Томск: Изд-во ТГАСУ2000-32с.
. Кочергин Ю.Г. Балочная площадка: Методические указания по курсовому проектированию. Часть3. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны. Томск: Изд-во ТГАСУ2000-36с.

Металлы1 Лист 3.dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Материал C255 для сварных конструкций по ГОСТ 19281-73. 2. Все отвнрстия сверлены d=23 мм. 3. Все швы варить электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75. 4. Все швы hw=6 мм. кроме оговоренных
Спецификация металла С255
Условные обозначения
Масса наплавленного металла

МеталлыЭдикт1.dwg

производственного здания
Монтажная схема.Узлы.
Отправочный элементБ1.
Укрупнительный стык.
На монтажной схеме расположение балок Б5 условно показано
Монтажная сварка-ручная электродуговая(ГОСТ5264-80) электро-
дуговая(ГОСТ9467-75) с высотой катета 6мм.
Монтажны болты М20 класса прочности 4.6 поГОСТ1759-70**.
Укрупнительные стыки балок Б1
Б4 на высокопрочных болтах
с регулируемым натяжением стержня(ГОСТ 22353-223556.77*).
Все отверстия диаметром 23мм
Балки настила крепить к главным балкам швами длиной 60мм.
Настил приваривать прерывистым швом с длиной шпонки 60мм и
Сварка поясных щвов автоматическая
остальных-полуавтоматичес-
ГОСТ 8713-79;сварочная проволока СВ-08А
ОТПРАВОЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Б1

Металлы1 Лист 2(а).dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Отправочный элемент ГБ-1
Материал C255 для сварных конструкций по ГОСТ 19281-73. 2. Все отвнрстия сверлены d=23 мм. 3. Поясные и стыковые швы варить автоматом. 4. Все остальные швы варить электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75. 5. В узле не показана цифрами последовательность сварки. 6. Все швы hw=6 мм. кроме оговоренных
Спецификация металла С245
Условные обозначения

Металлы1 Лист 2.dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Отправочный элемент ГБ-1
Материал C245 для сварных конструкций по ГОСТ 19281-73. 2. Все отвнрстия сверлены d=22 мм. 3. Поясные и стыковые швы варить автоматом. 4. Все остальные швы варить электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75. 5. В узле не показана цифрами последовательность сварки. 6. Все швы hw=6 мм. кроме оговоренных
Спецификация металла С245
Условные обозначения

Металлы1 Лист 3(а).dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Материал C255 для сварных конструкций по ГОСТ 19281-73. 2. Все отвнрстия сверлены d=23 мм. 3. Все швы варить электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75. 4. Все швы hw=6 мм. кроме оговоренных
Спецификация металла С255
Условные обозначения
Масса наплавленного металла

Металлы1 Лист 1й.dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Монтажная схема. Узлы и детали.
Таблица монтажных элементов
Материал конструкции: сталь С255. 2. Раскладка балок настила условно показана для одной ячейки. 3. Сварку производить электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 4. Все отверстия сверлены d=23
болты М20 по ГОСТ 7798-70*

Металлы1 Лист 1.dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Монтажная схема. Узлы и детали.
Таблица монтажных элементов
Материал конструкции: сталь С255. 2. Раскладка балок настила условно показана для одной ячейки. 3. Сварку производить электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 4. Все отверстия сверлены d=23
болты М20 по ГОСТ 7798-70*

Металлы1 Лист 1(а).dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Монтажная схема. Узлы и детали.
Таблица монтажных элементов
Материал конструкции: сталь С255. 2. Раскладка балок настила условно показана для одной ячейки. 3. Сварку производить электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 4. Все отверстия сверлены d=23
болты М20 по ГОСТ 7798-70*

Металлы1 Лист 2й.dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Отправочный элемент ГБ-1
Материал C255 для сварных конструкций по ГОСТ 19281-73. 2. Все отвнрстия сверлены d=23 мм. 3. Поясные и стыковые швы варить автоматом. 4. Все остальные швы варить электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75. 5. В узле не показана цифрами последовательность сварки. 6. Все швы hw=7 мм. кроме оговоренных
Спецификация металла С255
Условные обозначения

Металлы1 Лист 3ю.dwg

ТГАСУ Кафедра металлических и деревянных конструкций
Балочная площадка производственного здания
Материал C245 для сварных конструкций по ГОСТ 19281-73. 2. Все отвнрстия сверлены d=22 мм. 3. Все швы варить электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75. 4. Все швы hw=6 мм. кроме оговоренных
Спецификация металла С245
Условные обозначения
Масса наплавленного металла