Расчет балочной клетки
Сбор нагрузок на вспомогательные балки, силовой и проверочный расчет. Подбор сечения составной сварной главной балки. Проверка общей и местной устойчивости. Соединение главной и второстепенной балок. Компоновочное решение, конструирование и расчет колонн.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.05.2012 |
| Размер файла | 5,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Компоновочное решение
Требуется выполнить компоновку балочной клетки рабочей площадки (рисунок 1) при следующих данных:
пролет главных балок =16,2/ 17,4
высота от пола до верха площадки =7,1/ 6,5
полезная нагрузка (нормативная) =26,1м2 / 23,2
коэффициент надежности по нагрузке =1,2 / 1,2
толщина настила (железобетонная плита) =10см /14 см
толщина пола (бетон) =25мм / 35мм
шаг главных балок =6 м / 6м
нормативный прогиб главных балок 1/400 пролета
шаг второстепенных балок =162/8=2,025 /
нормативный прогиб второстепенных балок 1/250 пролета
город Омск
Рисунок 1. Компоновочная схема рабочей площадки
2. Вспомогательные балки
Сбор нагрузок на второстепенную балку.
|
№ п/п |
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка кН/м2 |
гf |
Расчетная нагрузка кН/м2 |
|
|
1 2 3 |
Постоянные Пол асфальтобетонный дпола = 2,5г = 22Н/ м3 р1 =0,0252=0,55кН/ м2 Плита монолитная ж/б дпл. = 10см, г = 25 кН/ м3 р2 =0,10*25= 2,5кН/м2 Собственный вес вспомогательных балок Р3 = 0,2 кН/ м2 |
0,55 2,5 0,2 |
1,3 1,1 1,05 |
0,715 2,75 0,21 |
|
|
Итого |
3,25 |
3,715 |
|||
|
4 |
Временная (полезная) |
26,1 |
1,2 |
31,32 |
|
|
Всего (p+g) |
29,35 |
35,035 |
Силовой расчет
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2. Расчетная схема балки настила
Максимальный изгибающий момент равен:
, (4)
где - погонная нагрузка, ;
- ширина пролета, м
Расчетный изгибающий момент
== 319,2 /
Максимальная поперечная сила равна:
, (5)
Расчетная поперечная сила
== 212,8 кН /
Подбор сечения балок производится с учетом ограниченного развития пластических деформаций из условия прочности:
, МПа (6)
где - максимальный изгибающий момент, ;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа (сталь 235)
- коэффициент для расчета на прочность с учетом развития пластических деформаций (СНиП II-23-81* таблица 66)
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
- момент сопротивления,
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций
, (7)
где - максимальный изгибающий момент, ;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа
- коэффициент для расчета на прочность с учетом развития пластических деформаций (СНиП II-23-81* таблица 66)
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
1297
По сортаменту принимаем двутавр - I 50Б1 ГОСТ 26020-83, имеющий ближайший больший момент сопротивления ;
|
h = 492 мм -- высота двутвара; b = 200 мм -- ширина полки; s(tw) = 8,8 мм -- толщина стенки; t = 12 мм -- толщина полки; A = 92,98 см 2 -- площадь сечения Iх = 37160 см4 -- момент инерции; Wх = 1511 см3 -- момент сопротивления; Sх = 860,4 см3 -- статистический момент полусечения; материал - сталь 235 |
Проверочный расчет
Уточняем коэффициент , c учетом собственного веса балки настила
Площадь пояса
Площадь стенки
Отношение
Определяем (СНиП II-23-81* таблица 66) коэффициент = 1,11 методом интерполяции.
Далее по известной величине стенки двутавра уточняем значение (СНиП II-23-81* таблица 51*) и проводим проверку прочности по формуле (6):
==199,3МПа=230·1=230 МПа
Недонапряжение в балке составляет
Условие прочности выполняется.
Проверка прочности на срез по касательным напряжениям
, МПа (8)
где - максимальная расчетная поперечная сила, ;
- статистический момент полусечения,
- момент инерции, ;
- толщина полки, м.
- расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 1), МПа
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
Расчетное сопротивление сдвига равно:
, МПа (9)
где -расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа
- коэффициент надежности по материалу (СНиП II-23-81* таблица 2*)
133 МПа
Тогда
41 МПа133·1=133 МПа
Условие прочности выполняется.
Проверка жесткости балок от действия нормативных нагрузок, производится по формуле:
(10)
где -нормативная погонная нагрузка, ;
- ширина пролета, м;
- момент инерции, ;
- модуль упругости, Па , МПа
- нормируемый относительный прогиб балки (СНиП 2.01.07-85* таблица 19), ==0,005
==0,0065= 0,03
Проверку общей устойчивости второстепенной балки можно не производить, т.к. верхний пояс закреплен по всей длине (монолитным бетоном).
3. Главные балки
Подбор сечения составной сварной главной балки
Рисунок 3. Расчетная схема главной балки
Рисунок 4. Сечение главной балки
Нагрузка
, (11)
где - погонная нагрузка, ;
- ширина пролета, м;
- шаг второстепенных балок, м
=1,03…1,05 - коэффициент, учитывающий собственный вес балки.
Усилие расчетное
=447
Максимальный изгибающий момент
447·8•2,025=7241,4 ,
где - нагрузка, ;
- шаг второстепенных балок, м
Максимальная поперечная сила
=4,5·447=1788
где - нагрузка, ;
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций сварного двутавра из стали С255, по формуле (7):
31484,5
Определение высоты балки
, если h?1,3 (12)
где - коэффициент, зависящий от сечения балки: для постоянного сечения - 1,15, для переменного - 1,1;
- требуемый момент сопротивления, ;
- толщина стенки, мм
, если h>1,3 (13)
где - гибкость стенки;
- требуемый момент сопротивления, ;
- толщина стенки, мм
, мм (14)
где - приблизительная высота двутвара, м
, м (15)
где - пролет главных балок, м
(16)
Тогда
16,2=1,3…1,9 ?1,62м
7+3·1,62=12 мм
135
170 см
Минимальная высота
, м (17)
где - нормативная нагрузка, ;
- расчетная нагрузка, ;
- расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), Па
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
- пролет главных балок, м
- модуль упругости, Па , МПа
- нормируемый относительный прогиб балки (СНиП 2.01.07-85* таблица 19)
Прогиб балки найдем методом интерполяции(при =16,2 м ==0,061м)
0,88 м=88
Из полученных высот=170=88 см, следуя рекомендациям при h>1м - принимаем h кратную 10 см, т.е. = 170см=1,7м
Минимальная допустимая толщина стенки из условия прочности на срез:
, м (18)
где - максимальная расчетная поперечная сила, ;
-расчетная высота стенки, м.
- расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 1), Па
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
Расчетное сопротивление сдвига равно:
138,6 МПа
Расчетную высоту стенки в первом приближении принимаем равной
= 0,97·170 =164,9 см
0,01117 м = 12мм
Согласно сортаменту проката листового горячекатаного по ГОСТ 19903-74 принимаем толщину стенки =12 мм
Ширина пояса выбирается из условия
600…360 мм
Принимаем =450 мм
Толщина полки (40 мм, из требований к )
, м (19)
где - площадь пояса,
- ширина пояса,
Площадь пояса найдем по формуле [3]
, м (20)
где , - моменты инерции, ;
- высота двутавра , м.
Моменты инерции
, (21)
, (22)
где - требуемый момент сопротивления, ;
- высота двутавра, м.
- толщина стенки, м;
-расчетная высота стенки, м.
=2676182,5
= 448392,6,
=154,2
36,4 мм 40 мм
Принимаем =40 мм
Ширина пояса и толщина стенки назначаются с учетом сортамента на листовую сталь (ГОСТ 82-70*), при этом должно выполняться условие [3] :
(23)
14,964
14,964
Условие выполняется.
Уточняем характеристики сечения главной балки
Высота стенки
мм
|
h = 1700 мм -- высота двутвара; bf = 450 мм -- ширина пояса; tw = 12 мм -- толщина стенки; hw = 1620 мм --высота стенки; tf = 40 мм -- толщина пояса; A = 554,4 см 2 -- площадь сечения Iх = 2908292,7 -- момент инерции; Iy = 60773,328 -- момент инерции; Wх = 34215,21 -- момент сопротивления; Sx = 18876,6 -- статистический момент полусечения; |
Моменты инерции:
=2908292,7=2676182,5
60773,328
Момент сопротивления
34215,21 =
Статистический момент полусечения
18876,6
Площадь пояса
Площадь стенки
Площадь сечения
Проверочный расчет
По известной величине стенки и полки двутавра, уточняем значение (СНиП II-23-81* таблица 51*) .
Проводим проверку прочности по формуле (6):
== 212 МПа=230·1=230 МПа
Недонапряжение в балке составляет
Условие прочности выполняется.
Проверка прочности на срез по касательным напряжениям по формуле (8)
92 МПа138,6МПа
Проверка прочности стенки по приведенным напряжениям
, МПа (24)
где 1,15 - коэффициент, учитывающий локальное развитие пластических деформаций в стенке балки.
- нормальные напряжение в срединной плоскости стенки, параллельные оси балки; МПа
- касательные напряжения, МПа
, МПа (25)
, МПа (26)
где - расчетный изгибающий момент,
- расчетная перерезающая сила,
- момент инерции, ;
-толщина стенки, м;
-высота стенки, м;
257=1,15•230=264,5, МПа
Прочность балки обеспечена.
Проверка общей устойчивости балки
Проверка общей устойчивости балок, производится по формуле:
, МПа (27)
где - максимальный изгибающий момент, ;
- Момент сопротивления
- коэффициент снижения расчетных сопротивлений при внецентренном сжатии (СНиП II-23-81* приложение 7*);
- коэффициент условий работы (=0,95 при проверке на устойчивость);
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа;
Для балок двутаврового сечения с двумя осями симметрии коэффициент зависит от коэффициента , который вычисляется по формуле:
(28)
где - коэффициент, принимаемый по (СНиП II-23-81* таблица 77), в зависимости от характера нагрузки и параметра
, - моменты инерции, ;
- полная высота сечения, м;
- расчетная длина балки, равная величине пролета вспомогательных балок =1,9, м;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа;
- модуль упругости, Па , МПа
(29)
где - расчетная длина балки, равная величине пролета вспомогательных балок =1,9, м;
-толщина стенки, мм;
- ширина пояса, мм;
- толщина пояса, мм;
- расстояние между осями поясов, мм = -=1800-14=1764 мм
- ширина вертикальной полки поясного уголка за вычетом толщины горизонтальной полки, принимаем =0,5·1764=882 мм
Тогда
1,6+0,08·0,1=1,68
22,2
МПа МПа
Устойчивость балки обеспечена.
Проверка жесткости балок от действия нормативных нагрузок, производится по формуле (10):
==0,0065
=0,0065=1/256= 0,004
Жесткость балки обеспечена
Проверка местной устойчивости балки
Условие гибкости стенки при отсутствии подвижной нагрузки
(30)
-толщина стенки, мм;
-высота стенки, м;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа;
- модуль упругости, Па , МПа
4,61
Следовательно, необходимы поперечные ребра жесткости, поставленные на всю высоту стенки [3].
Рисунок 6. Схема балки, укрепленная поперечными ребрами жесткости
Поперечные ребра следует устанавливать в местах приложения неподвижных сосредоточенных нагрузок и на опорах. Расстояние между ребрами назначаем из условия1,728=3,456 м. Принимаем расстояние между ребрами равным шагу второстепенных балок =1,9 м
Ширина выступающей части парного ребра
=94 мм
Округляем до размера кратного 10 мм = 100 мм
Толщина ребра
= 6,8266 мм ? 8мм
Принимаем ребро жесткости из полосы стальной горячекатаной. ГОСТ 103-76 1008 мм. Ребра жесткости привариваются к стенке непрерывными угловыми швами минимальной толщины. Торцы ребер должны имеют скосы с размерами 3030 мм.
Т.к. =4,61 3,5 то требуется проверка стенки на местную устойчивость.
Рисунок 7. Схема балки для проверки устойчивости стенки
Проверяем устойчивость стенки в отсеке, примыкающем к средней опоре и устойчивость стенки в отсеке, примыкающей к сечению с измененной шириной полок со стороны опоры, из условия
(31)
где - краевое напряжение сжатия в стенке, МПа
- критическое нормальное напряжение, МПа
- среднее касательное напряжение в отсеке, МПа
- критическое касательное напряжение, МПа
=1 - коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
Краевое напряжение сжатия в стенке
МПа (32)
Среднее касательное напряжение в отсеке
(33)
Критическое нормальное напряжение
МПа (34)
где - коэффициент, определяемый по (СНиП II-23-81*, таблица 21) в зависимости от значения коэффициента
- расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа;
- условная гибкость стенки;
(35)
где - коэффициент, определяемый по (СНиП II-23-81*, таблица 22)
Критическое касательное напряжение определяется по формуле
(36)
где - условная приведенная гибкость стержня сквозного сечения
- отношение большей стороны отсека к меньшей.
, (37)
здесь - меньшая из сторон отсека =1,728 м1,9 , следовательно
4,61
1,25
93,9 МПа
8,24 =34,93
МПа
Отсек 1
Средние значения моментов ()и поперечной силы () в пределах отсека, найдем:=0,81 м /1375,9
=0,81 м /698,6
38,3 МПа
=87,4 МПа
=0,9=1
Отсек 2
Средние значения моментов ()и поперечной силы () в пределах отсека, найдем:
=1788 м /7169,5
=0,81 м /178,95
199,7 МПа
=9,21 МПа
=0,52=1
Устойчивость стенки обеспечена.
Конструирование и расчет опорной части главной балки
Торец ребра рассчитывается на смятие. Нижние торцы опорных ребер должны быть остроганы либо плотно пригнаны к нижнему поясу балки. Выступающая часть не должна быть больше (рисунок 8) и принимается 35 мм.
Рисунок 8. К расчету опорной части балки
Определяем площадь смятия торца ребра из расчета на прочность
,м (38)
где - расчетное сопротивление торцевой поверхности [1], Па
- опорная реакция, Н ; 1788 кН
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
, МПа (39)
где - расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа (сталь 255)
- коэффициент надежности по материалу (СНиП II-23-81* таблица 2*)
361 МПа
49,5
Принимая ширину ребра, равной ширине пояса балки у опоры 450 мм определяем толщину ребра
?16 мм
Выступающая часть 24 (рисунок 8), принимаем 25 мм.
По конструктивным соображениям рекомендуется толщину опорного ребра принимать 16 мм. Принимаем опорное ребро из листа 34016 мм с площадью = 54,4.
Местная устойчивость ребра проверяется по формуле (23)
14,964
14,964
Ребро устойчиво.
Опорная часть главной балки из своей плоскости (относительно оси z-z) проверяется на устойчивость как условная центрально-сжатая стойка с расчетной длиной .
Условие устойчивости центрально-сжатой стойки
(40)
где - опорная реакция, Н
- расчетная площадь стойки,
- коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от условноц гибкости
(41)
где - условная длина распределения нагрузки, равная высоте главной балки
- расчетная площадь стойки,
- радиус инерции, см
- момент инерции для расчетного сечения,
Расчетное сечение включает в себя площадь опорного ребра и площадь устойчивого участка стенки, примыкающего к ребру, шириной
(42)
где - толщина стенки, мм;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), МПа;
- модуль упругости, Па , МПа
228,5 мм
Определяем площадь стойки
86,46
Момент инерции
4588,8
Гибкость
=23,34
Условная гибкость
=0,78
По формуле 8 [1] коэффициент продольного изгиба, равен:
0,954
Условие устойчивости центрально-сжатой стойки
216,8МПа =230 МПа
Опорная часть балки устойчива.
Расчет соединения пояса со стенкой
Рисунок 9. Соединения пояса со стенкой
Требуемый катет сварного шва
(43)
где - поперечная сила на опоре, сдвигающая пояс относительно стенки, кН;
- статический момент пояса относительно нейтральной оси,
- момент инерции, ;
= 1,1- коэффициент проплавления, при расчете по металлу шва [3];
и- коэффициенты условий работы шва, равные 1[3];
=180 МПа - расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по металлу шва, принимаемое по [1,табл. 56*] в зависимости от марки сварочной проволоки, которую выбирают по [1,табл. 55*] для автоматической сварки стали принятого класса;
Определяем требуемый катет сварного шва
1,48 мм
Согласно [1,табл.38*] при толщине более толстого из свариваемых элементов конструктивно принимаем минимальный катет шва для автоматической сварки = 4 мм = 8 мм
Соединение главной и второстепенной балок
Рисунок 10. Схема к расчету болтового крепления
Второстепенную и главную балки соединяем на болты М24, класс точности 4.6 , диаметр отверстия 25 мм. Величина обреза 1,5=37,5?38 мм, расстояние между болтами 2,5=62,5?63 мм
Несущая способность одного болта на срез определяется по формуле:
, кН (44)
где - коэффициент условий работы соединения, который следует принимать по таблице 35* СНиП II-23-81*
- расчетное сопротивление болтов на срез, принимаем по таблице 58* СНиП II-23-81*, = 150 МПа;
- расчетная площадь сечения стержня болта,
- число расчетных срезов одного болта
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
Несущая способность на смятие листов:
балка колонна расчет сечение
, кН (45)
где - расчетное сопротивление сминаемых листов смятию, кПа;
- наружный диаметр стержня болта, м;
- наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении, м
-коэффициент условий работы соединения, который следует принимать по таблице 35* СНиП II-23-81*
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
Количество болтов в соединении при действии продольной силы :
(46)
где - продольная сила, =212 (расчетная поперечная сила вспомогательной балки)
- меньшее из значений расчетного усилия для одного болта
Несущая способность одного болта на срез
54,24 кН
Несущая способность на смятие листов:
116,44 кН
Количество болтов
4шт
4. Колонны
Компоновочное решение
Определим расчетную сжимающую силу, действующую на колонну. Произведем суммированием опорных реакций главных балок:
, кН (47)
где = 1,005 - 1,01 - коэффициент, учитывающий собственный вес колонны,
- опорная реакция главной балки, 1788 кН;
1788 =3612 кН
Геометрическую длину колонны , определяем по формуле:
, м (48)
где - отметка верха плиты настила, м;
- толщина пола, м;
-толщина настила, м;
- высота главной балки на опоре, м;
(0,4 ? 0,6) - величина заглубления верха фундамента относительно отметки чистого пола.
0,025+0,01+1,7)+0,55 = 5,96 м
Требуемую площадь сечения колонны, определяем по формуле [3]:
, (49)
где - расчетная сжимающая сила, действующую на колонну, Н;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), Па, (=220 МПа для стали С235 с толщиной полки t = 20 -40мм )
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
- коэффициент продольного изгиба (СНиП II-23-81* таблица 72), на этапе компоновки определяем по предварительно заданной гибкости , значение которой принимаем по графику [3, рисунок 7]. При =3612 кН, =40, тогда ц = 0,9175.
178,9
Расчетные длины колонны:
, м (50)
где - коэффициент приведения длины колонны (СНиП II-23-81* таблица 71,а);
- геометрическая длина колонны, м
Рисунок 11. Схема закрепления
Тогда
5,96•1=5,96 м
5,96•1=5,96 м
Расчетные радиусы инерции
см
Стержень колонны конструируем из прокатного двутавра
По и и принимаем по сортаменту двутавр I 40К1 СТО АСЧМ 20-93
|
h = 394 мм -- высота двутвара; b = 398 мм -- ширина полки; s(tw) = 11 мм -- толщина стенки; t = 18 мм -- толщина полки; A = 186,81 см 2 -- площадь сечения Iх =56147 см4 -- момент инерции; Wх = 2850,1 см3 -- момент сопротивления; Sx = 1559,3 см3 -- статистический момент полусечения; ix = 17,34 см -- радиус инерции Iy = 18921,9 см4 -- момент инерции; Wy = 950,8 см3 -- момент сопротивления; iy = 10,06 см --радиус инерции материал - сталь 235 |
Проверка сечения колонны
Уточняем гибкости учитывая, что сечение рационально когда
34,4
59,3
, уменьшаем расчетную длину из плоскости колонны , с помощью связей.
2,98м =29,62
Проверка общей устойчивости выполняется по формуле [40], при =34,4, тогда ц = 0,9196:
210,3 МПа =220 МПа
Недонапряжение в колонне составляет
Проверка гибкости колонн
(51)
где - условная длина распределения нагрузки
- радиус инерции, см
- предельная гибкость колонны (СНиП II-23-81* таблица 19);
(52)
где - коэффициент, учитывающий недонапряжение колонны
0,9560,5
=180-60•0,956=122,64
Тогда =34,4122,64
Колонна устойчива.
Конструирование и расчет оголовка колонны
Рисунок 12. К расчету оголовка сплошностенчатой колонны
Толщину опорной плиты назначаем из конструктивных соображений 20 мм =20 мм [3]. Размеры опорной плиты 420х425х20 мм.
Высота ребер назначается из условия прочности сварных швов, крепящих ребра к стенке колонны
, мм (53)
где - суммарная длина сварных швов, м
- высота сечения колонны, м;
,м (54)
где - продольная сила в колонне, Н;
- катет сварного шва, принимается по наименьшей толщине свариваемых элементов, но не менее 6 мм [1,табл.38*]
= 1,1- коэффициент проплавления, при расчете по металлу шва [3];
и- коэффициенты условий работы шва, равные 1[3];
=180 МПа - расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по металлу шва, принимаемое по [1,табл. 56*] в зависимости от марки сварочной проволоки, которую выбирают по [1,табл. 55*] для автоматической сварки стали принятого класса;
580,1 мм
мм 398=238,8 мм
Принимаем =600 мм Толщина ребра назначается из условия среза:
, м (55)
где - продольная сила в колонне, Н;
- высота ребра, м
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), Па, (=220 МПа для стали С235 с толщиной полки t = 20 - 40мм ) - коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
35,4мм 28 мм
Ширина ребра назначается не менее половины ширины опирающегося торца ребра балки (250 мм) и может развиваться за поперечный габарит колонны для приема элементов связей.
Из условия местной устойчивости
551 мм 440 мм=225 мм
Принятая толщина и ширина ребра должны удовлетворять условию сопротивления смятию торца под давлением опорного ребра балки и условию обеспечения местной устойчивости.
, м (56)
где - продольная сила в колонне, Н;
- ширина ребра, м
- толщина опорной плиты колонны, м;
- расчетное сопротивление сминаемых листов смятию, Па;
351,220 МПа
=36 мм 21,4 мм
Проверка стенки колонны на прочность по срезу в сечениях, где примыкают консольные ребра
, МПа (57)
где - продольная сила в колонне, Н;
- высота ребра, м
- толщина стенки колонны, м;
- расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 1), Па
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
Расчетное сопротивление сдвига равно:
127,3 МПа
Тогда
410,45 МПа =127,3 МПа
Условие прочности по срезу не выполняется. Изменим толщину стенки двутавра, изменив конструкцию оголовка, на сварной вариант, примем 36 мм.
Тогда прочность по срезу
125,42 МПа =127,3 МПа
Условие выполняется.
Конструирование и расчет базы колонны
Рисунок 13. К расчету базы колонны
Конструкция базы должна обеспечивать равномерную передачу нагрузки от колонны на фундамент и принятое в расчетной схеме соединение колонн с фундаментом.
Определяем расчетное усилие в колонне на уровне базы с учетом собственного веса колонны
,кН (58)
где - постоянная нагрузка, ;
- временная (полезная) нагрузка, ;
- ширина пролета, м;
- шаг колонн, м
=1,03 - 1,05 - коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки.
= 1,005 - 1,01 - коэффициент, учитывающий собственный вес колонны,
35,0356,0•16,2•1,05•1,01=3612 кН
Давление под плитой принимается равномерно распределенным. В центрально-сжатой колонке размеры плиты в плане определяются из условия прочности фундамента [3]:
, МПа (59)
,
где - расчетное усилие в колонне, Н;
- площадь плиты, м;
-расчетное сопротивление бетона фундамента, Па;
, МПа (60)
где - призменная прочность бетона принимается в зависимости от класса бетона; для бетона класса B12,5 =7,5 МПа
- отношение площади фундамента к площади плиты, предварительно принимаемое равным 1,1… 1,2
Тогда
0,46
Для определения размеров сторон плиты задаемся ее шириной:
м (61)
где ширина полки колонны, м;
- толщина траверсы, предварительно принимаем равной 10мм;
- ширина свеса, принимаемая 60 - 80мм;
398+2•10+2•60 = 540 мм
Размер округляется до ближайшего размера, кратного 20 мм;=560 мм/ 560/ 280
Требуемая длина плиты:
850 мм/ 720/ 360
Принимаем , кратной 20 мм с учетом условия 1…2; =860 мм/ 720
Толщину плиты определяем из условия прочности при работе плиты на изгиб, как пластины, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой по площади контакта отпором фундамента.
Опорную плиту представляем, как систему элементарных пластинок, отличающихся размерами и характером опирания на элементы базы (рисунок 13): консольные (тип 1), опертые по двум сторонам (тип 2), опертые по трем сторонам (тип 3), опертые по четырем сторонам (тип 4). В каждой элементарной пластинке определяем максимальный изгибающий момент, действующий на полоске шириной 1см.
, (62)
где - пролет (вылет);
- коэффициент, учитывающий вид пластинки и соотношение ее размеров, по таблицам Б.Г.Галеркина;
- погонная нагрузка на фундамент, кН/:
, кН/м (63)
где - реактивное давление фундамента, МПа
- ширина действия реактивного давления, м
Погонная нагрузка на фундамент
77,8 кН/м
Рассматриваем четыре типа пластин [3,4].
Рисунок 14. Виды опирания пластинок
Тип 1. Для консольной пластинки:
0,5 ==60 мм
= 14см
Тип 4. Пластинка опёртая на четыре канта:
мм
358 мм
358/193,5= 1,850 =0,096
= 28 см
Тип 3. Пластинка опёртая на три канта:
398 мм
=233 мм
233/398= 0,59 =0,074
= 91,2 см
Тип 2. Пластинка опёртая на два канта:
60 мм
=425 мм
=429,2 мм
=59,4 мм
59,4 /429,2= 0,138 =0,5
= 13,7 см
Толщину плиты определяют по большему из моментов на отдельных участках (где ширина полоски принята 1 см):
, м (64)
где - наибольший из моментов на отдельных участках, ;
-расчетное сопротивление (СНиП II-23-81* таблица 51*), Па, (=220 МПа для стали С235 с толщиной полки t = 20 - 40мм )
- коэффициент условий работы (СНиП II-23-81* таблица 6*)
== 91,2 см
0,0483 м = 50 мм
принимаем = 50 мм.
Высоту траверсы определяем из условия прикрепления ее к стержню колонны сварными угловыми швами, полагая при этом, что действующее в колонне усилие равномерно распределяется между всеми швами. Высота траверсы определяется из условия размещения вертикальных швов крепления траверсы к стержню колонны. Катетом шва задаемся в пределах = 6…10 мм, но не более 1,2= 1,2 10=12 мм.
Требуемая длина швов (формула ):
1,83 м
Высота траверсы
мм 467,5 мм
Принимаем 480 мм (из конструктивных соображений мм)
Траверсу проверяем на изгиб и на срез, рассматривая ее как однопролетную двух консольную балку с опорами в местах расположения сварных швов и загруженную линейной нагрузкой
Равномерно распределенная нагрузка на траверсу
1867,2 кН/м
Определяем усилия (рисунок 13):
- на опоре
50,7 м
662,3 кН
- в пролете
44,553 м
668,5 кН
Проверяем прочность траверсы:
- по нормальным напряжениям от максимального момента
179,6 МПа 220•1=220 МПа
- по касательным напряжениям
139,3 МПа 127,317 МПа
Условие не выполняется. Изменим толщину стенки траверсы : = 12 мм
149,6 МПа 220•1=220 МПа
116,1 МПа 127,317 МПа
- по приведенным напряжениям
250,6 МПа =1,15• 220•1= 253 МПа
Условие выполняется.
Условия прочности фундамента
6,3 МПа =7,5 •1,1=8 МПа
Условие выполняется.
Связи
Связи по колоннам служат для обеспечения геометрической неизменяемости сооружения и для уменьшения расчетной длины колонн. Связи по колоннам включают диагональную связь, образующую совместно с колоннами и распоркой жесткий диск и систему распорок, прикрепляющую соединение колонны к этому жесткому диску.
Рисунок 15. К подбору сечения связей по колоннам
Подбор сечения связей производим по требуемому радиусу инерции по предельной гибкости. Расчетная длина распорок и диагональных связей в обеих плоскостях принимается равной их геометрической длине.
, м (65)
где - расчетная длина, м;
- предельная гибкость элементов, принимаем по (СНиП II-23-81* таблица 19*,20*)
= 400- для поясов, = 200 - для распорок;
Длинна диагональной связи:
8,457 м
Длина связи
== 6,0 м
Требуемый радиус инерции сечения стержня диагональных связей
0,0105м = 1,1 см
0,022 м = 2,2 см
Для таврового сечения из двух равнополочных уголков по таблице 83 [7] и [8], [9]
11/0,3 = 37,8 мм
=22/0,22 = 100 50 мм
По сортаменту принимаем уголок 50х50х5 стальной горячекатаный равнополочный по ГОСТ 8509-93. Толщина подкладок 8 мм
Требуемый радиус инерции сечения стержня связей
0,03м = 3,0см
0,03м = 3,0см
По [9] принимаем уголок 80х80х6 стальной горячекатаный равнополочный по ГОСТ 8509-93. Толщина подкладок 8 мм
Список литературы
1. СНиП II-23-81*.Стальные конструкции. Нормы проектирования. /Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1998.- 96с.
2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Госстрой России. -М.: ГП ЦПП, 2003.- 44с.
3. Методические указания по выполнению расчетно-графического упражнения по курсу «Металлические конструкции». Новосибирск: НГАС, 1993.
4. Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов -- 2-е изд., перераб. и доп. -- Киев: Будівельник, 1982 --280 с.
5. Металлические конструкции. В 3т. Т.1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов /В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001.- 551с.: ил.
6. ПОСОБИЕ по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*).
7. Металлические конструкции (вопросы и ответы) /Под общ. ред. В.В. Бирюлеева. - М.: Изд. - во АСВ, 1994. - 336 с.: ил.
8. Руководство по подбору сечений элементов строительных стальных конструкций. Часть 4. - М.: 1991
9. Будур А.И., Белогуров В.Д. Стальные конструкции. Справочник конструктора. -- К.: Изд-во "Сталь", 2004.-210 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проверка прочности, общей устойчивости и прогиба сварной балки. Изменение сечения главной балки по длине. Расчет балочной клетки нормального типа. Проверка и обеспечение местной устойчивости балки. Подбор и расчет сечения колонны. Расчет ребер жесткости.
курсовая работа [700,4 K], добавлен 28.06.2015Выбор схемы балочной клетки и подбор сечения балок настила и вспомогательных балок. Расчет и конструирование главной балки. Примыкание вспомогательных балок к главной. Уточнение собственного веса главной балки. Проверка местной устойчивости стенки.
курсовая работа [6,4 M], добавлен 14.06.2011Сравнение вариантов балочной клетки. Проверка общей устойчивости балки. Проектировании центрально-сжатых колонн. Определение расчетной силы давления на фундамент с учетом веса колонны. Подбор сечения балки. Расчет сварной главной балки балочной клетки.
курсовая работа [569,4 K], добавлен 10.10.2013Выбор схемы балочной клетки. Методы расчета балок настила и сравнение вариантов. Расчет и конструирование главной балки: расчетные нагрузки и усилия, расчетная схема и усилие в главной балке, подбор сечения главной балки. Расчет и конструирование колоны.
курсовая работа [560,5 K], добавлен 20.08.2010Компоновка и подбор сечения главной балки. Проверка и обеспечение местной устойчивости сжатого пояса и стенки балки. Вычисление поясного шва, монтажного стыка и опорного ребра сварной балки. Подбор сечения и базы сплошной центрально-сжатой колонны.
курсовая работа [227,1 K], добавлен 09.10.2012Выбор стали основных конструкций. Расчет балок настила и вспомогательных балок. Определение нормативных и расчетных нагрузок. Компоновка сечения главной балки. Проверка нормальных напряжений. Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет балки.
курсовая работа [292,8 K], добавлен 15.01.2015Проектирование конструкций балочного перекрытия, выбор системы несущих балок. Характеристика варианта балочной клетки. Сбор нагрузок, расчет балки настила. Узлы главной балки. Расчет колонн сплошного и сквозного сечения. Расчет базы колонны и ее оголовка.
курсовая работа [569,6 K], добавлен 16.12.2014Расчетная схема, нагрузки и усилия, подбор сечения балки настила, проверка ее прочности и жесткости. Расчет геометрических характеристик поперечного сечения. Расчет планок колонны. Проверка общей и местной устойчивости главной балки, ее крепления к стене.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.12.2013Компоновка рабочей площадки. Подбор сечения второстепенных и вспомогательных балок. Компоновка и подбор сечения главной балки. Проверка местной устойчивости элементов балки и расчет поясных швов. Расчет и конструирование центрально-сжатых колонн.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.09.2013Понятие балочной клетки - системы несущих балок с уложенным по ним настилом. Основные виды балочных клеток, особенности их компоновки. Расчет балок настила и главной балки. Проверка подобранного сечения главной балки. Расчет колонны сквозного сечения.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 03.04.2014
