Проектирование рабочей площадки производственного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Лысьвенский филиал

Факультет: Высшего образования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Металлические конструкции, включая сварку»

на тему: «Проектирование рабочей площадки производственного здания»

Лысьва, 2015 г.

Содержание

Введение

1. Основные данные

1.1 Дополнительные данные

2. Расчетно-пояснительная записка

2.1 Компоновка балочной клетки

2.2. Расчет настила

2.3 Расчет прокатных балок

2.4 Расчет главной балки

2.5 Расчет колонны

2.6 Расчет базы колонны

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки делят на три типа: упрощенные, нормальные и усложненные.

В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственной на балки, располагаемые обычно параллельно короткой стороне перекрытия, затем на вертикальные несущие конструкции (стены, стойки и др.). Такой вариант балочной клетки используется обычно в гражданских бескаркасных зданиях, где небольшие нагрузки и небольшие пролеты.

В промышленных здания обычно используют нормальную и усложненную компоновку балочных клеток. Здесь настил опирается на балки настила, которые опираются на главные балки (нормальны вариант балочной клетки) или на вспомогательные балки, а последние - на главные балки (усложненный вариант балочной клети). В данной курсовой работе рассмотрены эти варианты опирания и приведен расчет наиболее экономичного из них.

В настоящее время металлические конструкции применяют во всех видах зданий и инженерных сооружений.

В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции делят несколько видов.

Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняют в виде цельнометаллических или смешанных каркасов. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролётами.

Большепролётные здания с пролётами до 150 м наиболее целесообразно перекрывать металлическими конструкциями. Системы и конструктивные схемы большепролётных покрытий очень разнообразны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причём как плоские, так и пространственные системы.

Листовые конструкции являются тонкостенными оболочками различной формы и должны быть не только прочными, но и плотными.

1. Основные данные

Нормативная (полезная) нагрузка =13 кН/м²

Шаг колонны в продольном направлении L=15 м

Шаг колонны в поперечном направлении l=7,5 м

Максимальная величина отправной марки для главной балки 10 м

Тип сечения колонны - сквозное

Габарит помещения под перекрытием h=7,5 м

Высота до верха настила рабочей площадки H=8,8 м

Болты монтажного стыка - высокопрочные

1.1 Дополнительные данные

Стали для несущих конструкций и стального настила -- С235, С245.

Колонны и главные балки -- сварные. Сварка автоматическая.

Монтажные соединения -- болты высокопрочные, нормальной и овышенной точности.

Фундаменты под базы колонн из бетона класса В 12,5.

Отметка чистого пола первого этажа ±0,00.

2. Расчетно-пояснительная записка

2.1 Компоновка балочной клетки

Рабочие площадки располагаются внутри производственного здания и служат для размещения на них стационарного и подвижного оборудования, складов материалов и т.п.

Систему несущих балок, образующих конструкцию рабочей площадки, называют балочной клеткой.

При проектировании следует рассмотреть два варианта балочной клетки. После статического и конструктивного расчетов настила и балок для двух вариантов производят технико-экономическое сравнение по расходу стали на 1 м² площади покрытия балочной клетки.

При L=15 м и l=7,5 м примем a=150 см.

В качестве первого варианта можно рассматривать крепление настила непосредственно к балкам настила при расстоянии между ними, а = 80 - 160 см (рис. 1).

Во втором варианте стальной настил следует располагать по балкам настила при расстоянии между ними а = 60 - 140 см, вспомогательные балки при этом нужно располагать с шагом b = 2 - 5 м (рис. 2). Ему должен быть кратен пролет главной балки.

При L=15 м и l=7,5 м примем a=125 см, b=3 м.

2.2 Расчет настила

Листы стального настила крепятся к верхним полкам балок настила или вспомогательных балок при помощи сварки.

Толщину настила определяют исходя из предельного прогиба. Поэтому настил рассчитывается по нормативным нагрузкам. Относительный прогиб для него не должен превышать 1/150.

Исходные данные для расчета:

нормативная (полезная) нагрузка =13 кН/м² =1,3 Н/см²;

коэффициент надежности по нагрузке г_f = 1,2;

коэффициент надежности по условиям работы г_с =1;

предельный относительный прогиб настила [] < 1/150;

настил приварен к балкам электродами типа Э42, имеющими R_wf⁼ 180 МПа = 18 кН/см²;

сталь настила, С235.

Пролет настила в первом варианте а = 150 см, во втором варианте а = 125 см.

Определим толщину стального настила t и толщину сварного шва k_f прикрепляющего настил к балкам.

Находим отношение по графику [2, рис. 7.6].

Для = 13 кН/м² и [] = 1/150 отношение = 141 (l = а).

Тогда

1) t = а/141 = 150/141 = 1,07 см. Примем t = 1,2 см.

2) t = 125/141 = 0,89 см. Примем t = 1,0 см.

Отношение также можно определить по формуле

,

где

Е=2,06х10⁴ кН/см² - модуль упругости стали С235;

=0,3 - коэффициент Пуассона.

Определим силу, растягивающую настил

,

где n - коэффициент перегрузки для действующей нагрузки

кН

кН

Расчетная толщина сварного углового шва

,

где вf=1,1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от вида сварки;

lf - расчетная длина шва, принимаемая меньше его фактической длины на 10 мм за счет непровара и кратера на концах шва.

см, принимаем мм;

см, принимаем мм.

2.3 Расчет прокатных балок

Расчет балок настила и вспомогательных балок выполняется так же, как для однопролетных шарнирно опертых с равномерно распределенной нагрузкой.

Шаг вспомогательных балок (при их расположении в одном уровне с главным балками) обычно увязывают с расстоянием между ребрами жесткости главной балки.

Подбор сечений балки из прокатных двутавровых профилей производят по расчетному моменту в середине пролета. Поскольку для рассматриваемых балок соблюдены требования п. 5.18 СНиП 11-23-81*, сечения подбирают с учетом пластических деформаций.

Для прокатных двутавров пластической момент сопротивление при изгибе в плоскости стенки в первом приближении принимается W_пл = 1,1 W, где W-- момент сопротивления сечения балки. Значение С₁ уточняется после назначения номера проката.

Расчет балки настила или вспомогательной балки сводится к определению необходимого номера прокатного профиля и его проверке на прочность и жесткость. Прогиб балки не должен превышать 1/250 пролета. Погонная нормативная нагрузка на балку настила или вспомогательную балку при отсутствии балок настила складывается из погонной полезной нормативной нагрузки и погонной нормативной нагрузки от собственного веса настила. Соответственно для усложненной балочной клетки погонная нормативная нагрузка на вспомогательную балку включает, помимо перечисленных, нормативную нагрузку от собственного веса балок настила.

Расчетную погонную нагрузку определяют путем сложения расчетных погонных нагрузок от собственного веса настила, балок настила и полезной нагрузки. Коэффициент надежности по нагрузке для полезной нагрузки v_fg равен 1,2; для собственного веса настила или балок v_fg = 1,05.

Исходные данные для расчета:

нормативная (полезная) нагрузка =13 кН/м² =1,3 Н/см²;

размер ячейки балочной клетки 15х7,5 м;

сталь С235 с расчетным сопротивлением по изгибу R_y=23 кН/см²;

.

Расчет прокатных балок для балочной клетки нормального типа

Шаг балок а=150см,

толщина настила t=12мм,

вес настила pⁿ=0,012*78,5=0,94 кН/м²

Нормативная нагрузка на балку настила

 кН/м

Расчетная нагрузка на балку настила

кН/м,

где г_fg=1,2 - коэффициент надежности по нагрузке для полезной нагрузки;

г_fp=1,05 - коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса настила или балок.

Расчетный изгибающий момент

кН*м=17500 кН*см

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учетом упругопластической работы (С₁=1,1)

см³

Принимаем по ГОСТ двутавр №36 с W_х=743 см³, I_x=13380 см⁴, погонный вес g=0,486 кН/м.

Проверим прогиб принятой балки настила с учетом собственного веса.

Нормативная нагрузка:

кН/м=214 кН/см

Значит, необходимо принять по ГОСТ больший двутавр. Принимаем двутавр №40 с W_х=953 см³, I_x=19062 см⁴, погонный вес g=0,57 кН/м.

Проверим прогиб принятой балки настила с учетом собственного веса.

кН/м=214,8 кН/см

Проверим прочность принятой балки настила с учетом собственного веса.

Расчетная нагрузка:

q₁=q+г_fp*g=24,88+1,05*0,57=25,48 кН/м

Расчетный изгибающий момент:

кН*м=17900 кН*см

Для двутавра №40 С₁=1,136

кН/см²

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Расчет прокатных балок для усложненной балочной клетки

Шаг балок а=125см,

шаг вспомогательных балок b=300 см,

толщина настила t=10мм,

вес настила pⁿ=0,785 кН/м²

Расчет балки настила

Нормативная нагрузка на балку настила

кН/м

Расчетная нагрузка на балку настила

кН/м,

где г_fg=1,2 - коэффициент надежности по нагрузке для полезной нагрузки;

г_fp=1,05 - коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса настила или балок.

Расчетный изгибающий момент

кН*м=2310 кН*см

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учетом упругопластической работы (С₁=1,1)

см³

Принимаем по ГОСТ двутавр №16 с W_х=109 см³, I_x=873 см⁴, погонный вес g=0,159 кН/м.

Проверим прогиб принятой балки настила с учетом собственного веса.

Нормативная нагрузка:

кН/м=173,9 кН/см

Проверим прочность принятой балки настила с учетом собственного веса.

Расчетная нагрузка:

q₁=q+г_fp*g=20,53+1,05*0,159=20,7 кН/м

Расчетный изгибающий момент:

кН*м=2329 кН*см

Для двутавра №16 С₁=1,137

кН/см²

Принятое сечение балки настила удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Расчет вспомогательной балки

На вспомогательную балку нагрузка передается в виде сосредоточенных сил, каждая из которых равна удвоенной опорной реакции балки настила. Если число балок настила больше 5, нагрузку на вспомогательную балку от балок настила для упрощения расчета считаем равномерно распределенной.

Нормативная нагрузка на вспомогательную балку

кН/м

Расчетная нагрузка на вспомогательную балку

кН/м,

где г_fg=1,2 - коэффициент надежности по нагрузке для полезной нагрузки;

г_fp=1,05 - коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса настила или балок.

Расчетный изгибающий момент

кН*м=32815 кН*см

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учетом упругопластической работы (С₁=1,1)

см³

Принимаем по ГОСТ двутавр №50 с W_х=1598 см³, I_x=39727 см⁴, погонный вес g=0,785 кН/м.

Проверим прогиб принятой вспомогательной балки с учетом собственного веса.

Нормативная нагрузка:

кН/м=425,3 кН/см

Проверим прочность принятой вспомогательной балки с учетом собственного веса.

Расчетная нагрузка:

q₁=q+г_fp*g=46,67+1,05*0,785=47,49 кН/м

Расчетный изгибающий момент:

кН*м=33391 кН*см

Для двутавра №50 С₁=1,149

кН/см²

Принятое сечение вспомогательной балки удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Сравнение вариантов произведем в табл. 1. По расходу металла второй вариант выгоднее.

Таблица 1

Балочная клетка	Расход стали
Нормальная Усложненная	1,32 1,17

2.4 Расчет главной балки

Расчет главной балки выполняют как свободно опертой, несущей сосредоточенную нагрузку. При наличии на балке пяти и более сосредоточенных грузов расчет ее можно производить на равномерно распределенную нагрузку, эквивалентную по интенсивности сосредоточенным грузам.

Высоту балки определяют исходя из технических и экономических соображений. В первом приближении ее можно принять равной 1/10 пролета. Наиболее целесообразной является оптимальная высота, при которой сечение балки получается наименьшим, что приводит к минимальному расходу металла. Вторым критерием является минимальная высота h, которая обеспечивает полное использование металла при прогибах, не превосходящих предельные. Относительный прогиб не должен быть больше 1/400 (0,0025) пролета.

Во всех случаях высоту балки следует назначать близкой к оптимальной, но не меньше минимальной и не больше заданной строительной высоты с учетом толщины настила.

Толщина стенки балки назначается исходя из обеспечения ее работы на срез.

Пояса в сварных балках принимаются из одинаковых листов универсальной стали по ГОСТ.

Подбор сечения сварной главной балки

Материал балки - сталь С235, R_y=230 МПа=23кН/см², R_ср=135 МПа=13,5 кН/см².

Вес настила и балок настила 1,17 кН/м².

Предельный прогиб [f/l]=1/400=0,0025.

Шаг балок l=7,5 м, пролет L=15 м.

Максимально возможная строительная высота перекрытия 1,5 м.

Нормативная погонная нагрузка на главную балку:

кН/м

Расчетная погонная нагрузка на главную балку:

кН/м

Расчетный изгибающий момент:

кН*м=354970 кН*см

Расчетная поперечная сила:

кН

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учетом упругопластической работы (С₁=1,1)

см³

Сечение балки принимаем в виде сварного двутавра. Определим высоту сечения балки.

Минимальная высота балки:

см

Оптимальная высота:

см

Толщину стенки находим, задавшись h= L*1/10 =1500 мм, по приближенной формуле:

мм

Принимаем t_w=12 мм.

Обращаясь к сортаменту сталей, принимаем высоту стенки балки h = 140 см, так как ближайшая ширина листа 125 см меньше h = 129 см. С учетом толщины полки балки, которую в первом приближении примем равной 2,5 см, назначим высоту балки h = 145 см и сопряжение балок в одном уровне.

Из условия работы на срез толщину стенки определим по формуле:

см

Чтобы не принимать продольных ребер:

см

Сравнивая полученные толщины стенки, принимаем t_w = 10 мм, так как она отвечает условию прочности на действие перерезывающей силы и не требует укрепления стенки продольными ребрами жесткости.

Размеры горизонтальных поясных листов определим исходя из необходимой несущей способности балки.

Требуемый момент инерции сечения балки:

J_mp=W_mp*h/2=14030*145/2=1017175 см⁴

Находим момент инерции балки, принимая толщину поясов t_f=2,5 см:

h_w=h-2*t_f=145-2,5*2=140 см

J_w=t_w*h_w³/12=1*140³/12=228667 см⁴

Момент инерции поясных листов:

J_f=J_mp-J_w=1017175-228667=788508 см⁴

Требуемая площадь сечения поясов балки:

см²,

где h₀=h-t_f=145-2,5=142,5 см

Моментом инерции поясов относительно их собственной оси пренебрегаем.

Принимаем по ГОСТ 82-70 пояса из универсальной стали 420 x 25 мм, для которой отношение b_n/h = 420/1450 = 0,29 находится в пределах 0,2…0,5, обеспечивающих общую устойчивость.

Вес погонного метра балки:

q=1*А*г=1*(2*0,42*0,025+1,4*0,01)*78,5=2,75 кН/м

Уточним нагрузки с учетом собственного веса балки.

Расчетная погонная нагрузка:

кН/м

Расчетный изгибающий момент:

 кН*м

Расчетная поперечная сила:

кН

Уточним принятый ранее коэффициент пластической работы С₁

A_f=b_f*t_f=42*2,5=105 см²

A_w=h_w*t_w=140*1=140 см²

A_f/A_w=105/140=0,75

По таблице приложения получим С₁=1,095?1,1.

Проверяем принятую ширину (свес) поясов, исходя из их местной устойчивости.

Проверяем подобранное сечение по прочности. Момент инерции и момент сопротивления подобранного сечения балки:

J_x=J_w+J_f=J_w+2*b_f*t_f*(h₀/2)²=228667+2*42*2,5*(142,5/2)²=1294745 см⁴

см²

Наибольшее нормальное напряжение в балке:

кН/см²

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и имеет недонапряжение 19%. Проверки прогиба балки делать не нужно, так как принятая высота сечения больше минимальной.

В целях экономии стали изменим сечение полки на участке от опоры до 1/6 пролета.

Расчетный изгибающий момент в сечениях х = L/6 = 15/6 = = 2,5 м.

кН*м

Q₁=q*(L/2-x)=129,1*(15/2-2,5)=645,5 кН

Требуемый момент сопротивления:

см³

см⁴

Т.к. J_w=1*1403/12=228667 см⁴, то момент инерции полок:

J_1f=J₁-J_w=635825-228667=407158 см⁴

Требуемая площадь поясных горизонтальных листов:

см²,

где h₀ - расстояние между центрами тяжести полок.

Принимаем полку из листа 210х25 мм, что удовлетворяет условиям:

b₁?1/10*h=145 мм

b₁>180 мм и b₁?b_f/2=420/2=210 мм

Проверим принятое сечение на прочность.

Момент инерции принятого сечения:

J₁=J_w+2*b₁*t_f*(h₀/2)²=228667+2*21*2,5*(142,5/2)²=761706 см⁴

Момент сопротивления:

см²

Нормальное напряжение в месте изменения сечения балки:

кН/см²

Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:

кН/см²,

где S₁ - статический момент полусечения балки:

см³

Проверим совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в месте изменения сечения балки:

кН/см²,

где кН/см²

кН/см²,

где S_f1=b₁*t_f*(h0/2)=21*2,5*142,5/2=3741 см³

Прочность балки обеспечена.

Общую устойчивость не проверяем, так как сжатый пояс балки раскреплен жестким настилом.

Проверим местную устойчивость стенки.

Определим необходимость постановки ребер жесткости

Вертикальные парные ребра жесткости необходимы.

В зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой, так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы. Определим длину зоны использования пластических деформаций в стенке:

см

Принимаем расстановку вертикальных парных ребер жесткости в местах закрепления вспомогательных балок и посредине между балками, т.е. с шагом 150 см.

Поскольку =4,8 >3,2, проверку устойчивости стенки следует производить.

Устойчивость стенки проверяем в месте изменения сечения балки.

Для отсека в месте изменения сечения М=2017,2 кН*м и Q=645,5 кН.

Действующие напряжения:

кН/см²

кН/см²

Находим критические напряжения.

Критическое касательное напряжение:

кН/см²,

где м=a/h_w=150/140=1,07 - отношение большей стороны пластины к меньшей.

Определяем степень упругости защемления стенки в поясах:

,

где в=0,8 - для всех балок, кроме подкрановых.

кН/см²,

где С_кр = 34,6 - по таблице приложения

Проверим местную устойчивость стенки по формуле:



Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена.

Рассчитываем поясные швы сварной балки. Швы выполняем двухсторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08А.

Определяем толщину шва в сечении у опоры.

По табл. 5.1 [2] определяем =180 МПа =18 кН/см² для металла сварного шва, а по прил. 4[2] =162 МПа = 16,2 кН/см² для металла по границе сплавления.

По табл. 8 прил. или табл. 5.3 [2] определяем в_ш = 1,1 и в_с = 1,15. Определяем опасное сечение шва

Опасным сечением оказалась граница сплавления.

см

Принимаем по табл. 9 прил. и табл. 5.4 [2] минимально допустимый при толщине пояса t_f= 25 мм шов k_ш = 7 мм, что больше получившегося по расчету k_ш= 1,3 мм.

Назначаем размеры промежуточных поперечных ребер жесткости.

Ширина ребра b_р ? h_w/30 + 40 = 1400/30 + 40 = 87 мм. Принимаем b_р = 90 мм.

Толщина ребра t_р? b_p/15 = 90/15 = 6,0 мм. Принимаем 6 мм.

Производим расчет опорных ребер жесткости. Требуемую площадь опорного ребра находим по смятию торца:

А_р=Q/R_см*г_с=968,3/34,3*1=28,2 см²,

где Rс_м = 34,3 кН/см² - расчетное сопротивление смятия торцевой поверхности.

Принимаем толщину ребра t_р = 1,8, тогда b_р = 28,2/1,8 = 15,7 см. Окончательно принимаем сечение ребра 200 х 18 мм.

Сечение удовлетворяет условию:

,

значит местная устойчивость обеспечена.

Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно оси z. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

см

А=А_р+t_w*b_ст=20*1,8+1*19,5=55,5 см²

см⁴

см

л=h/i_z=145/4,65=31,2

По табл. 5 прил. ц=0,929

кН/см < г_c*R_y=23 кН/см²

Устойчивость опорного ребра обеспечена.

Выполним расчет сопряжений вспомогательной балки с главной балкой.

Расчет сопряжений балок в одном уровне сводится к определению количества или диаметра болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу с помощью поперечного ребра жесткости.

Расчетной силой является опорная реакция балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.

Расчетная погонная нагрузка на вспомогательную балку составила 47,49 кН/м. При пролете балки настила l = 7,5 м:

кН

Целесообразно для сопряжения балок принимать 2 или 3 болта. Возьмем 3 болта нормальной точности по ГОСТ 7798-70 (R^д_cp= 16 кН/см²). Определим диаметр болта:

d*Q/3=n_ср* R^д_cp *р*d/4,

где n_ср - количество рабочих срезов болта.

см.

В соответствии с рекомендациями ([2], табл.6.3) принимаем 3 болта диаметром 24 мм.

Расчет и конструирование монтажного болтового стыка в сварной главной балке.

Пролет балки 15 м, максимальная величина отправочной марки - 10 м.

Принимаем расположение монтажного стыка с учетом заданной максимальной величины отправочной марки и его размещения на расстоянии не менее 0,5 м от ребер жесткости в широкой части пояса балки.

Назначаем размеры отправочных марок 5,2 и 9,8 м.

Поперечные размеры стыковых накладок поясов и стенки примем в соответствии с размерами сечения балки. Площадь сечения накладок должна быть не менее площади пояса или стенки. Толщину накладок на стенку балки целесообразно назначить равной толщине стенки.

При толщине пояса в 25 мм примем толщину накладок в 14 мм. Толщину накладок на стенку балки назначим равной ее толщине -- 10 мм.

Расчетный изгибающий момент в сечении, отстоящем на расстояниях х = 5,2 м от левой опоры:

M=0,5*q*x*(L-x)=0,5*129,1*5,2*(15-5,2)=3289 кН*м

Расчетная перерезывающая сила:

Q=q*(0,5*L-x)=129,1*(0,5*15-5,2)=297 кН

К расчету примем высокопрочные болты диаметром d = 20 мм из стали 40Х «селект». Расчетное сопротивление высокопрочного болта R_bn= 110 кН/см².

Определим несущую способность болта d = 20 мм, имеющего две плоскости трения (k = 2):

N_b=0,7*R_bn*A_bn*k*г_b*м/г_n=0,7*110*2,45*2*1*0,42/1,02=155 кН,

где A_bn = 2,45 см² -- площадь нетто сечения болта d = 20 мм (см. прил. табл. 10);

г_b = 1 -- коэффициент условий работы при 10 и более болтов в соединении;

м = 0,42 -- коэффициент трения при газопламенной обработке двух поверхностей без консервации;

г_n = 1,02 -- коэффициент надежности, учитывающий способ регулирования натяжения болта по углу закручивания.

Стык поясов.

Пояс балки перекроем тремя накладками сечением 420х14 и 2х180х14 мм общей площадью сечения 42*1,4 + 2*18*1,4 = 109 > A_f = 42*2,5 = 105 см².

Усилие в поясе:

N_f=M_f/h₀=216179/142,5=1517 кН,

где M_f=M*J_f/J_x=354970*788508/1294745=216179 кН*см

Количество болтов для прикрепления накладок:

п = N_f /N_b =1517/155 = 9,8,

по условиям размещения (рис. 3) принимаем n=16 болтов. Длина накладок -- 68 см.

Стык стенки.

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 1340 х 280 х 10 мм.

Момент, приходящий на стенку:

кН*см

Принимаем a_max=126 см.

Найдем коэффициент стыка:

,

где m - число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

По таблице для б=1,61 принимаем количество рядов болтов по вертикали k = 8.

Принимаем по два болта в горизонтальном ряду полунакладки и 8 рядов по вертикали по 18 см. Общее количество болтов на полунакладке равно 16.

Проверим прочность стыка стенки с учетом действия момента и поперечной силы:

кН

=0,18²+0,54²+0,90²+1,26²=2,72 см

V=Q/h=297/16=18,6 кН

Прочность монтажного стыка на высокопрочных болтах обеспечена.

2.5 Расчет колонны

Сечение сплошной колонны обычно принимают в виде широкополочного двутавра. Сквозную колонну конструируют из двух швеллеров прокатного профиля, связанных между собой решеткой в виде соединительных планок.

В качестве расчетных схем принимают или схему с шарнирным закреплением верхнего и нижнего концов колонны, или схему с жестким закреплением нижнего конца колонны и шарнирным закреплением ее верхнего конца.

При определение расчетной высоты колонны следует учитывать условия закрепления ее концов. Геометрическую высоту колонны при опирании балок сверху принимают равной разности между заданной высотой до верха настила рабочей площадки Н и фактически принятой строительной высотой балочной клетки. При примыкании главной балки к колонне сбоку геометрическую высоту колонны принимают равной Н.

Конструкция закрепления базы колонны к фундаменту должна соответствовать принятой расчетной схеме колонны.

Равноустойчивость колонны характеризуется равенством гибкости по обеим осям.

В сквозных колоннах расстояние между осями прокатных элементов определяют, исходя из равноустойчивости колонны в отношении материальной и свободной осей. Материальная ось пересекает стенки швеллеров, а свободная проходит параллельно стенкам и размещается между ними.

Специфика проверки устойчивости относительно свободной оси состоит в том, что здесь необходимо определить приведенную гибкость, учитывающую деформативность ветвей на участке между узлами соединительных элементов (расстояние между планками в свету), а также деформативность самих соединительных элементов.

Гибкость колонн по обеим осям не должна превышать предельную гибкость сжатых элементов.

Исходные данные:

Длина колонны 7,5 м, материал -- сталь С235, рассчитанное сопротивление R_y = 240 МПа = 24 кН/см^:. Присоединение планок осуществляется сваркой электродами Э-42. Расчетная нагрузка N = 2*Q_тах=2*968,3=1937 кН.

Расчет относительно материальной оси.

Требуемая площадь сечения, если принять гибкость л = 70,

см²,

где ц=0,76 при гибкости л = 70.

Требуемый радиус инерции при расчетной длине колонны:

l₀=0,7*l=0,7*7,5=5,25 м

i_тр= l₀/ л=5,25/70=7,5 см

По сортаменту ГОСТ принимаем два швеллера № 36, для которых А = 2х53,4 = 106,8 см²; д_х = 14,2 см.

Тогда гибкость л_х= l₀/ i_х=525/14,2=37, ц=0,905.

Проверяем устойчивость колонны относительно материальной оси:

Принимаем сечение из швеллера № 36.

Расчет относительно свободной оси.

Определяем расстояние между ветвями колонны b из условия равноустойчивости в двух плоскостях:

Тогда требуемая гибкость относительно свободной оси:

,

где - гибкость ветви.

Задавшись гибкостью ветви = (25…30), но не более предельной гибкости ветви ( = 40), получим:

Требуемое расстояние между ветвями колонны:

см

Здесь коэффициент а принят по [2, табл. 8].

Так как колонна стальная, то полученное расстояние должно быть не менее двойной ширины полок швеллера плюс зазор 100 мм, необходимый для последующей качественной окраски. В рассматриваемом случае 2х110 + 100 = 320 < 468 мм, принимаем b = 48 см.

Производим проверку устойчивости сечения относительно свободной оси.

Из сортамента (прил. табл. 2) для швеллера № 36: J_y⁰=513 см4, i_y⁰=3,10 см, z₀=2,68 см, А=53,4 см².

Момент инерции сечения относительно свободной оси:

см⁴

Расчетная длина ветви l₀ = * i_y⁰ = 25 * 3,1 = 77,5 см.

Примем расстояние между планками в свету l₁ = 80 см, тогда гибкость ветви = 80/3,1 = 25,8. Сечение планок 8 x200 мм.

Радиус инерции сечения:

см

Гибкость стержня:

л_y=l₀/i_y=525/21,5=24,4

Приведенная гибкость стержня относительно свободной оси:

, ц=0,911

Проверим устойчивость колонны относительно свободной оси:

Устойчивость колонны относительно оси y-y обеспечена.

Расчет планок.

Поперечная сила, приходящаяся на одну систему планок:

Q_пл=Q_усл/2=0,5*0,2*А=0,5*0,2*106,8=10,7 кН

Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки:

кН*см

кН,

где l=l_f+d=80+20=100 см - расстояние между осями планок,

b₀ = b-2*z₀

Принимаем приварку планок к полкам швеллеров угловыми швами с катетом шва k = 0,7 см.

Определим, какое из сечений угловых швов (по металлу шва или по границе сплавления) имеет решающее значение.

По табл. 5.1 [2] определяем =180 МПа =18 кН/см² для металла сварного шва, а по прил. 4[2] =162 МПа = 16,2 кН/см² для металла по границе сплавления.

По табл. 8 прил. или табл. 5.3 [2] определяем в_ш = 1,1 и в_с = 1,15.

Необходима проверка по границе сплавления.

Для проверки имеем расчетную площадь шва:

А=k_ш*l_ш=0,7*(20-2*0,5)=1,33 см²

Момент сопротивления шва:

 см³

Напряжение в шве от момента и поперечной силы:

кН/см²

кН/см²

Проверяем прочность шва по равнодействующему напряжению:

2.6 Расчет базы колонны

Конструкция крепления базы колонны (рис. 4) к фундаменту должна соответствовать принятой расчетной схеме колонны.

Крепление базы колонны к фундаменту выполняют с помощью анкерных болтов. Жесткое закрепление базы обеспечивается установкой не менее трех болтов. В шарнирном закреплении достаточно установить два болта.

Передача усилия от колонны к опорной плите происходит через траверсу, представляющую собой вертикальные опорные листы. Усилие от колонны передается на траверсу при помощи вертикальных сварных швов и от траверсы через горизонтальные швы на опорную плиту При этом вертикальные и горизонтальные швы являются расчетными.

Плита работает на изгиб как пластинка на упругом основании, воспринимающая давление от ветвей траверсы и ребер.

Материал базы -- сталь С235; расчетное сопротивление R_y = 220 МПа (при t = 21…40 мм); бетон фундамента класса В12,5; R_пр = 7,5 МПа = 0.75 кН/см². Длина колонны l = 7,5 м.

Расчетное давление на плиту с учетом собственного веса колонны:

балочный профиль конструкция крепление

N₁=N+г_fp*г*A*l=1937+1,05*78,5*0,01068*7,5=1944 кН

Требуемая площадь базы плиты:

см²,

где =1,2*0,75=0,9 кН/см²

Конструируем башмак с траверсой из листов толщиной 10 мм с выпуском плиты за листы траверсы по 60 мм. Тогда ширина плиты:

В = а + 2*(t + с) = 36 + 2*(1 + 6) = 50 см.

Длина плиты: 2160/50 = 43 см.

Принимаем плиту с размерами в плане 600 х 550 мм.

Назначив размеры фундамента 700 х 650 см, корректируем коэффициент _:

Фактическое напряжение под плитой базы:

кН/см²

Конструируем базу колонны с траверсами толщиной 10 мм. Привариваем их к полкам колонны и плите угловыми швами. Определим изгибающие моменты в плите по трем участкам для определения толщины плиты.

Участок 1, опертый на 4 канта. Отношение сторон:

b/a=(480-16)/360=1,29, б=0,069

М₁=б*у_ф*а=0,069*0,59*362=52,8 кН*см

Участок 2, консольный.

М₂=у_ф*с²/2=0,59*8,5²/2=21,3 кН*см

Участок 3, опертый на 3 канта.

Отношение сторон b / а = = 6/36 = 0,17 < 0,5, следовательно, плита рассчитывается как консольная балка.

М₂=у_ф*с²/2=0,59*6²/2=10,6 кН*см

Требуемая толщина плиты:

см

Принимаем по ГОСТу лист толщиной 40 мм.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой сварочной проволокой С6-08Г2С. Толщину траверсы принимаем t_т = 10 мм, высоту h_т = 450 мм.

Расчетные характеристики

=180 МПа =18 кН/см² для металла сварного шва, =162 МПа = 16,2 кН/см² для металла по границе сплавления, в_ш = 1,1 и в_с = 1,15.

Прикрепления рассчитываем по границе сплавления, принимая катет угловых швов k_ш = 0,8 см.

кН/см² < 18,6 кН/см²

Проверяем допустимую длину шва:

l_ш=(45-1)=44 см < 85*в_ш*k_ш=85*1,1*1,15=107,5 см.

Требования к максимальной длине шва выполняются. Крепления траверсы к плите принимается угловыми швами k = 0,9 см.

Заключение

В курсовом проекте была запроектирована рабочая площадка производственного здания, включая:

* компоновку балочной клетки в двух вариантах с выбором наиболее экономичного по расходу стали,

* расчет металлического настила,

* расчет прокатных и сварных балок,

* расчет колонны сквозного сечения из двух швеллеров,

* расчет базы колонны, состоящей из башмака и двух траверс.

Графическая часть чертежа была выполнена в соответствии с Государственными стандартами Единой системы конструкторского документации (ЕСКД), основные из которых следующие:

ГОСТ 2.301-68*. Форматы;

ГОСТ 2.302-68*. Масштабы;

ГОСТ 2.303-68*. Линии;

ГОСТ 2.304-81. Шрифты чертежные;

ГОСТ 2.305-68. Изображения -- виды, разрезы, сечения;

ГОСТ 2.306-68*. Обозначения графических материалов и правила их нанесения на чертежах;

ГОСТ 2.307-68*. Нанесение размеров и предельных отклонений;

ГОСТ 2.410-68. Правила выполнения чертежей металлических конструкций.

Список литературы

1. Павлов Ю.А. Металлические конструкции. Ч. I. -- М.: РГОТУПС, 1998.

2. Металлические конструкции / Под общей ред. Е.И. Беленя. М.: Стройиздат, 1986.

3. СНИП 11-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -- М.: ЦИТП, 1991.

4. Металлические конструкции. Железобетонные конструкции. Методические указания к расчетам в курсовом и дипломном проектировании с помощью ПЭВМ для студентов специальностей 290300, 290900, 290800. -- М.: РГОТУПС, 1997.



Размещено на Allbest.ru