Расчет балочной клетки рабочей площадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное Государственное Бюджетное образовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

(ФГБОУ ВПО МГСУ)

Национальный Исследовательский Университет

Кафедра Металлических Конструкций

Курсовой проект

на тему: “Расчет балочной клетки рабочей площадки”

Выполнил:

Кадров М.В.

Проверил:

Парлашкевич В.С.

Москва 2014 г



1. Расчет конструкций балочной клетки

1.1 Расчет стального плоского настила

Сравнение вариантов компоновки балочной площадки производим по суммарному расходу стали на настил и на балки настила. Для дальнейшего проектирования принимаем вариант с меньшим расходом стали.

Расчет по жесткости проводим от действия нормативных нагрузок, расчет по прочности (несущая способность) проводится на действие расчетных нагрузок.

Определим отношение рабочего пролета настила к его толщине:

,

где: - отношение пролета настила к его предельному прогибу;

- заданная нормативная нагрузка на настил;

;,

;

- коэффициент Пуассона.

Вариант 1. Расчет нормальной балочной клетки, t=10 мм.

Принимаем толщину настила , тогда пролет настила , шаг балок настила , где 100 - ширина полки балки настила в первом приближении.

Количество пролетов при шаге колонн 16 м:

,

где - шаг колонн в продольном направлении.

Принимаем 16 пролетов, тогда шаг балок настила:

,

Вариант 2. Расчет нормальной балочной клетки, t=12 мм.

Принимаем толщину настила , тогда пролет настила , шаг балок настила , где 100 - ширина полки балки настила в первом приближении.

Количество пролетов при шаге колонн 16 м:

,

где - шаг колонн в продольном направлении.

Принимаем 15 пролетов, тогда шаг балок настила:



,

Схема средней ячейки балочной клетки нормального типа

1.2 Расчет балок настила

После определения толщины и шага балок настила подбираем сечение балок настила и проверяем подобранное сечение. В качестве балок настила применяют двутавры.

Нагрузка, действующая на балку настила, будет складываться из:

· равномерно распределенной постоянной нагрузки;

· равномерно распределенной временной нагрузки.

Вариант 1.

Масса 1 м2 настила:

,

где - объемный вес стали.

Согласно заданию, на площадку приложена временная равномерно распределенная нагрузка .

Нормативная нагрузка на балку настила:

,

Расчетная нагрузка на балку настила:

,

где - коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки (принимается по табл. СНиП 2.0107-85);

- коэффициент надежности по нагрузке для стали.

Вариант 2.

Масса 1 м2 настила:

,

где - объемная масса стали.

Согласно заданию, на площадку приложена временная равномерно распределенная нагрузка .

Нормативная нагрузка на балку настила:



,

Расчетная нагрузка на балку настила:

,

где - коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки (принимается по табл. СНиП 2.0107-85);

- коэффициент надежности по нагрузке для стали.

Статический расчет балки настила

Определяем максимальный изгибающий момент и максимальную поперечную силу в разрезной балке настила, загруженной расчетными нагрузками - постоянной и временной от оборудования .

Вариант 1.

Определяем максимальный изгибающий момент в балке настила:

,

Определяем максимальную поперечную силу в балке настила:

,

Опорная реакция балки настила:



,

Вариант 2.

Определяем максимальный изгибающий момент в балке настила:

,

Определяем максимальную поперечную силу в балке настила:

,

Опорная реакция балки настила:

,

Подбор сечения балки настила

Проверки подобранного сечения балок настила выполняют по первой и второй группам предельных состояний.

Вариант 1.

Условие прочности балки при изгибе:



,

Требуемый момент сопротивления сечения:

,

где - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по табл. 66 СНиП II-23-81*;

,

- расчетное сопротивление предела текучести для стали С235 по ГОСТ 27772-88;

- коэффициент условий работы по табл. 6 СНиП II-23-81*.

По сортаменту подбираем двутавр, удовлетворяющий условию .

Принимаем двутавр №36 со следующими характеристиками:

· - момент сопротивления сечения;

· - момент инерции сечения;

· - масса 1 п.м. балки;

· - площадь сечения;

· - ширина полки;

· - высота двутавра.

Проверка балки по второй группе предельных состояний (по прогибу):

Предельный относительный прогиб балок настила равен .

Прогиб балки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой не должен превышать предельно допустимого прогиба.

,

,

Проверка прочности балки на изгиб:

,

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Расход материала на 1 м2 конструкции:

,

Вариант 2.

Условие прочности балки при изгибе:

,

Требуемый момент сопротивления сечения:

,

где - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по табл. 66 СНиП II-23-81*;

- расчетное сопротивление предела текучести для стали С235 по ГОСТ 27772-88;

- коэффициент условий работы по табл. 6 СНиП II-23-81*.

По сортаменту подбираем двутавр, удовлетворяющий условию .

Принимаем двутавр №36 со следующими характеристиками:

· - момент сопротивления сечения;

· - момент инерции сечения;

· - масса 1 п.м. балки;

· - площадь сечения;

· - ширина полки;

· - высота двутавра.

Проверка балки по второй группе предельных состояний (по прогибу):

Предельный относительный прогиб балок настила равен .

Прогиб балки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой не должен превышать предельно допустимого прогиба.

,

,

Проверка прочности балки на изгиб:

,

Принятое сечение не удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Возьмем следующее значение по сортаменту.

Принимаем двутавр №40 со следующими характеристиками:

· - момент сопротивления сечения;

· - момент инерции сечения;

· - масса 1 п.м. балки;

· - площадь сечения;

· - ширина полки;

· - высота двутавра.

Проверка балки по второй группе предельных состояний (по прогибу):

Предельный относительный прогиб балок настила равен .

Прогиб балки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой не должен превышать предельно допустимого прогиба.

,

,

Проверка прочности балки на изгиб:

,

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Расход материала на 1 м2 конструкции:

,

Для дальнейшего проектирования принимаем 1-ый вариант, с шагом настила 941 мм и толщиной настила 10 мм. Этот вариант выгоднее по расходу материала



1.3. Сравнение результатов

Расчетная величина	Вариант №1	Вариант №2
Толщина настила, см	1,0	1,2
Вес настила, кН/м2	0,785	0,942
Нормативная нагрузка на балку настила, кН/м2	28,44	32,43
Расчетная нагрузка на балку настила, кН/м2	34,01	38,75
Расчетный изгибающий момент, кНм	153,05	174,38
Требуемый момент сопротивления сечения, см3	604,94	689,25
Двутавр	36	40
Расход металла на 1 м2 перекрытия, кг/м2	123,84	139,80

Вывод: При выборе наиболее рациональной и экономичной конструкции руководствуются не только расходом материала, но и объемом затрат на устройство данной конструкции, трудоемкостью монтажа (зависит от количества элементов), сложностью узлов. Наиболее рациональной является схема балочной клетки №1.



2. Расчет и конструирование главной балки

Главные балки являются балками составного сечения. Проверим необходимость использования составного сечения.

Расчетная схема для главной балки будет выглядеть, как показано на рисунке. Здесь же построены эпюры изгибающих моментов M и поперечных сил Q.

Масса 1 м2 настила:

,

От балок настила:

,

Нормативная нагрузка на главную балку:



,

Расчетная нагрузка на главную балку:

,

Статический расчет главной балки

Максимальный изгибающий момент:

,

Максимальная поперечная сила:

,

2.1 Подбор сечения главной балки

Требуемый момент сопротивления сечения:

,

Условие не выполняется ни для одной прокатной балки. Таким образом, будем подбирать составное сечение главной балки.

Сечение главной балки будем подбирать двутаврового типа, состоящего из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок, которые сваривают в заводских условиях автоматической сваркой.

Из условия прочности и по экономическим показателям находим оптимальную высоту балки:

,

где - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки. Для сварных балок рекомендуется принимать ;

- толщина стенки балки. В первом приближении можно принять .

Из условия жесткости (прогиба) находим минимальную высоту балки:

,

где - расчетное сопротивление предела текучести для стали С275;

- пролет главной балки;

- предельный относительный прогиб главной балки (по заданию);

- модуль упругости стали.

Определение высоты главной балки

Принимаем этажное опирание балок настила на главную балку.

В этом случае максимальная высота главной балки не может превышать:



,

где - строительная высота перекрытия;

- высота балки настила двутавра №36;

- толщина настила;

,

- габарит безопасности, включающий прогиб главной балки.

Сравнивая полученные данные, принимаем высоту балки

Стенку проектируем из листового проката шириной 1700 мм по ГОСТ 19903-74*.

Высоту стенки принимаем равной:

,

где - ширина острожки с двух сторон листа.

Определяем высоту балки:



,

Приближенно принимаем толщину полки 30 мм.

Толщина стенки определяется в зависимости от следующих условий:

· из условия прочности на срез:

,

· из возможности потери местной устойчивости:

,

· из инженерного опыта:

,

Принимаем толщину стенки главной балки

Далее определим размеры полок.

Размеры горизонтальных поясных листов находим, исходя из необходимой несущей способности балки.

Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:

,

Вычисляем момент инерции стенки балки:

,



Тогда требуемый момент инерции, приходящийся на поясные листы, можно определить:

,

Момент инерции двух поясных листов балки относительно ее нейтральной оси:

,

где - искомая величина сечения пояса

,

- расстояние между центрами тяжести сечений поясов.

Отсюда получаем требуемую площади сечения поясов балки:

,

Ширину пояса можно определить:

,

Принимаем пояса из универсальной стали 420х30 мм (по ГОСТ 82-70*), при этом площадь пояса будет составлять .

Проверка подобранного сечения главной балки

Ширину поясов обычно принимают равной высоты балки из условий обеспеченности ее общей устойчивости и равномерного распределения продольных напряжений по ширине листа:

,

Для растянутых поясов балок не рекомендуется принимать ширину поясов более 30 толщин из условия равномерного распределения усилий напряжений по ширине пояса:

В балках отношение ширины свеса сжатого пояса к его толщине, исходя из его местной устойчивости, не должно превышать:

,

где

ширина свеса пояса главной балки.

Все рекомендации выполнены.

Подобранное сечение балки проверяем на прочность, определяем момент инерции главной балки:

,

,

Определяем момент сопротивления сечения главной балки:

,



Наибольшее нормальное напряжение в балке определяется по формуле:

,

Условие выполняется.

Недонапряжение составляет:

,

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности.

2.2 Изменение сечения главной балки

Сечение балки при действии равномерно распределенной нагрузки выгодно изменить на расстоянии 1/6 пролета от опоры в сварных балках пролетом от 10 до 30 м:

,

Определяем расчетный момент и перерезывающею силу в сечении:

,

,

Подбор сечения ведем по другой стадии работы материала.

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

,

где

- расчетное сопротивление растяжению и изгибу сварного стыкового шва, соединяющего нижние полки балки в месте изменения сечения, без контроля качества шва.

,

Определяем требуемый момент инерции поясов:

,

Требуемая площадь сечения поясов:

,

Ринимаем пояс 240х30 мм (по ГОСТ 82-70*), при этом площадь пояса будет составлять

,

Определяем момент инерции уменьшенного сечения:



,

З

Определяем момент сопротивления уменьшенного сечения главной балки:

,

НаибольшЗее нормальное напряжение в балке определяется по формуле:

,

Условие выполняется.

Проверка прочности, прогибов и устойчивости балки

Статический момент полки:

,

Статический момент полусечения балки:

,



Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:

,

Проверим местные напряжения в стенке под балками настила.

Длина распределения махахаестной нагрузки на стенку балки:

,

Местные напряжения в стенке главной балки в месте опирания балки настила:

,

Проверка совместного действия нормальных, касательных и местных напряжений в месте изменения сечения

Расчетные нормальные и касательные напряжения в краевом участке стенки балки на уровне поясных швов:

,

,

,

Приведенное напряжение в крайних точках стенки на уровне поясных швов:

,

Проверка общей устойчивости балки

Определяем отношение , при котором можно не проверять устойчивость:

· В середине пролета балки (балка работает упруго ):

,

· В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго ):

,

Общая устойчивость балки обеспечена.

Проверку прогиба можно не производить, так как принятая высота балки больше минимальной.

Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балки

Проверка устойчивости сжатого пояса.

Производится в месте максимальных нормальных напряжений в нем - в середине пролета балки, где возможны пластические деформации.

Условие обеспечения устойчивости пояса имеет вид:

,

Устойчивость сжатого пояса главной балки выполнена.

Проверка устойчивости стенки.

Проверяем необходимость укрепления стенки поперечными ребрами жесткости:

,

СНиП II-23-81* п.7.3. требует укреплять стенку балки поперечными ребрами жесткости при следующих условиях:

· Отсутствие местной нагрузки на пояс балки при ;

· Действие местной нагрузки на пояс балки при - данный случай;

При действии больших сосредоточенных грузов и в зоне развития пластических деформаций от изгиба в балке местные напряжения не допускаются, ребра жесткости необходимо ставить под каждым грузом.

Следовательно, поперечные ребра жесткости необходимы.

Конструкция ребер жесткости

Расстояние между поперечными ребрами жесткости не должно превышать:

,



Принимаем расстояние между ребрами жесткости .

Принимаем односторонние ребра жесткости, располагая их с одной стороны балки. При этом ширина ребер жесткости должна быть не менее:

,

Принимаем ширину ребер жесткости .

Толщина ребер жесткости должна быть не менее:

,

Принимаем толщину ребер жесткости .

Проверяем условие местной устойчивости стенки в первом отсеке.

Устойчивость стенки в отсеке между ребрами жесткости проверяется по формуле:

,



Рассматриваемое сечение расположено на расстоянии 470 мм от опоры.

,

,

Нормальные напряжения у верхней кромки стенки в рассматриваемом сечении:

,

Средние касательные напряжения в стенке равны:

,

Для определения критических напряжений необходимо определить следующие величины:

Степень защемления стенки полками:

,

Отношение ширины отсека к длине отсека:

,

Отношение :



,

Определяем критические нормальные напряжения:

,

,

,

Определяем критическое касательные напряжения:

,

Подставляем полученные значения напряжений в формулу проверки местной устойчивости:

,

Стенка в первом от опоры отсеке устойчива.

Проверка прочности поясных швов

Швы следует выполнять автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08ГА. Для этих условий и марки стали С275 имеем следующее:

По табл. 56 СНиП II-23-81* определим значение нормативного сопротивления металла шва по временному сопротивлению .

Тогда расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:

,

где - коэффициент надежности по материалу шва.

Для стали С275 временное сопротивление разрыву .

Тогда согласно СНиП II-23-81* табл. 3, расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:

,

По табл. 34 СНиП II-23-81* для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:

- по металлу шва;

- по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным:

,

Расчетным является сечение по металлу границы сплавления.

Из предыдущих расчетов имеем:

- момент инерции измененного сечения балки;
- сосредоточенная нагрузка от второстепенной балки;

,

длина передачи нагрузки на стенку балки.

В расчетном сечении определяем поперечную силу:

,

где - сечение под первой от опоры балкой, где сдвигающая сила максимальна.

,

где - количество швов (двусторонние швы).

По табл. 38 СНиП II-23-81* для пояса толщиной 30 мм принимаем катет шва, равный минимальному .

2.3 Конструирование и расчет опорной части балки

Сопряжение балок со стальными колоннами бывает в виде опирания балок сверху и примыкания балок сбоку к колонне. В нашем случае опирание главной балки на колонны происходит сверху. Ребро жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на колонну. Опорная реакция балки: .



Определяем площадь смятия торца по формуле:

,

где - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.

Принимаем ширину опорного ребра , тогда толщина ребра:

,

Принимаем ребро с поперечным сечением 240х15 мм, тогда площадь сечения:

,

Проверка устойчивости опорного ребра

Проверяем опорную стойку балки на устойчивость. Ширина участка стенки, включенного в работу опорной стойки, определяется как:

,



Площадь опорной стойки:

,

Момент инерции опорной стойки:

,

Радиус инерции:

,

Гибкость:

,



Условная гибкость:

,

По табл. 72 СНиП II-23-81* определяем коэффициент устойчивости: . настил балка сечение катет

Проверяем выполнение условия устойчивости:

,

Условие устойчивости выполняется.

2.4 Определение катета шва

Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Св-08Г2С.

Предварительно определяем параметры сварных швов:

- расчетное сопротивление по металлу шва (по табл. 56 СНиП II-23-81*);

,

- расчетное сопротивление срезу по металлу границы плавления;

Коэффициенты качества шва: .

Определяем минимальное значение :

Расчетным является сечение по металлу границы сплавления.

Определяем катет сварного шва исходя из его прочности и максимально допустимой длины:

,

По табл. 38* СНиП II-23-81* для пояса толщиной 20 мм минимальный катет шва , принимаем .

Проверяем длину расчетной части шва:

,

Расчет производим по металлу границы сплавления:

,

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

Условие выполняется, прочность швов обеспечена.

2.5 Расчет поясного шва балки

Поясной шов выполнен автоматической сваркой под флюсом. Сталь главной балки С275, следовательно, сварочная проволока - св08ГА (по табл. 55 СНиП II-23-81*).

Расчетные сопротивления:

· По металлу шва

· По металлу границы сплавления

,

Коэффициенты глубины проплавления для автоматической сварки «в лодочку»:

· - по шву;

· - по зоне сплавления;

Коэффициенты условий работы:

· - сварного шва

· - балки

Сдвигающая сила Т1 на 1см длины шва в месте опирания балки настила:

,

Где :

,

· - расстояние от опоры до первой балки настила.

· - статический момент полки балки

· см4 - момент инерции сечения балки у опоры (фактический)

Местное давление в месте опирания балки настила:

,

Где:

· - опорная реакция балки настила

· - условная длина распределения местной нагрузки на стенку балки.

Равнодействующая этих сил:

,

Определяем соотношение:

,

Расчет углового шва выполняем по металлу границы сплавления.

,

Определяем катет сварного шва:

,

- при одностороннем расположении поясного шва.

Принимаем катет шва, прикрепляющего опорное ребро к стенке, равным .

Минимально допустимая величина катета шва при автоматической сварке в тавровых соединениях с односторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов (полки) , катет должен быть не менее 8мм. Окончательно принимаем катет поясного шва .

2.6 Укрупнительный стык главной балки

Проектирование сварного стыка

Соединение балок осуществляется встык. На монтаже сжатый пояс и стенку соединяем прямым швом. При этом расчетное сопротивление стыкового соединения на сжатие при ручной сварке по пределу текучести , соединение является равнопрочным основному сечению балки.

Растянутый пояс балки соединяем косым швом под углом 60°. При этом сварка ведется без применения физического контроля качества швов и расчетное сопротивление стыкового соединения на растяжение и изгиб при ручной сварке по пределу текучести



,

Сварка ведется электродами Э42 (по ГОСТ 9467-75), выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А. Чтобы уменьшить сварочные напряжения, сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1 и поясов 2 и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 360 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2 и 3.

Последним заваривают угловые швы 4 и 5, имеющие небольшую продольную усадку.

Проектирование стыка на высокопрочных болтах

Максимальный изгибающий момент:

,

Распределим этот момент между стенкой и поясами пропорционально их оментам инерции относительно оси Х.

· Момент инерции всего двутавра:

· Момент инерции стенки:.

Доля максимального момента, приходящегося на стенку:

,

Доля максимального момента, приходящегося на пояса:

,

Стык стенки и стык пояса рассчитываются раздельно, каждый на свою долю момента от максимального.

Стык полки главной балки

Стык полок перекрываем накладками.

Принимаем накладки 420х18 и 2х172х18.

Площадь поперечного сечения накладок в стыке должна быть больше площади поперечного сечения пояса главной балки.

,

Разложим момент, приходящийся на пояса, на пару сил.

,

Примем болты М24из стали 40Х «селект».

· - площадь сечения болта «нетто» в месте, ослабленном резьбой;

· - временное сопротивление материала болта.

Расчетное сопротивление материала болта растяжению:



,

Предельная сила натяжения болта при закручивании гайки:

,

При определении необходимого количества болтов принимаем:

· Способ обработки соединяемых поверхностей - газопламенный (м=0,42).

· Отверстия для болтов М24 - 27мм. Разность между диаметром болта и диаметром отверстия - д=3мм.

· Способ регулирования натяжения болтов - по моменту закручивания, коэффициент надежности .

· При количестве болтов в стыке ? 10 штук коэффициент условий работы болтового соединения .

Расчетное усилие, воспринимаемое одной поверхностью трения одного болта:

,

Необходимое количество болтов в стыке полок:

,

- количество поверхностей трения.

Принимаем количество болтов - 16 штук.

Определим минимальные расстояния между центрами болтов:



· От центра болта до края полки или накладки поперек усилия 1,5х27=40,5мм. Принимаем 60 мм.

· От центра болта до края накладки вдоль усилия 2х27=54мм. Принимаем 60 мм.

· Максимально возможное расстояние между центрами болтов 8х27=216мм.

· Минимально возможное расстояние - 2,5х27=67,5мм.

Проверяем ослабление нижнего пояса балки отверстиями под болты d=27мм. Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю накладки. Площадь сечения пояса, ослабленного отверстиями:

,

- допускаемое ослабление полок.

Проверяем ослабление накладок отверстиями под болты в середине стыка нижнего пояса. Площадь сечения накладок, ослабленных отверстиями под болты:

,



- допускаемое ослабление накладок.

Ослабление полок и накладок можно не учитывать.

Стык стенки главной балки

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 360х1570х13.

Момент, действующий на стенку:

,

Принимаем расстояние между верхним и нижним болтов:

,

Вычисляем коэффициент стыка:

,

где - число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

Из таблицы находим число рядов по вертикали . Принимаем и . Окончательно принимаем 12 рядов болтов вдоль накладки стенки. Расстояние между центрами болтов:

,

Проверяем стык стенки:

,

- число поверхностей трения.

Прочность самого нагруженного болта обеспечена.



3. Расчет и конструирование колонны

3.1 Выбор расчетной схемы и определение расчетной длины колонны

Принимаем расчетную схему колонны как центрально-сжатый стержень, шарнирно закрепленный с одного конца и жестко закрепленный с другого конца в двух главных плоскостях.

Определяем конструктивную длину колонны:

где - конструктивная длина колонны;

- отметка верха настила;

- заглубление фундамента относительно нулевой отметки пола;

- толщина настила балочной клетки;

- высота второстепенной балки (двутавр №36);

- высота главной балки;

- выступающая часть опорного ребра балки.

Расчетная длина колонны определяется как:

,

где - коэффициент, учитывающий способ закрепления стержня (по табл. 71 СНиП II-23-81*).

3.2 Определение продольной силы и выбор сечения колонны

Определяем расчетную нагрузку на колонну, которая складывается из двух опорных реакций главных балок с учетом собственного веса колонны (собственный вес колонны принимается равным 2% от нагрузки на нее):

,

где - коэффициент, учитывающий собственный вес колонны.

Подбор сечения сквозной колонны

Материал колонны - сталь С345, сечение сквозного типа.

Расчетное сопротивление предела текучести

,

В первом приближении задаемся гибкостью .

Определяем условную гибкость по формуле:



,

По табл. 72 определяем коэффициент продольного изгиба путем интерполяции:

Определяем требуемую площадь поперечного сечения колонны по формуле:

,

где - количество ветвей колонны;

- коэффициент условий работы.

Требуемый радиус инерции сечения определяем по формуле:

,

По значениям и по сортаменту подбираем двутавр:

Принимаем двутавр 40К2 со следующими характеристиками:

· - площадь сечения;

· - радиус инерции;

· - радиус инерции;

Проверка подобранного сечения прокатной колонны

Проверка сечения прокатной колонны

Определяем гибкость по формуле:

,



,

Колонна не равноустойчива. Устойчивость теряется в плоскости наибольшей гибкости, т.е. вдоль оси У в направлении оси Х.

По максимальной гибкости по табл. 72 определяем коэффициент продольного изгиба

,

Условие выполняется, Недонапряжение составляет:

,

Проверка гибкости прокатной колонны

Гибкость колонны не должна превышать предельного значения, приведенного в табл.19 СНиП II-23-81*

,

,

Сравним предельно допустимую гибкость с гибкость прокатной колонны и соответственно перпендикулярными осям Х и У.

,

,

Гибкость колонны не превышает допускаемую.

4. Расчет узлов колонны

Расчет оголовка колонны

Балка опирается на колонну сверху. Опирание балок на колонну - шарнирное. Оголовок состоит из плиты и ребер.

Толщину оголовка принимаем равным 20 мм. Плита выходит за контур колонны на 10 мм. Плита поддерживается ребрами, приваренными к стенке колонны.

Высота ребер оголовка

Расчетные сопротивления:

· По металлу шва (проволока св08Г2С)

· По металлу границы сплавления

Коэффициенты глубины проплавления для автоматической сварки «в лодочку»:

· - по шву;

· - по зоне сплавления;

Определяем соотношение:

,



Расчет углового шва выполняем по металлу границы сплавления.

Расчетная длина углового шва, работающего на срез .

,

Определим длину шва, задавшись катетом шва при однопроходной сварке

,

Где:

· - коэффициент условий работы шва;

· - коэффициент условий работы конструкции;

· - количество швов.

Требуемая длина шва менее величины , значит, шов работает по всей длине (по схеме короткого шва). Искомая высота ребра равна:

,

Где - учитывает непровар в начале и конце сварного шва.

Принимаем высоту ребра оголовка

Ширина и толщина ребер оголовка

Определяются из условия смятия под опорными ребрами балки

,



Требуемая площадь смятия ребра:

,

Ширина поверхности смятия ребер оголовка:

,

Требуемая толщина ребер оголовка:

,

Принимаем .

Ширину ребра оголовка в верхней части принимаем несколько большей, чем

,

Принимаем ширину ребра оголовка в верхней части оголовка . Ширина ребра в нижней части несколько меньше 120мм.

Во избежание потери местной устойчивости отношение ширины ребра оголовка к его толщине не должно превышать:

,

,

Ребро не потеряет местную устойчивость.

Ребро оголовка необходимо проверить на срез по высоте.

,

Где n=2 - количество ребер.

Прочность ребра на срез обеспечена.

Поперечное ребро

Поперечное ребро приваривают к нижней части ребра оголовка. Назначение ребра - укрепление стенки колонны от потери устойчивости, а также придание жесткости вертикальным ребрам оголовка, поддерживающим опорную плиту.

Принимаем ребро шириной 100мм, толщиной 10мм.

Верхняя часть стенки колонны

Проверяется на срез.

,

Прочность стенки на срез не обеспечена! Требуется вставка в верхней части стенки. Требуемая толщина вставки

,

Принимаем толщину вставки . Длина вставки . Вставка соединяется со стенкой колонны стыковым швом, работающим на сжатие. , следовательно, проверку прочности стыкового шва выполнять не требуется. Во избежание концентрации напряжений из-за разных толщин стенки и вставки необходимо снять фаски с торцов вставки в соотношении 1:5.

Расчет базы колонны

Плита базы колонны

Требуемая площадь плиты базы колонны:

,

При центрально сжатой колонне и значительной площади плиты напряжения под плитой в бетоне можно считать равномерно распределенными, чему соответствует:

· . Принимаем

- площадь опорной плиты;

- площадь обреза фундамента.

· прочность бетона класса В15 на сжатие.

· коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки

Требуемая площадь плиты базы равна:

,

Размер назначают конструктивно, исходя из ширины полки колонны, толщины траверс, которую принимают , и вылета консольной части плиты :

,

Где:

· С=100мм- консольный свес.

· - толщина траверсы

· - ширина полки колонны

В соотвествии с сортаментом широкополосного универсального проката, принимаем .

Уточняем размер консольного свеса:

,

Длина плиты:

,

Принимаем .

Уточняем площадь плиты:

,

Реактивный отпор бетона фундамента:

,

Толщина плиты

Плита работает на изгиб как пластина, опертая на соответствующее число кантов (сторон). Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются три участка.



· Консольные (1)

· Опертые на 3 канта (2)

· Опертые на 4 канта (3)

Участок 1. Консольный, с вылетом консоли с=10,3мм. Максимальный изгибающий момент определяется по формуле:

,

Участок 2. Пластина, опертая по трем сторонам. Максимальный момент действует в середине свободного края и определяется по формуле:

,

Где

· - коэффициент в зависимости от отношения сторон участка .

· - длина свободной кромки участка.

Т.к. соотношение сторон в этом случае равно:

,



то максимальный изгибающий момент определяется по формуле:

,

Участок 3. Пластина, опертая по трем сторонам. Максимальный момент действует в центре участка.

,

Где

· - коэффициент в зависимости от отношения большей стороны участка к меньшей

.,

· - меньшая сторона пластинки.

Требуемую толщину плиты определяем по формуле:

,

где - коэффициент условия работы для опорных плит из стали с пределом текучести 30 при .

Принимаем толщину плиты базы 30 мм.

Расчет траверсы

Траверса работает на изгиб как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения с колонной.

Угловые швы рассчитываем на угловой срез. Принимаем толщину траверсы 12 мм.

Сварка колонны с траверсой - полуавтоматическая в среде углекислого газа, материал - сталь С345. Сварку производим проволокой Св08Г2С.

Расчетные сопротивления:

для металла шва

,

для металла границы сплавления

,

- временное сопротивление для стали С345.

Коэффициенты глубины проплавления для автоматической сварки «в лодочку»:

· - по шву;

· - по зоне сплавления;

Определяем соотношение:

,

Расчет углового шва выполняем по металлу границы сплавления.

Расчетная длина углового шва, работающего на срез .

,

Определим длину шва, задавшись катетом шва при однопроходной сварке

,

Где:

· - коэффициент условий работы шва;

· - коэффициент условий работы конструкции;

· - количество швов.

Высота траверсы равна:

,

Где - учитывает непровар в начале и конце сварного шва.

Принимаем высоту траверсы



Список использованной литературы

1. Парлашкевич В.С. “Проектирование и расчет металлических конструкций рабочих площадок главных корпусов электростанций”, 2010.

2. СНиП II-23-81* “Стальные конструкции”, 1987.

3. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”, 1986.

4. ГОСТ 27772-88 “Прокат для строительных конструкций. Общие технические условия”, 1989.

5. ГОСТ 82-70 “Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный. Сортамент”, 1972.

6. “Металлические конструкции” под ред. Ю.И.Кудишина, 2010.

Размещено на Allbest.ru