Расчет технологической площадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской Федерации

Белорусско-Российский университет

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

Курсовой проект

по дисциплине «Металлические конструкции»

на тему «Расчет технологической площадки»

Выполнил:

Будкевич А.В.

Проверил:

Михальков В.С.

Могилев 2015



Содержание

Введение

1. Расчет настила

2. Расчет балки настила

2.1 Подбор сечения балки настила

2.2 Проверка жесткости балки

2.3 Проверка прочности балки

3. Расчет главной балки

3.1 Подбор сечения главной балки

3.2 Компоновка сечения главной балки

3.3 Проверочные расчеты

3.4 Расчет опорного ребра

3.5 Изменение сечения главной балки по длине

3.6 Опирания и сопряжения балок

4. Расчет сквозной центрально-сжатой колонны

4.1 Выбор расчетной схемы и типа сечения колоны

4.2 Подбор сечения стержня колонны

4.3 Расчет колонны относительно свободной оси

4.4 Проверка сечения относительно свободной оси

4.5 Расчет соединительных планок

4.6 Расчет и конструирование базы колонны

4.7 Расчет и конструирование оголовка колонны

Список литературы



Введение

Площадки предназначены для размещения технологического оборудования, организации его обслуживания и ремонта.

В курсовом проекте выполнены расчеты колонны, главной балки, балки настила и настила технологической площадки. Расчет конструкций проведен по методу предельных состояний: настил, балки настила и главная балка рассчитаны по первой и второй, а колонна - по первой группе предельных состояний.

К технологической площадке приложены нагрузка от собственного веса конструкций и временная нормативная нагрузка. Нагрузка, воспринимаемая настилом, передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны и далее на фундамент. Стержни центрально сжатых колонн состоят из двух ветвей, связанных между собой по высоте планками, приваренными к ветвям колонны. Для повышения сопротивления закручиванию и сохранения ее контура устанавливаем диафрагмы, которые располагаем у торцов отправочных элементов. Балки настила проектируем из прокатных профилей - двутавров, а главные балки - составными. Настил приварен к балкам настила, что делает невозможным сближение балок настила при его прогибе под нагрузкой. Кроме того, путем приварки настила к поясам балок создается частичное защемление настила, появляются опорные моменты, снижающие моменты и прогиб в пролете.

Взаимное расположение балок в балочной клетке согласно задания на курсовую работу принято в одном уровне.

Колонны в рабочих площадках проектируем центрально-сжатыми, состоящими из оголовка, стержня и базы. Стержень колонны выполняем из двух двутавров. Соединение балок между собой и с колонной осуществляется при помощи болтов. Передача давления от стержня колонны на фундамент осуществляется через базу. Для соединения базы с фундаментом используем анкерные болты, диаметр которых из условий коррозии принимаем не менее 20 мм. Для обеспечения геометрической неизменяемости технологической площадки между колоннами устраиваем связи.

Исходные данные

1. Шаг колонн в продольном направлении - 15,0 м;

2. Шаг колонн в поперечном направлении - 6,0 м;

3. Отметка верха настила - 7,0 м;

4. Временная нормативная нагрузка - 20 кН/м2;

5. Сопряжение балок - в одном уровне;

6. Материал конструкций:

* Настил - ВСт3кп2;

* Балки настила - 14Г2;

* Главная балка - 09Г2гр.2;

* Колонна - 18Гпс.



1. Расчет настила

Настил при работе его только на изгиб при прогибе f не более 1/150 рассчитывают из условий прогиба простой балки по предельному состоянию второй группы:

,

Где - предельный прогиб настила.

Для настила применяем листы рифленой стали по ГОСТ 8568-77.

Предварительно принимаем толщину стального настила в зависимости от временной нормативной нагрузки [7, таблица 2.1]; t=8 мм. Шаг балок настила принимаем равным количество балок настила в пролете

,

Определим расчетную схему настила, для чего определим отношение пролета настила к его толщине так как то настил считается жестко закрепленным и его рассчитываем на изгиб с распором (рисунок 1.1)

Рисунок 1.1 - Работа настила на изгиб с распором

Толщину листа при работе настила на изгиб с распором определяем по формуле:



,

Прогиб настила при равномерно распределенной нагрузке:

,

Где - цилиндрическая жесткость пластинки:

,

,

- коэффициент Пуассона; для стали принимается равным 0,3 [4];

- поправка, учитывающая отсутствие в настиле поперечной линейной деформации;

модуль упругости прокатной стаи;

b - расчетная ширина полосы настила; принимается равной 1 м;

- заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу;

- нормативная нагрузка на 1 м полосы настила;

- собственный вес настила, принятый по [7, таблица 2.2] для ромбической стали толщиной 8мм.

;

;

.

Проверяем прогиб настила при t=8мм.

Силу распора Н определяем по формуле:

где гf - коэффициент надежности по нагрузке; принимаем гf= 1,2;

Расчетное значение катета шва, прикрепляющего настил к балкам при ручной сварке определяем по одной из формул:

или

где - расчетная длина шва; принимаем см;

и - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов; принимаем и ;

- коэффициент надежности по материалу шва; принимаем =1,25;

и - расчетные сопротивления сварных соединений угловых швов при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления [4, таблица 2.4]; принимаем ;

здесь Rwun = Run ; Rwun - нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению; Run - временное сопротивление стали разрыву; Run=360 МПа; тогда

МПа;

МПа.

и - коэффициенты условий работы шва; принимаем ;

- коэффициент условий работы [5]; принимаем .

см; см.

Принимаем катет шва kf = 3мм.



2. Расчет балки настила

2.1 Подбор сечения балки настила

Требуемый момент сопротивления сечения балки «нетто» для случая упругопластической работы при изгибе балки в одной из главных плоскостей можно определить по формуле:

где c1 - коэффициент, учитывающий упругопластическую работу металла, предварительно принимаем с1=1,1;

Ry- расчетное сопротивление материала;

Ry =335МПа;

гc - коэффициент условий работы, предварительно принимаем гc=1.

Максимальный изгибающий момент M находим по формуле

где l2=6,0м - пролет второстепенной балки;

Расчетная погонная нагрузка на балку

где гfp - коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенной нагрузки, при полном нормативном значении равномерно распределенной нагрузки 2,0 кПа; гfp =1,2;

гfg - коэффициент надежности по нагрузке, для металлических конструкций;

гfg=1,05;

gn - собственный вес настила;

gbn - собственный вес 1м балки;

gbn=0,4 кН/м2;

;

.

Наибольшая поперечная сила определяется по формуле:

;

.

Балки настила принимаем из прокатных двутавров по ГОСТ8239-72. По сортаменту принимаем прокатный двутавр №36 имеющий Wx=743см3, Ix=1338см4, Sx=423см3, G=48.6кг/м.

Определяем соотношения площадей пояса и стенки балки по формуле

где bf и tf - ширина, и толщина пояса выбранного двутавра; bf=145мм; tf= 12.3мм;

tw- толщина стенки двутавра, tw=7.5мм;

h - высота двутавра; h=360мм.

;

Из соотношения площадей пояса и стенки балки по табл.3.3 определяем значение коэффициентов для расчета на прочность элементов стальных конструкций с учетом развития пластических деформаций:

сх=1,1; су=1,47; n=1,5.

2.2 Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле

где - действительное значение расчётной погонной нагрузки на балку;

.

,



т.е. условие соблюдается.

2.3 Проверка прочности балки

Подобранное сечение проверяют на прочность по первой группе предельных состояний:

- в сечениях с М=Мmax

проверка выполняется.

от действия касательных напряжений по формуле:

где Q - наибольшая поперечная сила на опоре;

S и I - статический момент, и момент инерции сечения;

tw - толщина стенки балки;

Rs - расчетное сопротивление стали сдвигу; определяемое по формуле

где Rуп - предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь [7, таблица 2.6]: Rуп=345МПа;

гm - коэффициент надежности по материалу проката [7, таблица 4.1]:

гm =1,025.

.

При сопряжении балок в одном уровне, балки настила прикрепляются к поперечным ребрам жесткости главных балок болтами, что несколько ослабляет сечение стенки. В этом случае значение касательного напряжения, определенное по формуле (2.8), следует умножать на коэффициент б, вычисленный по формуле:

где a - шаг отверстий;

a=2,5d;

d - диаметр отверстий;

;

;

,

Условие выполняется.



3. Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором - проверяем балку на прочность, устойчивость и жесткость.

3.1 Подбор сечения главной балки

Сбор нагрузок

Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов и стенки составной сварной балки, с учетом заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 3.1

Определяем расчетную погонную нагрузку на главную балку по формуле:

Рисунок 3.1 - К подбору сечения главной балки

где гfp и гfg - коэффициенты надежности по нагрузке для временной нормативной и постоянной нагрузок; принимаем гfp=1,2; гfg=1,05;

- собственный вес настила;

- масса 1 м балки настила; ;

- собственный вес главной балки, предварительно принимаемый равным 1-2% нагрузки, приходящейся на балку;

(с учетом 2 % нагрузки, приходящейся на балку);

Нормативная нагрузка

Определение усилий

Расчетный изгибающий момент в середине пролета

.

Поперечная сила на опоре

.

Определим также нормативный изгибающий момент



Подбор сечения балки

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле:

где Ry - расчетное сопротивление материала главной балки;

Ry=335МПа;

с1 - коэффициент, учитывающий упругопластическую работу материала балки; принимаем с1 = 1,1.

3.2 Компоновка сечения главной балки

Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки.

Предварительно задаемся высотой балки .

Определяем толщину стенки tw по эмпирической формуле



.

Принимаем .

Определяем оптимальную высоту балки hopt:

где k=1,2 - для сварных балок постоянного сечения.

.

Определяем минимальную высоту балки:

где fu - предельный относительный прогиб;

fu=400.

.

Принимаем высоту балки не менее hmin. Таким образом, принимаем hb=1,6м.

Определяем минимальную толщину стенки tw,min из условия работы ее на срез:



где k=1,5 - при работе на срез без учета поясов.

Rs - расчетное сопротивление стали сдвигу, определяем по формуле

,

.

Принимаем tw=12мм.

Окончательно принимаем hb=1.6 м.

Проверим местную устойчивость стенки главной балки

Высота стенки балки

.

Предварительно принимаем tf=3см.

.

.

Условие выполняется, следовательно, дополнительного укрепления стенки главной балки продольным ребром не требуется. Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле:

где hb - принятая высота главной балки.

.

Находим момент инерции стенки

.

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

.

Требуемая площадь сечения одной полки

где - расстояние между центрами полок.

.

Ширина полки балки



.

Принимаем (по конструктивным требованиям). Следовательно =50см2.

Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки bf к ее толщине tf не должно превышать значений, вычисляемых по формулам:

Условие выполняется.

С учетом развития пластических деформаций:

.

Условие выполняется.

3.3 Проверочные расчеты

Проверка прочности балки по нормальным и касательным напряжениям

Фактический момент инерции и момент сопротивления балки

.

.

Нормальные напряжения

<.

Касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки

где

- статический момент полусечения.

;

.



Условие выполняется.

Проверка жесткости главной балки

Относительный прогиб балки:

,

<,

Жесткость главной балки обеспечена.

Проверка общей и местной устойчивости главной балки

Проверки общей устойчивости балок не требуется, т.к. на балку передается статическая равномерно распределенная нагрузка от жесткого настила, который опирается на верхний сжатый пояс и жестко с ним связан.

Местная устойчивость пояса уже проверялась ранее по формулам (3.15) и (3.16). Проверку устойчивости стенки выполняем с учетом значений условной ее предельной гибкости и наличия местной нагрузки на пояс балки в следующем порядке: сначала определяем необходимость постановки ребер жесткости по формуле

.

Значение условной гибкости превышает 3,2; подвижная нагрузка отсутствует, значит стенку балки следует укреплять поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать м. В стенке, укрепленной только поперечными ребрами, ширина их выступающей части должна быть для симметричного парного ребра не менее

;

принимаем ширину поперечного ребра равным bh= 80мм (по конструктивным требованиям); толщина ребра ts должна быть не менее

;

принимаем толщину ребра ts= 8мм.

Постановка ребер жесткости необходима в зоне учета пластических деформаций, то есть под каждой балкой настила, так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы.

Длина зоны использования пластических деформаций в стенке определяется по формуле

где с1 - коэффициент, учитывающий влияние пластичности при одновременном действии M и Q;

с1=1,1.

3.4 Расчет опорного ребра

Конец балки в месте опирания ее на колонну укрепляем опорными ребрами; т.е. вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости. Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляем к стенке балки сварными швами, а торец ребер жесткости строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра совмещаем с осью полки колонны (рисунок 3.2).

Размер опорных ребер жесткости определяем из расчета на смятие торца ребра. Площадь смятия опорного ребра определяется по формуле

где Rp - расчетное сопротивление стали смятию;

.

,

Значение bp должно быть не менее из условия:

,

Принимаем bp=15 см.

.



Принимаем tp=20 мм.

Выступающую вниз часть опорного ребра принимаем толщиной а=20 мм.

Опорный участок балки проверяем на устойчивость из плоскости балки как условный опорный стержень, включающий в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной bор, в каждую сторону (на рисунке 3.2 эта площадь заштрихована).

;

.

Рисунок 3.2 - К расчету опорной части балки

Момент инерции, относительно оси z:

Радиус инерции:

.

Тогда:

,

Находим коэффициент продольного изгиба ребра ц:

,

Проверку на устойчивость осуществляем по формуле [5]

.

Условие выполняется.

Опорное ребро крепится к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой под флюсом проволокой. По [7, таблица 4.3] минимальный катет сварных швов принимаем kmin=6 мм и определяем расчетное значение катета шва:

МПа.

МПа.

Принимаем kf= 8 мм>kmin= 6мм.

Находим расчетную длину шва:



Проверка на срез сварных швов прикрепления опорного ребра к стенке:

- при срезе по металлу шва

- при срезе по металлу границы сплавления

.

Условие (3.27) выполняется.

.

Условие (3.28) выполняется.

3.5 Изменение сечения главной балки по длине

Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в местах снижения моментов (для разрезных балок - у опор). Это дает экономию материала, но несколько увеличивает трудоемкость изготовления.

В данной курсовой работе рассматривается изменение сечения балки по длине путем уменьшения ширины ее поясов. При равномерной нагрузке наиболее выгодное по расходу стали, место изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии примерно 1/6 пролета балки от опоры (рисунок 3.3).

Сечения поясов соединяют сварным швом встык без применения физических методов контроля, т.е. Rwy=0,85·Ry =0,85·300=255МПа.

Момент, действующий в месте изменения сечения и перерезывающая сила в сечении А-А:

,

,

где x - расстояние от опоры до места изменения сечения.

;

;

.

Рисунок 3.3 - Расчетные схемы к изменению сечения поясов главной балки

По моменту М1(x) определяем требуемый момент сопротивления, а затем момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение

,

.

Требуемый момент инерции поясов и требуемая площадь сечения поясов. балка настил колонна планка

;

.

Ширина уменьшенного сечения пояса:

,

Принимаем ;

Момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения

;

;

;

.

Нормальные напряжения



Проверяем приведенные напряжения по формуле в сечении I-I - месте изменения сечения балки (где они будут максимальны):

где ;

;

.

Условие (3.30) выполняется.

3.6 Опирания и сопряжения балок

В данной курсовой работе сопряжение балок выполняется в одном уровне, оно может передавать большие опорные реакции. Недостатком его является то, что нужно вырезать часть верхней полки и стенки балки настила. Это несколько ослабляет сечение балки и увеличивает трудоемкость сопряжения.

В данной работе используется вариант сопряжения, когда балки настила прикрепляются к главной балки сбоку через ребра жесткости болтами нормальной точности (ГОСТ 7798-70).



Рисунок 3.4 - Сопряжение балок в одном уровне

При болтах нормальной и повышенной точности требуемое количество болтов определяется:

где Nmin - меньшее из значений расчетного усилия для болта на срез или смятие,

Расчетное усилие воспринимаемое одним болтом на срез определяем:

на смятие:

где Rbs и Rbр - расчетные сопротивления болтовых соединений на срез и смятие [4, табл.57,58,59] для болтов, Rbs=200МПа (для болтов класса 5.8) и Rbр=450МПа (класс прочности В),

b - коэффициент условия работы соединения [7, таблица 4.4];

b=0,9;

А - расчетная площадь сечения стержня болта;

t - наименьшая толщина элементов, сминаемых в одном направлении, в данном случае ребро жесткости,

ns - число расчетных срезов одного болта, в данном случае - 1,

d - наружный диаметр стержня болта, принимаем d=24 мм.

,

.

Принимаем Nmin=81,36 кН.

,

.

Принимаем n=2 (c одной стороны).

Сечение соединяемых элементов следует проверить на срез с учетом ослабления отверстиями под болты, т.е. по площади нетто:

где h и t - соответственно высота и толщина соединительного элемента,

,

где a=2,5d,



,

.



4. Расчет сквозной центрально-сжатой колонны

Центрально-сжатые колонны воспринимают вертикальную продольную силу, приложенную по оси колонны, поэтому все поперечное сечение колонны испытывает равномерное сжатие.

Колонна состоит из трех основных частей: оголовка, стержня и базы. При проектировании центрально-сжатых колонн требуется обеспечить устойчивость колонны относительно главных осей ее сечения.

4.1 Выбор расчетной схемы и типа сечения колоны

Расчетная схема колонны определяется способом закрепления ее в фундаменте и способом прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.

Расчетную длину колонны принимаем равной

где м - коэффициент, учитывающий способ закрепления концов колонны; принимаем по [7, таблица 5.1];

м =1,0;

l - геометрическая длина колонны; принимается равной расстоянию от верха перекрытия до верха фундамента;

где hn - отметка верха настила;

hn=7м;

h1 - заглубление базы колонны ниже отметки чистого пола;

h1 = 0,15 м;

hp - строительная высота перекрытия; при сопряжении в одном уровне балок настила с главной балкой;

м,

где h - высота главной балки;

a1 - выступающая вниз часть опорного ребра;

t - толщина настила;

м,

м.

4.2 Подбор сечения стержня колонны

Стержень сквозной колонны состоит, из двух прокатных двутавров, соединенных между собой планками. Равноустойчивость колонны в обеих плоскостях (х-х и y-y) обеспечиваем раздвижкой ветвей на такое расстояние, чтобы приведенная гибкость ef по свободной оси была не более гибкости колонны по материальной оси (efx). Расчет сечения сквозной колонны ведем относительно материальной оси, а расстояние между ветвями определяем относительно свободной оси. Требуемую площадь сечения центрально-сжатой колонны (при условии обеспечения устойчивости относительно главных осей ее сечения) определим по формуле

где N - сила, действующая на колонну:



;

- коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости колонны,

Ry - расчетное сопротивление материала колонны;

Ry=240 МПа;

Принимаем = 60 и =0,815.

.

Требуемый радиус инерции сечения стержня колонны относительно материальной оси ixтр определяем из формулы ; при этом учитываем, что гибкость относительно материальной оси равна расчетной гибкости

.

По полученным значениям (площадь сечения и требуемый радиус инерции) по сортаменту принимаем подходящий профиль проката.

Принимаем два двутавра №36: A=61,9см2; ix=14,7см; Ix=1338см4; bf=145мм; tf=12,3мм; tw=7,5мм; iy=2,89см; h=360см; Wx=743см3; Iy=516см4.

Проверку устойчивости принятого стержня ведем по формуле

где x - коэффициент, определяемый по действительной гибкости;

Ry - расчетное сопротивление материала колонны;

Ry=240 МПа;

,

Условие (4.4) выполняется.

4.3 Расчет колонны относительно свободной оси

Определяем расстояние между ветвями колонны из условий равноустойчивости колонны в двух плоскостях . Принимаем гибкость ветви 1=30.

Требуемое значение гибкости относительно свободной оси

.

Соответствующий полученной гибкости радиус инерции см. Требуемое расстояние между ветвями см, где - коэффициент зависящий от типа сечения ветвей; =0,6 - для сечения из двух двутавров. Принимаем b=45см (полученное расстояние должно быть не менее двойной ширины полок двутавров плюс зазор, необходимый для оправки внутренних поверхностей стержня, минимальная величина которого равна 100мм), т.е. b>145·2+100=390 мм.

4.4 Проверка сечения относительно свободной оси

Расчетная длина ветви (расстояние между планками в свету)

Гибкость ветви, принятая ранее 1=30, тогда

.

Принимаем .

Принимаем сечение планок и определяем момент инерции планок

Для объединения ветвей колонны назначаем предварительно планки длиной

bпл =a+2?30мм,

где a- расстояние между ветками колонн в свету.

Нахлест принимаем 30 мм с каждой стороны

a = b - bf = 450-145=305мм,

Назначаем толщину планок

tпл> hпл/30=225/30=7,5мм,

tпл> bпл/50=245/50=4,9мм,

Принимаем tпл=8мм.

Собственный момент инерции планок:



.

Определяем геометрические характеристики сечения колонны относительно оси у-у

где Iy1- момент инерции принятого двутавра относительно оси у-у,

.

Радиус инерции сечения стержня относительно свободной оси и гибкость стержня колонны относительно свободной оси вычисляем по формулам

;

Для вычисления приведенной гибкости относительно свободной оси необходимо проверить отношение погонных жесткостей планки и ветви (размеры берем из рисунка 4.1).



Рисунок 4.1 - Стержень колонны с планками

,

,

,

Следовательно приведенная гибкость колонны относительно свободной оси определяем по формуле

,

.

Проверку устойчивости принятого стержня ведем по формуле:

,



.

4.5 Расчет соединительных планок

Планки в центрально-сжатых сквозных колоннах рассчитываем на условную поперечную силу, возникающую при продольном изгибе. Условную поперечную силу следует распределять поровну между планками, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси, относительно которой производится проверка устойчивости (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - К расчету планок

Расчет планок состоит в проверке их сечения и расчете прикрепления их к ветвям.

Условную поперечную силу определим из таблицы 5.2:

.

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани:

.



Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки

;

.

Принимаем катет шва мм.

Определяем, какое из сечений швов по прочности, по металлу шва или по границе сплавления, имеет решающее значение.

При ручной сварке по [4, табл. 55*] принимаем электроды Э50А металл Св-08Г2С, а по типу электродов из [4, табл. 56] устанавливаем значение Rwf=215МПа, Rwun=490МПа. Значения коэффициентов вf=0,7 и вz=1 устанавливаем по [4, табл. 34*]. Вычисляем расчетное сопротивление угловых швов по прочности (по металлу границы сплавления).

МПа.

По наименьшему из произведений =2150,7=150,5МПа или =220,51=220,5 МПа ведем проверку прочности.

Прочность шва, прикрепляющего планку к ветви колонны, проверяем по равнодействующему напряжению от момента и поперечной силы по металлу шва

где и - коэффициенты условий работы сварного соединения, равные 1.



Условие (4.11) выполняется.

4.6 Расчет и конструирование базы колонны

База колонны предназначена для равномерного распределения сосредоточенного усилия от стержня колонны на фундамент. В данной курсовой работе выполняется расчет базы, обеспечивающей шарнирное сопряжение колонны с фундаментом (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - К расчету базы колонны

При небольших расчетных усилиях в колоннах применяются базы с траверсами [1]. Проектирование базы с траверсами начинают с определения размеров плиты в плане. В центрально-сжатых колоннах размеры плиты в плане определяют из условия прочности фундамента



где N - расчетное усилие в колонне на уровне базы;

- коэффициент, принимаемый при равномерном распределении напряжений под плитой;

=1,0;

Apl - площадь опорной плиты;

- расчетное сопротивление бетона смятию, где предварительно принимаем=1,2.

Обычно площадь верхнего обреза фундамента Аf незначительно превышает площадь опорной плиты Аpl, ниже класса С25/30. Расчетное сопротивление бетона С20/25 сжатию соответствует его классу прочности;

.

Ширину опорной плиты назначаем с учетом конструктивных особенностей

где h - высота сечения ветви колонны;

ttr - толщина траверсы, принимаемая конструктивно;

ttr=12 мм;

с - вылет консольной части опорной плиты 90 мм.



Длина опорной плиты

.

По конструктивным соображениям принимаем,.

Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки, опертой на торец колонны, траверсы и ребра. Расчетной нагрузкой на плиту является давление, равное напряжению в фундаменте по контакту с плитой

.

Определим изгибающие моменты в отдельных участках плиты:

Участок 1 - при опирании на 4 канта

где б - коэффициент, зависящий от отношения длины закрепленной стороны пластинки к свободной

.

Интерполяцией получаем коэффициент б [7, таблица 5.4].



;

.

Участок 2 - консольный; отношение b1/a1=0,36/0,125=2,88>2

Участок 3 можно не проверять, т. к. он имеет меньший консольный свес.

По наибольшему из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов определяем момент сопротивления плиты шириной 1 см

а по нему требуемая толщина плиты

Принимаем толщину плиты 30 мм.

Усилие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых определяет высоту траверсы. Если ветви траверсы прикрепляются к стержню колонны четырьмя швами, (каждая ветвь колонны приваривается к траверсе двумя швами), то получить требуемую высоту траверсы можно по формуле

.

Высота траверсы должна быть не менее 300 мм и не более 85·kf·вf=85·6·0,7=0,7 м, где kf=6 мм (по конструктивным соображениям).

Конструктивно принимаем ht=0,7м.

Подобранное сечение траверсы проверяем на прочность по нормальным напряжениям

где М - изгибающий момент в опорном сечении траверсы; определяется как для двухконсольной балки на двух опорах, загруженной равномерно распределенной нагрузкой на траверсу от реактивного давления грунта.

По формуле (4.22) проверяем сечение траверсы на прочность:

.



Условие (4.22) выполняется.

4.7 Расчет и конструирование оголовка колонны

При опирании главных балок на колонну сверху оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Толщину опорной плиты оголовка назначаем конструктивно 20 мм. Нагрузка на колонну передается через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, а плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок (рисунок 4.4). Ребра оголовка привариваем к опорной плите и к стенке колонны. Сварные швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок.

Высоту ребра оголовка определяем требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов не должна быть больше 85·0,7·10=595мм):

Рисунок 4.4 - К расчету оголовка колонны

Принимаем hr=400 мм

Толщину ребра оголовка определяем из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением

где lp - ширина ребра. Принимается равной расстоянию между внутренними гранями стенок ветвей: ;

Rp - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки), принимаем по [7, таблица 5.5]

Rp=336МПа.

Принимаем tr=23мм

Принятую толщину ребра проверяем на срез

где Rs - расчетное сопротивление стали сдвигу.

.

Для сохранения неизменяемости контура поперечного сечения сквозной колонны через 3 м устраиваются жесткие горизонтальные диафрагмы по ее высоте из листа толщиной 10 мм, не менее двух по высоте колонны.

Список литературы

1. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Е.И.Беленя, В.А.Балдин, Г.С.Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И.Беленя.-6-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1985.-560 с.: ил.

2. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. пособие для техникумов/ А.П. Мандриков -2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1991. - 431 с.

3. Металлические конструкции. В 3-х т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов/В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов и др.; Под ред. В.В.Горева.-М: Высш. шк., 1997. - 527 с.

4. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -М.: Стройиздат, 1991. - 96 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 36 с.

6. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Дополнения. Разд. 10. (Прогибы и перемещения)/Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 8 с.

7. Металлические конструкции. Технологическая площадка: методи-ческие указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» - Могилев: ГУ ВПО БРУ, 2008 - 42 с.

Размещено на Allbest.ru