Размещено на http://www.allbest.ru/

Рабочая площадка промышленного здания

По предмету: Металлические конструкции

Содержание

• 1. Исходные данные
• 2. Разработка схемы балочной клетки
• 3. Сбор нагрузок на 1м2 настила
• 4. Расчет балки настила Б3
• 4.1 Расчетная схема
• 4.2 Сбор нагрузок
• 4.3 Статический расчет
• 4.4 Выбор материала
• 4.5 Подбор сечения
• 4.6 Геометрические характеристики сечения
• 4.7 Проверка принятого сечения
• 5. Расчет главной балки Б1
• 5.1 Расчетная схема
• 5.2 Сбор нагрузок
• 5.3 Статический расчет
• 5.4 Выбор материала
• 5.5 Подбор основного сечения
• 5.6 Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристик
• 5.7 Определение места изменения сечения
• 5.8 Проверки принятых сечений
• 5.8.1 По первой группе предельных состояний
• 5.8.2 По второй группе предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации
• 5.9 Проверки местной устойчивости
• 5.9.1 Проверка местной устойчивости
• 5.9.2 Проверка местной устойчивости стенки
• 5.10 Расчет поясных швов
• 5.11 Расчет опорных ребер
• 5.11.1 Конструкция ребер на опорах А и Б
• 5.11.2 Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие
• 5.11.3 Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости, перпендикулярнойстенке
• 5.11.4 Расчет сварного шва, соединяющего опорное ребро по оси Б со стенкой
• 5.12 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах
• 5.12.1 Общие указания
• 5.12.2 Предварительная разработка конструкции
• 5.12.3 Определение места стыка
• 5.12.4 Расчет стыка стенки
• 5.12.5 Расчет стыка пояса
• 5.13Подбор сечения с учетом развития пластических деформаций
• 6. Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке
• 7. Расчет колонны К1
• 7.1 Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет
• 7.2 Подбор сечения и проверка устойчивости колонны
• 7.2.1 Определение сечения ветвей
• 7.2.2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси X-X
• 7.2.3 Установление расстояния между ветвями
• 7.2.4 Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси Y-Y
• 7.3 Расчет соединительных планок
• 7.3.1 Установление размеров планок
• 7.3.2 Определение усилий в планках
• 7.3.3 Проверка прочности приварки планок
• 7.4 Расчет базы
• 7.4.1 Определение размеров плиты в плане
• 7.4.2 Определение толщины в плане
• 7.4.3 Расчет траверсы
• 7.4.4 Расчет дополнительного ребра
• 7.5 Расчет оголовка
• Список литературы

1. Исходные данные

· шаг колоннв продольном направлении…………	L1 = 10,0м,L1= 10,0м;
· шаг колонн в поперечном направлении…………	l1 = 6,8 м,l1=6,8 м;
· отметка настила (пола) площадки…………….....	dн= 8,5м;
· минимальная отметка низа балок, допустимая по условиям размещения оборудования под площадкой…………………………………………	dб= 6,0м;
· нагрузка статическая полезная нормативная……	= 2,00т/м2;
· тип балочной клетки……………………………...	нормальная;
· материал несущих металлических конструкций..	стальмалоуглеродистая;
· материал настила: - монолитный железобетон ………………………	t= 10,0 см;
- цементная стяжка (пол)…………………………	t = 2,5 см;
· материал фундаментов……………………………	бетон класса В12,5;
· климатический район…………………………......	II5 (tрас т? -30?);
· атмосферные и особые нагрузки по п.1.9 [2]……	отсутствуют;
· коэффициент надежности но назначению………	гn = 1,00.

2. Разработка схемы балочной клетки

балка настил опорный

Исходя из принципа концентрации материала располагаем главные балки (балки, опирающиеся на колонны) в направлении большего пролета.

В реальном проектировании шаг балок настила определяется экономическим расчетом (с учетом стоимости железобетонного настила).

Примем шаг балок настила - 2,5 м.

Рис. 1. Схема балочной клетки

3. Сбор нагрузок на 1м2 настила

Сбор нагрузок выполнен в таблице 1.

Таблица 1

Нагрузка на 1м2 настила

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка gн, т/м2	Коэффициент надежности по нагрузкегf	Расчетная нагрузка g=gн·гf, т/м2
1. Постоянная
Собственный вес цементной стяжки: толщина -t = 0,025 м; плотность - г = 2,2 т/м3		1,3	0,071
Собственный весжелезобетоннойплиты:толщина -t = 0,1 м; плотность - г = 2,4 т/м3		1,1	0,264
2. Временная
Полезная		1,2	2,4
Итого:	gн=2,3		g=2,735

Примечания:

1. Коэффициенты надежности по нагрузке (коэффициенты перегрузки) принимаются по табл.1[2].

2. Коэффициентнадежностипоназначениюгnпринят равным 1 (в соответствии с исходными данными).

4. Расчет балки настила Б3

4.1 Расчетная схема

Расчетная схема балки Б3 с эпюрами внутренних усилий

Рис. 2.Расчетная схема балки Б3 с эпюрами внутренних усилий

4.2 Сбор нагрузок

Грузовая площадь балки настила Б3 показана на рис. 2. Нагрузка на 1 пог.м балки:

а)нормативная

,

где нагрузка от собственного веса 1 пог.м балки принята ориентировочно qс.в.=0,1т/пог.м;

б) расчетная

,

где - коэффициент надежности по нагрузке [2,4].

4.3 Статический расчет

Максимальный расчетный изгибающий момент (в середине пролета)

Максимальный нормативный изгибающий момент

Максимальная расчетная поперечная сила (на опоре)

4.4 Выбор материала

По таблице 50 [1] для балок перекрытий, работающих при статических нагрузках при отсутствии сварных соединений (группа 3) в условиях климатического района II5выбираем сталь С245 (ГОСТ 27772-88). Ориентировочно принимаем, что толщина полки прокатной балки (двутавра)

(Рис. 3)



Рис. 3.Фрагмент сечения балки

По таблице 51 (с. 60 [1]) для стали С245при мм расчетное сопротивление по пределу текучести Ry=2450 кг/см2.

4.5 Подбор сечения

В соответствии с формулой (39) [1] требуемый момент сопротивления

,

где коэффициент условий работы по таблице 6 [1];

коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций и определяемый по пункту 5.18 [1].

В данном случае в месте действия и в непосредственной близости от него ф<0,5Rs; тогда в соответствии с формулой (42) [1] с1=с, где сопределяется по таблице 66 [1] в зависимости от отношения площадей сечений полки (пояса) и стенки Af/Aw.

Принимаем ориентировочноAf/Aw=0,75 , тогда с использованием линейной интерполяции с1=с=1,095. Наиболее рационально применять тонкостенные высокие "нормальные" двутавры с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 с буквой "Б" в обозначении (балочные). Во всех случаях критерием для выбора служит минимальная площадь поперечного сечения при выполнении условияWx? Wxтр.

Принимаем I 50Б1 (нормальный) с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 с моментом сопротивления Wx=1520см3>Wxтр=1495см3.

4.6 Геометрические характеристики сечения

h=495,6 мм, b=200 мм, tw=8,4мм, tѓ=12,2мм, r=20 мм

A=91,8см2, Ix= 37670 см4, Wx=1520см3>Wxтр=1495 см3

Линейный вес составляет 72,1кг/м

Высота стенки hw=h-2tѓ=495,6-2•12,2=471,2мм

Расчетная высота стенки heѓ=hw-2r=471,2-2•20=431,2мм

Условная гибкость стенки

,

Aѓ=tѓ•b=1,22•20=24,4см2

Aw= tw•hw=0,84•47,2=39,6см2

Aѓ/ Aw=24,4/39,6=0,62

Геометрические характеристики сечения представлены на рис. 4.



Рис. 4.Сечение балки

4.7 Проверка принятого сечения

1. Проверка прочности (I группа предельных состояний) осуществляется по пункту 5.18 [1].

В пролете: условное нормальное напряжение при упругой работе балки (Wey=c1Wx) (рис.5, а)

.

Недонапряжение:

Определить с1=сможно с помощью линейной интерполяции по табл. 66 [1] или более точно по формуле

где - минимальная относительная высота упругой зоны (рис. 5 б), соответствующая максимальной остаточной деформации [1].

Рис. 5. Эпюры напряжений в сечении балки Б3

Примечания:

1. Разница между фактическим весом 1м балки (72,1кг) и его значением, принятым предварительно (100 кг) составляет всего 0,4% от полной нагрузки q на балку: ,поэтому уточнения величины q не производим.

2.Недонапряжение составляет менее 5%, следовательно проверять номер двутавра не нужно.

3. Недонапряжение в нашем случае меньше величины (с1-1)100% = 10,2% ; следовательно, балка будет работать в упругопластической стадии, и фактическая величина относительной высоты упругого ядра оф1 (рис. 5,в). Значение офможно найти по формуле 6[5]:

где фактический коэффициент учета упругопластических деформаций



На опоре при этажном сопряжении:

;

при сопряжении в одном уровне:

.

Здесь: (табл. 6 [1]),;

0,8 - коэффициент, учитывающий ослабление болтами при сопряжении балок настила и главной балки в одном уровне.

2. Так как , местную устойчивость стенки можно не проверять.

3. Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом.

4. Проверка деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных состояний):

,

где определяется по таблице 40[1].

5. Расчет главной балки Б1

5.1 Расчетная схема

Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий представлена (на Рис. 6). Учитывая малую величину распределенной нагрузки от собственного веса балки, принимаем упрощенную расчетную схему (рис. 6).

Рис. 6. Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий

5.2 Сбор нагрузок

,

гдекоэффициент1,02учитывает собственный вес главной балки.

5.3 Статический расчет

При симметричной нагрузке (в нашем случае)

Проверим величину Mmax. Считаем нагрузку распределенной, тогда погоннаянагрузка на балку

где1,04 - коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки и балок настила.

что близко к более точному значениюMmax=240,7 тм и свидетельствует об отсутствии грубых ошибок при его вычислении.

Qmax=Ra-0,5P=1,5P=1,5•48,14=72,21 т

Эпюры Q и M даны на рис. 6.

5.4 Выбор материала

По таблице 50 [1] для сварных балок перекрытий, работающих при статических нагрузках (группа 2) в условиях климатического района II2выбираем сталь С245 (ГОСТ27772-88).

Ориентировочно принимаем, что толщина полки .

По таблице 51 (с. 60 [1]) для стали С245при расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести Ry=2450 кг/см2.

5.5 Подбор основного сечения

Вначале производим расчет без учета пластических деформаций.

1. Требуемый момент сопротивления сечения:

.

2. Задаемся гибкостью стенки

.

Рекомендуется предварительно принимать .

3. Оптимальная высота балки, при которой площадь сечения будет минимальной,

.

В нашем случае, для балки переменного сечения оптимальная высота (при которойобъем балки будет минимальным)

.

Минимальная высота балки (при которой балка отвечает требованиям жесткости при полном использовании прочностных свойств материала):

,

где = определяется по таблице 40[1]; (см. п. 4.2)

Максимальная высота (при которой отметка низа балкиdд=dдmin)при этажном сопряжении главных балок и балок настила (см. рис. 7а).

Рис. 7. Сопряжение балок Б1 и Б3

,

где максимальная строительная высота перекрытия:

.

Если hопт,следует принять этажное сопряжение.

У нас?hопт=118 см, следовательнопринимаем этажное сопряжение.

Принимаем hб=hопт=118 см.

Высота стенки

Принимаем кратно модулю 5 см.

4. Толщина стенки с учетом принятой гибкости:

.

По условиям коррозионной стойкости .

По условию прочности в опорном сечении при работе на сдвиг:

,

где .

Принимаем стенку из прокатной широкополосной универсальной стали (ГОСТ 82-70*), если , или из толстолистовой стали (ГОСТ 199-74*), если , так, чтобы это значение удовлетворяло всем вышеуказанным требованиям. По сортаменту из этих стандартов t=6,7,8,9,10,11,12,14….мм

Окончательно принимаем стенку из толстолистовой стали толщиной (ближайший размер по сортаменту к величине , найденной из условиясохраненияпредварительно принятой гибкости (), при выполнении условийкоррозионной стойкости и прочности).

Таким образом сечение стенки:

5. Требуемая площадь пояса из условия прочности

.

Приравнивая из-за его малой величины и выражая из формулы ,получим

.

Проверяем найденное значение исходя из суммы площадей элементов сечения

.

.

Сечение пояса принимаем по (ГОСТ 82-70*). Приведем ряд значений "b" и "t" по сортаменту из этого стандарта:

b=180,190,200,210,220,240,250,260,280,300,320,340,360,380,400,420,450,480,500,530,560….мм; t=10,11,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,40….мм.

Необходимо соблюдать следующие требования:



1. При изменении сечения по ширине (см. рис. 8, а); при изменении сечения по толщине (см. рис. 8, б)

2. По условию местной устойчивости

при изменении сечения по ширине;

при изменении сечения по толщине

Рис. 8. Изменение сечения балки Б1:

а - по ширине поясов; б - по толщине поясов

.

3. Величина должна соответствовать предварительно выбранному диапазону толщин (см. п. 5.4). В случае невыполнения последнего условия следует заново определить и уточнить подбор сечения балки.

Принимаем изменение сечения пояса по ширине. Назначаем , тогда

.

Принимаем (ближайший больший размер по сортаменту из ГОСТ 82-70).

При этом удовлетворяются все вышеуказанные условия:

· 115/5=23 см <=36 см <115/2,5=46 см

· =36 см 30 см

· =36 см <

·

· соответствует диапазону 1,1 - 2,0 см

При назначении размеров и рекомендуется рассмотреть несколько вариантов и выбрать такой вариант, при котором величина минимальна. Окончательные размеры основного сечения:

Стенка-;

Пояс-.

4. Геометрические характеристики основного сечения:

.

; ;

;

;

,

гдепринимается для материала пояса.

Момент инерции стенки:

.

Момент инерции поясов:

.

z=.

Момент инерции основного сечения:

.

Момент сопротивления основного сечения:

.

5.6 Назначение размеров измененного сечения.Таблица геометрических характеристик

В нашем случае ширина измененного сечения:

.

Принимаем (см. выборку из ГОСТ 82-70* в п. 5.5). Окончательные размеры измененного сечения:

Стенка-;

Пояс-.

Геометрические характеристики измененного сечения:

;

; ;

.

Статический момент пояса:

.

Статический момент половины сечения:

;

;

.

Момент инерции измененного сечения

.

Момент сопротивления основного сечения(табл. 2)

.

Геометрические характеристики сечений (рис.9)

Таблица 2

Сечение									,
Основное	72	115	247,5	4,36	-	114•103	493•103	607•103	9824,5
Измененное	40	115	183,5	4,36	2340	114•103	274•103	388•103	6521

Рис. 9. Сечение балки Б1:

а - основное; б- измененное

5.7 Определение места изменения сечения

Предельный изгибающий момент для измененного сечения в месте стыкового шва:

,

где - расчетное сопротивление сварного стыкового шва сжатию, растяжению, изгибу по пределу текучести.

Используем полуавтоматическую сварку и физические методы контроля качества шва, тогда==2450 кг/см2 (см. табл. 3[1]).При отсутствиифизических методов контроля качествашва=.

По эпюре изгибающих моментов (см. рис. 6) определяем, что сечения с изгибающим моментом равным 160 тм, находятся в “I” и “IV” отсеках (за отсек принимается участок балки между сосредоточенными силами).

Найдем положение этих сечений относительно опор А и В (Xлев и X пр). Уравнение изгибающего момента для IIотсека:

,

;

м.

Аналогично находится величина Xпр (см. рис. 6). В нашем случае, при симметричной нагрузке на балку Xлев = Xпр=1,65 м.

Убедимся, что эти сечения отстоят от ближайших ребер (границ отсеков) не меньше чем на 10tw:

1,65=165 см>10•0,9=9 см.

5.8 Проверки принятых сечений

5.8.1 По первой группе предельных состояний

1. Проверка прочности основного сечения по нормальным напряжениям в месте действия максимального момента (рис. 10,а):

.

Рис. 10. Эпюры напряжений в сечениях балки:

а - нормальные напряжения в середине пролета;

б - касательные на опоре;

в - нормальные и касательные в месте изменения сечения

2. Проверка прочности измененного сечения по касательным напряжениям на опоре (рис. 10,б):

.

Проверка прочности измененного сечения по приведенным напряжениям в месте изменения сечения (рис. 10,в) согласно п. 5.14 [1]:

Здесь у и ф определяются соответственно по М и Q в месте изменения сечения.

Коэффициент 1,15 учитывает развитие пластических деформаций:

;

;

.

3. Проверка общей устойчивости балки.

Проверяем условие (37) пункта 5.16 [1] для участка главной балки между балками настила:

,

(см. рис. 10),

расчетное сопротивление для материала пояса.

;

12,5 <15,8.

5.8.2 По второй группе предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации

(0,9 - коэффициент, учитывающий уменьшение жесткости балки вследствие перемены сечения).

5.9 Проверки местной устойчивости

5.9.1 Проверка местной устойчивости

По пункту 7.24 [1] местная устойчивость обеспечена, если:

,

где - величина неокаймленного свеса.

В нашем случае:

устойчивость пояса обеспечена.

5.9.2 Проверка местной устойчивости стенки

Расстановка ребер жесткости (см. пункт 7.10 [1]). Предусматриваем парные поперечные (вертикальные) ребра в местах опирания балок настила и на опорах (см. рис. 11).

Рис. 11. Схема расстановки ребер жесткости по длине балки

При этом расстоянияaмежду ними не должны превышать 2hef при
и 2,5hef при . В нашем случае приa=125 см < 2hef =2•115=230 см.

Определение размеров промежуточных ребер (см. пункт 7.10 [1]).

Требуемая ширина

(см. рис. 12).

Принимаем

Требуемая толщина ребра:

Рис. 12

При сопряжении в одном уровне минимальные размеры ребра:

Принимаем

Проверка местной устойчивости стенки (см. пункты 7.1,7.4, 7.6 [1]). Проверка местной устойчивости требуется при и выполняется по формуле:

.

По таблице 6 [1]

,

где Q- среднее значение поперечной силы на расчетной длине отсека . При расчетная длина (в пределах наиболее напряженного отсека), при .В случае, когда балка меняет сечение в пределах проверяемого отсека максимальное нормальное сжимающее напряжение в стенке: (или ), где M- средняя величина моментав пределах расчетной длины отсека. В случае, когда балка меняет сечение в пределахдля упрощения расчета и в запас, можно считать, что, где М -момент в месте изменения сечения.

Критические напряжения и определяются в соответствии с п. 7.4 [1].

Проверка устойчивости в I-ом отсеке

Так как в нашем примере сечение балки в отсеке Iпостоянно(), то M и Qдолжны быть вычислены на расстоянии

.

(см. рис. 6).

;

;

.

Вычислим критические напряжения для I отсека по формуле 75[1]:

,

где - принимается по таблице 21 [1] и меняется от 30 до 35,5.

Для упрощения расчета и в запас можно принять.

).

Здесь м- отношение большей стороны отсека к меньшей, в данном случае: ;

.

Здесь d- меньшая из сторон отсека (в данном случае d=115 см)

Проверяем устойчивость по формуле 74[1]:

.

Местная устойчивость стенки в I-м отсеке обеспечена.

Проверка устойчивости в II-ом отсеке

В нашем случае во II-м отсеке балка меняет сечение. В месте изменения сечения максимальное нормальное напряжение в стенке (рис. 13):

(см. рис. 6).

Среднее касательное напряжение

рис. 13

Так как рассчитываемый отсек имеет те же размеры, что и отсек I, считаем, что критические напряжения имеют те же значения.

Тогда:

.

Местная устойчивость стенки в II-м отсеке обеспечена.

Проверка устойчивости в III-м отсеке.

Устойчивость в этом отсеке обеспечена, так как значениебудет близким к во II-м отсеке, а величина будет меньше.

Устойчивость стенки в крайних отсеках справа следует проверять при несимметричном загружении главной балки.

5.10 Расчет поясных швов

Расчет производится согласно пункту 11.16 [1] по формулам:

1) по металлу шва (сечение 1-1 рис. 14);

2) по границе сплавления (сечение 2-2 рис.14).

В нашем случае по пункту 12.8[1] катет шва ;

по табл. 38[1]

Принимаем минимальное возможноезначение .

Рис. 14. Расчетные сечения поясных швов

По табл. 38[1] для автоматической сварки в "лодочку" и при диаметре проволоки d=1,4-2 мм и для катета шва коэффициенты учитывающие форму поперечного сечения шва, составляют ; .

В соответствии с пунктом 11.2 [1] коэффициенты условий работы шва

.

Принимаем материалы для сварки по табл. 55 [1] для района II5 2-ой группы конструкций стали ВСт3пс - флюс АН-348-А (по ГОСТ 9087-81)и сварочную проволоку СВ-08А (по ГОСТ 2246-70*).

По табл.3 [1] расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва:

,

где нормативное сопротивление шва по временному сопротивлению принимается по табл. 4 [1], а коэффициент надежности по материалу шва определяется по табл. 3 [1] (примечание 3).

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления (по табл. 3 [1]) где временное сопротивление стали принимается по табл. 51 [1] для менее толстого листа, так как его прочность меньше.В соответствии с пунктом 11.2 [1] проверим условие:

(*) ;

Условие (*) выполняется, следовательно материалы для сварки выбраны правильно. Проверим прочность по металлу шва:

гдесдвигающее усилие на единицу длины:

.

Таким образом, прочность по металлу шва обеспечена.

Учитывая выполнение условия(*)и положительный результат проверки прочности по металлу шва, можно сделать вывод, что при расчет прочности по металлу границы сплавления даст заведомо положительный результат.

5.11 Расчет опорных ребер

5.11.1 Конструкция ребер на опорах А и Б

Сечения опорных ребер представлены на рис. 15.

Рис. 15. Расчетные сечения опорных ребер

5.11.2 Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие

Требуемая ширина ребра на опоре по оси А (см. рис. 15):

.

Принимаем (кратно 5мм). Длина площадки смятия ребра

.

Требуемая толщина этого же ребра из условия прочности на смятие:

.

Здесь - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности при наличии пригонки. По табл. 1 [1] , где- временное сопротивление стали разрыву, принимаемое по табл. 51 [1], а- коэффициент надежности по материалу, определяемый по табл. 2 [1].

В нашем случае.

Принимаем(по сортаменту широкополоснойуниверсальной сталисм. пункт 5.5, д).

Назначаем для ребра по оси"Б" такую же толщину , а ширину , тогда площадь смятия для ребра по оси "Б" будет больше чем по оси "А" (см. рис. 16), и прочность на смятие будет заведомо обеспечена.

5.11.3 Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости, перпендикулярнойстенке

В расчетное сечение условной стойки включается сечение ребра части стенки шириной 2S на опоре по оси А и S на опоре по оси "Б".Наразрезах 1-1 и 2-2 расчетные сечения выделены штриховой (см. рис. 15):

.



рис. 16

Проверяем устойчивость ребра по оси Б, так как в этом случае расчетное сечение имеет меньшую площадь. Расчетная схема условной стойки представлена на рис. 16.

;

;

(по табл. 72 [1]),

5.11.4 Расчет сварного шва, соединяющего опорное ребро по оси Б со стенкой

По табл. 34 [1] принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой диаметром d<1,4 мм при нижнем положении шва, тогда коэффициенты, учитывающие форму поперечного сечения шва:

В соответствии с пунктом 11.2 [1] коэффициенты условий работы шва:

.

По табл. 55 [1] для района II5 2-ой группы конструкций и стали ВСт3пс принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70*. По табл. 3 [1] расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва:

где нормативное сопротивление шва по временному сопротивлению принимается по табл. 4 [1], а коэффициент надежности по материалу шва определяется по табл. 3 [1] (примечание 3).

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления (по табл. 3[1])гдевременное сопротивление стали принимается по табл. 51 [1] (для стали ВСт3пс6-1 по ТУ 14-1-3023-80 при толщине листа 11-20 мм).В соответствии с пунктом 11.2 [1] проверимусловие:

(*) ; .

Учитывая выполнение условия (*), а также то, чтотребуемую высоту катета шва следует определять по величине :

Принимаем =0,8 см>.

При этом=0,8 см > по табл. 38[1] при

и по п. 12.8 [1].

5.12 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

5.12.1 Общие указания

При определении места стыка следует исходить из предположения, что по условиям транспортировки балка должна быть разделена на две отправочные марки, так, чтобы разница их длин была минимальной. Тогда местоположение стыка определится по несущей способности сечения, ослабленного отверстиями под болты.

5.12.2 Предварительная разработка конструкции

При высоте балки hб=0,9+1,9 м рекомендуется применять следующие диаметры высокопрочных болтов: 16, 20, 24мм. Площади сечений неттоAбn этих болтов соответственно равны 1,57; 2,45 и3,52см2по табл. 62 [1]. Принимаем предварительно dв=20 мм.

Диаметр отверстия под болт:d= dв+3=23 мм .

Из конструктивных соображений и унификации толщина каждой из двух накладок для стенки tн принимаются равной толщине стенки tw. Размеры накладок по ширине и длине должны быть минимальными. Размещение болтов производится с учетом допустимых минимальных и максимальных расстояний между центрами болтов и от центра болта до края элемента в соответствии с табл. 39 [1]. При этом расстояние следует округлять до 5 мм в большую или меньшую сторону (для минимальных и максимальных расстояний соответственно).

Зазор между отправочными марками принимаем равным 10мм (см. рис. 17). Число вертикальных рядов в стенке по одну сторону от стыка n=2, минимальное расстояние между ними 2,5d=2,5•23=57,3 ? 60 мм; расстояние от края стенки или накладки доближайшегоряда 1,3d=1,3•23=29,9 ? 30 мм.

Рис. 17. Конструкция стыка

Шаг болтов по вертикали обычно составляет (4-6)d=92-138мм;принимаем его равным 100мм (кратным 10мм).При этом расстояние с между крайним болтом в вертикальном ряду и внутренней гранью пояса должно находиться в пределах 60-120 мм. В нашем случае с=100 мм.

Толщина накладок в поясе должна быть больше 0,5tf. Расстояние между внутренними накладкамиПлощадь сечения накладок должна быть неменьше площади пояса.

Для пояса следует принять четырехрядное расположение болтов, а если четыре ряда не размещаются в соответствии с требованиями табл. 39 [1] (в случае узкого пояса) - шахматное или двухрядное расположение болтов.

Принимаем четырехрядное расположение болтов.

5.12.3 Определение места стыка

Момент инерции ослаблений (отверстиями) сечения пояса:

.

То же сечения стенки:

,

(размеры показаны на рис. 17).

Момент инерции ослаблений всего сечения:

.

Момент инерции ослаблений сечения с учетом ослаблений (нетто):

.

Так как величина, то в соответствии с п. 11.14 [1]условный момент инерции сечения нетто:

.

Условный моментсопротивления:

Предельный изгибающий момент в месте монтажного стыка:

По эпюре изгибающих моментов (рис. 6) определяем, что сечения с изгибающим моментом, равным предельному (224 тм), находятся во II-м и III-м отсеках. Принимаем, что стык будет во II-м отсеке.Из уравнения MIIдля II-го отсека определимположение стыка (Хст):

MII =(.

1,5P.

.

Расстояние от оси стыка до ближайшего поперечного ребра жесткости должно быть не менее 0,5 м. В противном случае следует уменьшить величину Xст.

Проверяем: 5-4,31=0,69>0,5 м.

Окончательно принимаем стык на расстоянии от левой опоры.Внутренние усилия в месте стыка: .

5.12.4 Расчет стыка стенки

Момент, воспринимаемый стенкой:

,

момент инерции стенки с учетом ослаблений (нетто).

Поперечная сила, воспринимаемая стенкой,

.

Усилие, приходящееся на крайний болт вертикального ряда от момента

,

То же от поперечной силы :

где m - число болтов в вертикальном ряду.

Суммарное усилие, приходящееся на крайний болт вертикального ряда,

Предельное усилие многоболтового соединения, приходящееся на один болт в соответствии с п. 11.13 [1],

Здесь - наименьшее временное сопротивление материала болта разрыву. По табл. 61 [1] можно принять одну из следующих марок стали для высокопрочных болтов: 40Х «Селект» и 30ХЗМФ с величиной и 13500 кг/см2соответственно.

Примем наименее прочную сталь (и более дешевую) 40Х «Селект»:

количество плоскостей трения;

коэффициент условия работы соединения при количестве болтов больше 10 (п. 11.13);

коэффициент трения, принимаемый по табл. 36 [1] в зависимости от способа обработки соединяемых поверхностей и равный 0,5; 0,42; 0,35 и 0,25 при металлизации цинком, при газопламенном способе, очистке стальными щетками и без всякой обработки соответственно;

Принимаем газопламенный способ обработки.

коэффициент условия работы балки в месте стыка на высокопрочных болтах (табл. 6, примечание 4 [1]);

коэффициент надежности при газопламенном способе обработки и при регулировании натяжения болтов по моменту закручивания(табл. 36 [1]);

Прочность соединения стенки обеспечена.

5.12.5 Расчет стыка пояса

Определение числа болтов в стыке пояса.

Момент, воспринимаемый поясами:

Продольное усилие в поясе:

Требуемое число болтов (по одну сторону от оси стыка):

Принимаем 14 болтов (четное число, большее, чем ).

Проверка прочности накладок.

Пусть толщина накладок в поясе

Ширина наружной накладки

Ширина внутренней накладки должна быть не больше чем:

Принимаем bн=150 мм (кратно 10мм), тогда

Площадь сечения накладок:

Прочность накладок обеспечена.

Окончательно принятую конструкцию монтажного стыка показываем на рис.17.

5.13 Подбор сечения с учетом развития пластических деформаций

Согласно п. 5.18 [1] расчет на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали с , несущих статическую нагрузку, следует выполнять с учетом развития пластических деформаций при обеспечении общей устойчивости (п. 5.20), местной устойчивости стенки (п. 7.5) и пояса (п. 7.24), при укреплении стенки поперечными ребрами по(п. 5.21).Для балок переменного сечения должны быть выполнены требования (п. 5.19). При изгибе в одной из главных плоскостей при фрасчет производится по формуле (39) [1]: где наибольшеезначениесоответствует относительной высоте упругого ядра: о=2d/При этом максимальная остаточная деформация: е=3Ry/Е; полная: е=5Ry/Е.Величина сменьше значений, соответствующих пластическому шарниру (о=0) всего на 0,20,8%. Значения с даныв табл. 66 [1] при или определяются по формуле (6) работы [5]. При наличии неблагоприятных факторов (зоны чистого изгиба, больших касательных напряжений и гибкости стенки) высота упругого ядра должна быть увеличена, а значение c1, соответственно уменьшено.

6. Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке

Этот расчет выполнять не следует, т.к. в п. 5.5 принято этажное сопряжение (если hопт,следует принять этажное сопряжение.У нас >hопт=118 см.)

7. Расчет колонны К1

7.1 Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет

Нагрузка на колонну может быть определена как сумма опорных давлений главных балок, опирающихся на колонну.

В нашем случае

,

где 1,005 коэффициент, учитывающий вес колонны. Проверим (приближенно) значение , определяя нагрузку через грузовую площадь:

где 1,04 коэффициент, учитывающий вес балок и колонны;

расчетная нагрузка на 1 м2 (см. п.3).

Определим отметку верха колонны.

В нашем случае при этажном сопряжении:

Здесь отметка настила (пола) площадки (см. п. 1);

принятые ранее (см. п. 3) толщины стяжки и железобетонной плиты;

высота сечения главной балки (см. п. 5.5);

высота сечения балки настила (см.п. 4.6)

0,015 величина выступа опорного ребра главной балки.

Длина колонны:

где отметка низа колонны. Ориентировочно можно принять 0,4 м (эта отметка должна быть уточнена при конструировании).

Расчетная схема колонны представлена на рис. 18.

Расчетные длины относительно обеих главных осей:

рис. 18

7.2 Подбор сечения и проверка устойчивости колонны

7.2.1 Определение сечения ветвей

Принимаем сквозную колонну из двух прокатных швеллеров, соединенных планками (см. рис. 19).



Рис. 19. Конструктивное решение колонны К1

Марку стали назначаем по табл. 50 [1]. Колонна относится к 3-й группе конструкций. Принимаем сталь С245 по ГОСТ 27772-88. По табл. 51 [1] для фасонного проката из выбранной стали при толщине 2-20 мм Ry=2450 кг/см2.Tак как ослабления в колонне отсутствуют ( An=A),расчетна прочностьпо формуле 5 [1] не требуется; определяющим является расчет на устойчивость по п. 5.3 [1].

Находим сечения ветвей из расчета на устойчивость относительно материальной оси X-X.

Задаемся гибкостью (). Тогда по табл. 72 [1] ( можно также определить по формулам п.5.3 [1]). Требуемая площадь сечения одного швеллера (одной ветви):

Здесь по табл. 6[1].

Требуемый радиус инерции:

.

По сортаменту (ГОСТ 8240-72) принимаем швеллер №36:

Ав=53,4 см2; ix=14,2 см; bf=11 см; Iy1=513 см4; iy1=3,1 см;

z0=2,68 см;tw=0,75 см; tf=1,26 см.

7.2.2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси X-X

где 120- предельноезначение гибкости, определяемое по табл. 19 [1], по табл. 72 [1] находим (по интерполяции). Значение ??можно также определить по формуле в соответствии с п. 5.3 [1].

.

при 0<<2,5

;

у=.

Недонапряжение .

Окончательно принимаем 2 швеллера №36.

7.2.3 Установление расстояния между ветвями

В основу расчета положено требование равноустойчивости:

где приведенная гибкость колонны относительно свободной оси Y-Y.

По табл. 7 [1]

; отсюда (*),

где гибкость ветви относительно оси Y-Y. При этом должно соблюдаться условие , т.к. в противном случае возможна потеря устойчивости колонны в целом. Отсюда из выражения (*) следует, что

Принимаем, тогда

Требуемый радиус инерции

.

Требуемое расстояние между центрами тяжести ветвей

Требуемая ширина колонны



Проверим полученный результат определив по приближенной формуле

где б коэффициент, зависящий от формы сечения.

Принимаем bк=46 (больше и кратно 1 см). Зазор между ветвями d не должен быть менее 10см. В нашем случае

Оставляем принятый размер bк=46 см; с=bк=4622,68=40,64 см.

7.2.4 Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси Y-Y

;

;

л=.

Приведенная гибкость относительно свободной оси Y-Y:

.

При этомследовательно, устойчивость относительно оси Y-Y можно не проверять так как ??y>??x (??y=0,87 определен по табл. 72 [1] по гибкости ).

7.3 Расчет соединительных планок

7.3.1 Установление размеров планок

Принимаема=25см.

Длина планки принимается такой, чтобы края планки заходили на полки швеллера на 30-40 мм:

Чтобы избежать выпучивания, должны быть удовлетворены условия:

Формула, использованная выше для определения справедлива, если выполняется условие: (табл. 7[1]),где

Требуемое расстояние между планками вычисляется по принятой ранее гибкости ветви :



Окончательное расстояние между планками устанавливается при конструировании стержня колонны, оно должно быть равно или менее.

Требуемое расстояние между осями планок:

Следовательно, .

7.3.2 Определение усилий в планках

Планки рассчитываются на условную фиктивную поперечную силу (п. 5.8 [1]):

где коэффициент, принимаемый равным меньшему из двухзначений:

и

где меньший из коэффициентов.

В нашем случае ; .

Таким образом, ,

Приближенно (и в запас) величина может быть определена с помощью интерполяции в зависимости от предела текучести :

В нашем случае при(табл. 51 [1]),

Поперечная сила, действующая в одной плоскости планок:

Сила, срезывающая одну планку:

Момент, изгибающий планку в ее плоскости:

7.3.3 Проверка прочности приварки планок

Предусматриваем использование ручной сварки при изготовлении колонны. Принимаем, что планки прикрепляются к полкам швеллеров угловыми швами с высотой катета kѓ=8 мм <tc заводкой швов за торец на20 мм.

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления:

По табл. 55 [1] принимаем для района II5 сталь ВСт3пс6, электроды марки Э42 (ГОСТ9467-75).

Определяем все величин, необходимые для расчета:

вѓ=0,7; вz=1,0 (табл. 34 [1]);

гwѓ=гwz=1,0 (п. 11.2 [1]);

Rwѓ=1850кг/см2(табл. 56 [1]);

Rwz=0,45Run=0,453700=1665 кг/см2,

где временное сопротивление Runпринято потабл. 51[1] для проката толщины 1120 мм (у нас tѓ=12,6 мм).

Проверяем условие, приведенное в пункте 11.2 [1]:

1,1<

Так как условие выполняется, расчет следует производить только по металлу шва.

Напряжения в шве (в расчете учитываются только вертикальные швы):

;

;

Уменьшаем kѓ до 5 мм, тогда

.

Окончательно принимаем kѓ= 5 мм. Прочность самих планок заведомо обеспечена, т.к. толщина планки превышает величинуkѓ. Используем определенные здесь характеристики швов для расчета базы и оголовка.

7.4 Расчет базы

7.4.1 Определение размеров плиты в плане

Сначала необходимо определить расчетное сопротивление смятию бетона фундамента:

где:площадь верхнего обреза фундамента; площадь плиты (вначале расчета можно приближенно принять);призменная прочность (для бетона класса В12,5

Таким образом,

Требуемая площадь плиты:



Ширина плиты принимается конструктивно (см. рис. 20):

с

Требуемая длина плиты:

Требуемая длина плиты из конструктивных соображений:

где величина a принимается 100200 мм, для размещения "плавающей" шайбы под гайки фундаментных болтов. Принимаем (и кратна 1см).

7.4.2Определение толщины в плане

Плита работает на изгиб как пластинка, опертая на траверсы и торец стержня и нагруженная равномерно распределенным (условно) реактивным давлением фундамента:

.

Определим максимальные моменты для отдельных участков плиты (полосы шириной 1см).

I участок. Плита работает как пластинка, опертая по контуру:

где коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны участка a к более короткой b (табл.3).

Таблица 3

Значения коэффициента

a/b	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1
	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,1	0,125

В данном случае:

II участок. Плита работает как пластинка, опертая по 3 (см. рис. 20).

где коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны a1 к незакрепленной b1(табл. 4).

рис. 20

Таблица 4

Значения коэффициента

a/b	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1
	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,1	0,125

Если то плита проверяется как консоль вылетом "a1",тогда: .

III участок. Плита работает как консоль.

Принимаем для плиты по табл. 50 [1] сталь С235 (ГОСТ 27772-88) при t=2140 мм, тогдаRy=2250 (табл. 51 [1]).

Требуемая толщина плиты:

Принимаемtпл=40 мм>

7.4.3 Расчет траверсы

Требуемая высота траверсы определяется необходимой длиной каждого из четырех швов, соединяющих ее с ветвями колонны. При kѓ= 1,0 см < 1,2tтрав = 1,21,0=1,2 см.

Принимаем hтрав=39 см (кратно 1 см и не меньше ).

Произведем приближенную проверку траверсы по прочности.

Нагрузка на единицу длины одного листа траверсы:

Изгибающий момент и поперечная сила в месте приварки к колонне:

Момент сопротивления сечения листа:

Проверка прочности:

у=

.

7.4.4 Расчет дополнительного ребра

Требуемая толщина плиты:

не превышает 4 см,

дополнительное ребро не требуется.

Принятаяконструкциябазы

показана на рис. 21.

Рис. 21. Конструкция базы

7.5 Расчет оголовка

Конструктивно принимаем и kѓ=1 см (то же значение что и для траверс). Высота диафрагмы из условия прочности сварных швов:

.

Принимаем hg=39 см. Требуемая толщина диафрагмы из условия прочности торца на смятие:

где - см. п. 5.11.2; см. п. 5.6.

Требуемая толщина из условия прочности на срез:

,

где1421 кг/см2(см. п. 5.5, 4).

Принимаем tg=2,2 см >

Толщина планок, к которым крепится диафрагма,

tпл

Принимаем tпл=12 мм.

Принятая конструкция оголовка показана на рис. 22



Рис. 22. Конструкция оголовка

Список литературы

1. СНиП II 23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 2003 г. 96с.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.-М.: Изд-во ЦИТП Госстроя СССР, 2003.

3. Металлические конструкции: учебник длявузов/[Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2006 - 688 с.

4. Металлические конструкции:в 3 томах. Т.1. Элементы стальных конструкций./под редакцией В.В. Горева, - 1997.

5. Лапшин Б.С. К расчету балок в упругопластической стадии по СНиП II-23-81*.-в кн.: Металлические конструкции и испытания сооружений /Б.С. Лапшин// Межвуз.темат. сб. тр. - Л.: ЛИСИ, 1984., с. 68-75.

6. СП 53-102-2004. Общие правила проектирования стальных конструкций.

7. Рабочая площадка промышленного здания: метод. указания / сост.: Л.И. Горданов, Б.С. Лапшин, П.А. Пяткин, И.В. Астахов; СПбГАСУ.-СПб., 2012. - 43 с.

Размещено на Allbest.ru