Расчет металлической балочной клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

80

1. Компоновка балочной клетки

Ширина грузовой площади для балок настила:

Б1= а1/2 = 0,8/2 =0,4 м

Б2= а1/2 + а/2 =0,8/2+1,2/2 =1,0 м

Б3= а1 =0,8 м

Б4= а =1,2 м

Ширина грузовой площади для главных балок:

Г1= l/2 =4,2/2 =2,1 м

Г2= l =4,2 м

Площади сбора нагрузок на колонны:

балка настил колонна

К1= l/2 · L/2 = 4,2/2·14,8/2 =15,54 м2

К2= l · L/2 = 4,2·14,8/2 =31,08 м2

К3= l/2 · L = 4,2/2·14,8 =31,08 м2

К4= l · L = 4,2·14,8 =62,16 м2



2. Расчет настила

Определяем толщину настила из условия прогиба. Первоначально примем толщину настила мм, так как ?qn =13+22=35 кН/м2

Плотность стали кН /м, коэффициент надежности по нагрузке для конструкций из стали .

2.1 Сбор нагрузок на настил

Таблица 2.1 Нагрузка на 1 мнастила

N п/п	Вид нагрузки	Усл. обозн.	Ед. изм.	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчётная нагрузка
1	Собственный вес настила tн · гs = 0,01· 78,5 = = 0,785 кН/м2	qсн	кН/м2	0,785	1,05	0,824
2	Постоянная нагрузка	qпост	кН/м2	13	1,1	14,3
3	Временная нагрузка	qвр	кН/м2	22	1,3	28,6
	Итого		кН/м2	35,785		43,724

Погонная нормативная нагрузка на настил

qn•b= 35,785•1=35,785 кН/м.

Погонная расчетная нагрузка

qn•1=43,724•1=43,724 кН/м.

2.2 Расчет толщины настила

Требуемая толщина настила , пролет настила .

Ориентировочно ширина полки балки настила назначается = 0,1 м, тогда расчетный пролет настила равен 120 - 10 = 110 см.

=76,66

х=0,3 - коэффициент Пуассона;

Требуемая толщина настила

= 1,43 см; принимаем мм.

Принимаем мм, настил подкрепляем ребрами, идущими перпендикулярно балкам настила.

Шаг ребер см. Принимаем шаг ребер .

Ширина настила, включающегося в работу

; ; = 10 мм,

где кН/см при tн= 10 мм табл. 51 [1]; E = 2,1· 10 кН/см;

=19,43 см; = 39,86 см;

см < см.

2.3 Геометрические характеристики расчетного сечения настила, подкреплённого ребрами:

= 39,86 · 1,0 + 10 · 1,0 = 49,86 см- площадь сечения.

Находим положение центра тяжести (рис.3.1.1) относительно оси х1

; =4,39 см,

где = 5+0,5 = 5,5 см.

Момент инерции относительно оси х

см; =9,39 см.



2.4 Проверка несущей способности настила, подкрепленного ребрами

Максимальный изгибающий момент в настиле

= 5,291 кНм.

Максимальная поперечная сила

= 19,24 кН

Растягивающее цепное усилие (распор)

; ;

кН/см.

Проверка прочности по нормальным напряжениям

кН/см <

<=23,5 кН/см- прочность настила, подкрепленного ребрами с шагом см по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям



;

где = 0,58 · 23,5 = 13,63 кН/см.

кН/см < 13,63 кН/см - прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости настила

< -

жесткость настила обеспечена.

2.5 Расчет сварных угловых швов для крепления настила

Принимаем сварку полуавтоматическую в среде углекислого газа. Для стали настила С235 по табл. 55 [1] принимаем сварочную проволку Св- 08Г2С; по табл. 56 [1] для проволоки Св-08Г2С кН/см;

по табл. 3 [1] ; по табл. 51 [1] для стали С235 кН/см2, тогда кН/см.

=1,0 по табл. 34[1] для полуавтоматической сварки проволокой сплошного сечения мм при горизонтальном положении.

= 1 - коэффициенты условия работы шва п. 11.2[1].

см; см.

В соответствии с конструктивными требованиями к сварным соединениям окончательно катет углового шва принимается не менее по табл.38 [1] ,

мм при мм.

Из трех величин ;; принимаем максимальную высоту катета =4мм.



3. Расчет балки настила

3.1 Статистический расчет

Предварительно определим эквивалентную толщину настила

см

Сбор нагрузок на настил производим в табличной форме

Таблица 3.1 Нагрузка на 1 мгрузовой площадки балки настила

N п/п	Вид нагрузки	Усл. обозн.	Ед. изм.	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчётная нагрузка
1	Собственный вес настила tн · гs = 0,01125·78,5= = 0,883 кН/м2	qсн	кН/м2	0,883	1,05	0,927
2	Собственный вес балки настила	q/сб	кН/м2	0,4	1,05	0,42
3	Постоянная нагрузка	qпост	кН/м2	13	1,1	14,3
4	Временная нагрузка	qвр	кН/м2	22	1,3	28,6
	Итого		кН/м2	36,283		44,247

Погонная нормативная нагрузка на балку

кН/м.



Погонная расчетная нагрузка на балку

кН/м.

Максимальный изгибающий момент в настиле

кНм

Максимальная поперечная сила

кН

3.2 Конструктивный расчет

3.2.1 Определяем требуемый момент сопротивления сечения

см3

24,5 кН/см2 - расчетное сопротивление стали по пределу текучести, принимаемое по [1, табл. 51] для стали балки настила С255 при толщине фасонного проката tf=10…20мм;

=1 - коэффициент условий работы по [1, табл. 6];

=1,12 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, определяемый в первом приближении по [1, табл. 66] для двутаврового сечения при соотношении =0,5.

По требуемому моменту сопротивления принимаем:

Вариант 1: по сортаменту ГОСТ 8239-89 принимаем двутавр I30.

Геометрические характеристики двутавра I40:

=472 см3; =7080 см4; =46,5 см2; =13,5 см; =300 мм;

=6,5 мм; =10,2 мм; =268 см3; =0,365 кН/м.

Вариант 2: по сортаменту ГОСТ 26020-83 двутавр I30Б1.

Геометрические характеристики двутавра I40Б2:

=581,7 см3; =10060 см4; =49,53 см2; =15,5 см; =346 мм;

=6,2 мм; =8,5 мм; =328,6 см3; =0,389 кН/м.

Вариант 3: по сортаменту ГОСТ 26020-83 двутавр I30Ш3.

Геометрические характеристики двутавра I26Ш1:

=496 см3; =6225 см4; =54,37 см2; =18 см; =251 мм;

=7 мм; =10 мм; =276 см3; =0,427 кН/м.

3.2.2 Проверка несущей способности балки (Вариант 1):

Уточняем нагрузки и усилия на балку настила с учетом ее собственного веса. Фактическая расчетная погонная нагрузка

кН/м.

Фактические расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы

кНм; кН

По [1, табл. 66] уточняем интерполяцией коэффициент =1,097 при фактическом соотношении площади полки к площади стенки =0,726.

см2, см2.

По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление стали по пределу текучести 24,5 кН/см2, принимаемое для стали балки настила С255 при толщине полки tf=10,2 мм.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

кН/см<=24,5 кН/см2

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

3.2.3 Проверка прочности по касательным напряжениям

кН/см=14,21 кН/см;

где = 0,58 · 24,5 = 14,21 кН/см.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Уточняем нормативную нагрузку на балку настила с учетом ее собственного веса



кН/м.

3.2.4 Проверка жесткости балки

< ,

где - предельный прогиб, определяемый интерполяцией по [2, табл. 19] в зависимости от пролета балки настила: при пролете балки l=3м предельный прогиб равен , при пролете балки l=6м - .

Жесткость балки настила обеспечена.

Общую устойчивость балки настила согласно [1, п. 5.16*(а)] проверять не требуется, т.к. она обеспечивается сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами.

Проверки местной устойчивости стенки и сжатого пояса прокатной балки настила не требуются, т.к. они обеспечиваются их толщинами, принятыми из условий проката.

3.2.5 Проверка несущей способности балки (Вариант 2)

Уточняем нагрузки и усилия на балку настила с учетом ее собственного веса. Фактическая расчетная погонная нагрузка

кН/м.



Фактические расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы

кНм; кН

По [1, табл. 66] уточняем интерполяцией коэффициент =1,1131 для при фактическом соотношении площади полки к площади стенки =0,569.

см2, см2.

По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление стали по пределу текучести 24,5 кН/см2, принимаемое для стали балки настила С255 при толщине полки tf=8,5 мм.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

= 18,05 кН/см<=23,5 кН/см2

Прочность по нормальным напряжениям для подобранного сечения балки обеспечена.

3.2.6 Проверка прочности по касательным напряжениям

кН/см=13,63 кН/см;

где = 0,58 · 24,5 = 14,21 кН/см.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Уточняем нормативную нагрузку на балку настила с учетом ее собственного веса

кН/м.

3.2.7 Проверка жесткости балки

< ,

где - предельный прогиб, определяемый интерполяцией по [2, табл. 19] в зависимости от пролета балки настила: при пролете балки l=3м предельный прогиб равен , при пролете балки l=6м - .

Жесткость балки настила обеспечена.

Общую устойчивость балки настила согласно [1, п. 5.16*(а)] проверять не требуется, т.к. она обеспечивается сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами.

Проверки местной устойчивости стенки и сжатого пояса прокатной балки настила не требуются, т.к. они обеспечиваются их толщинами, принятыми из условий проката.

3.2.8 Проверка несущей способности балки (Вариант 3)

Уточняем нагрузки и усилия на балку настила с учетом ее собственного веса. Фактическая расчетная погонная нагрузка



кН/м.

Фактические расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы

кНм; кН

По [1, табл. 66] уточняем интерполяцией коэффициент =1,07 при фактическом соотношении площади полки к площади стенки =0,979.

см2, см2.

По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление стали по пределу текучести 24,5 кН/см2, принимаемое для стали балки настила С235 при толщине полки tf=10 мм.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

кН/см<=24,5 кН/см2

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

3.2.9 Проверка прочности по касательным напряжениям

кН/см=14,21 кН/см;



где = 0,58 · 24,5 = 14,21 кН/см.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Уточняем нормативную нагрузку на балку настила с учетом ее собственного веса

кН/м.

3.2.10 Проверка жесткости балки

< ,

где - предельный прогиб, определяемый интерполяцией по [2, табл. 19] в зависимости от пролета балки настила: при пролете балки l=3м предельный прогиб равен , при пролете балки l=6м - .

Жесткость балки настила обеспечена.

Общую устойчивость балки настила согласно [1, п. 5.16*(а)] проверять не требуется, т.к. она обеспечивается сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами.

Проверки местной устойчивости стенки и сжатого пояса прокатной балки настила не требуются, т.к. они обеспечиваются их толщинами, принятыми из условий проката.



Таблица 3.2 Сравнение балок настила

	Ед.изм.	Сечение, ГОСТ
		Й30 ГОСТ 8239-89	Й35Б1 ГОСТ 26020-83	Й26Ш1 ГОСТ 26020-83
qcбn	кН/м	0,365	0,389	0,427
Wx	см3	472	581,7	496
Jx	см4	7080	10060	6225
у	кН/см2	22,56	18,05	22,04
f/l		1/365	1/518	1/320

Из условия экономичности принимаем двутавр Й30.



4. Расчет главной балки

4.1 Статистический расчет

Таблица 4.1 Нагрузка на 1 мгрузовой площадки главной балки

N п/п	Вид нагрузки	Усл. обозн.	Ед. изм.	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчётная нагрузка
1	Собственный вес настила tн · гs = 0,01125· 78,5 = = 0,883 кН/м2	qсн	кН/м2	0,883	1,05	0,927
2	Собственный вес балки настила 0,365/1,2	q/сб	кН/м2	0,304	1,05	0,319
3	Собств-й вес ГБ 0,015·36,19=0,543 кН/м2	q/гб	кН/м2	0,543	1,05	0,569
4	Постоянная нагрузка	qпост	кН/м2	13	1,1	14,3
5	Временная нагрузка	qвр	кН/м2	22	1,3	28,6
	Итого		кН/м2	36,73		44,72

Погонная нормативная нагрузка на балку

кН/м.

Погонная расчетная нагрузка на балку

кН/м.

Максимальный расчетный изгибающий момент в настиле



кНм.

Максимальная расчетная поперечная сила

кН

Максимальный нормативный изгибающий момент в настиле

кНм.

4.2 Конструктивный расчет главной балки

По заданию главная балка бистальная: сталь поясов С345, сталь стенки С235 ГОСТ 27772-88.

4.2.1 Определяем требуемый момент сопротивления сечения

см3

30,5 кН/см2 - расчетное сопротивление стали по пределу текучести, принимаемое по [1, табл. 51] для стали поясов главной балки С345 при толщине фасонного проката tf=20…40мм;

=1 - коэффициент условий работы по [1, табл. 6];



4.2.2 Устанавливаем минимальную высоту балки из условия жесткости

см,

где - средний коэффициент надежности по нагрузке; - предельный прогиб, определяемый интерполяцией по [2, табл. 19] в зависимости от пролета балки настила: при пролете балки l=6м предельный прогиб равен , при пролете балки l=24м - .

4.2.3 Определяем требуемую толщину стенки по эмпирической формуле

мм

По сортаменту листового проката принимаем предварительно толщину стенки 11 мм.

4.2.4 Из экономичных соображений определяем оптимальную высоту балки

см.

По ГОСТ 19903-74* из условия окончательно принимаю высоту стенки 1400 мм.

Определяем минимальную толщину стенки из условия обеспечения ее местной устойчивости без дополнительного укрепления стенки продольными ребрами жесткости:

см

23,5 кН/см2 - расчетное сопротивление стали по пределу текучести, принимаемое по [1, табл. 51] для стали стенки главной балки С235 при толщине фасонного проката tw=11 мм.

С учетом ранее назначенного и минимально допустимого значений окончательно принимаем толщину стенки 11 мм.

4.2.5 Определяем размеры полки главной балки

Требуемая площадь одной полки:

см2,

где см3 - момент сопротивления стенки; 

Ширину полок назначаем из следующих условий:

.

По сортаменту листового проката принимаем ширину полки главной балки 450 мм.

Толщину полок назначаем из следующих условий:

tf > tw=11 мм

По сортаменту принимаем толщину полки главной балки 22 мм.

4.2.6 Определяем геометрические характеристики откорректированного сечения главной балки

см4;

см3;

см3,

где см - высота главной балки.



По таблице [1, табл. 51] уточняем расчетное сопротивление сталей по пределу текучести: 30,5 кН/см2 при толщине полки tf=22 мм и 23,5кН/см2 при толщине стенки tw=11 мм.

4.2.9 Проверка прочности балки с откорректированным по нормальным напряжениям

кН/см<=30,5 кН/см2

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

4.2.10 Проверка прочности по касательным напряжениям

,

где - расчетное сопротивление стали стенки на сдвиг.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

4.2.11 Проверка жесткости главной балки

,

где коэффициент, учитывающий уменьшение сечения балки у опор; - изгибающий момент от нормативной нагрузки.

Жесткость балки обеспечена.

4.2.12 Проверка общей устойчивости главной балки

Главная балка раскреплена в горизонтальной плоскости балками настила. Согласно [1, п.5.16*(б)] проверка общей устойчивости главной балки не требуется, если отношение расчетной длины сжатого пояса балки к ширине сжатого пояса не превышает предельно допустимого значения:

,

где - расчетная длина сжатого пояса балки (расстояние между точками закрепления балки из плоскости), в данном случае расчетная длина равна шагу балки настила ; - предельное отношение, определяемое по [1, табл. 8].

Для проверки условия находим следующие условия

;

,

где >15 (при <15 следует принимать =15); см - расстояние между осями поясных листов.

Общая устойчивость балки обеспечена, так как =2,67 <=15,82. 

4.3 Изменение сечения главной балки

4.3.1 Определяем место изменения сечения

Сечение главной балки изменяем уменьшением ширины поясов на расстоянии x1/6 L=14,8 / 6 = 2,47 м от опоры. Место изменения сечения не совпадает с местом примыкания поперечных ребер (смотри проверку местной устойчивости стенки) м < x = 2,47 м, при этом расстояние от места стыка поясных листов до ближайшего поперечного ребра удовлетворяет условию

.

Принимаю окончательно х=2,5м.

4.3.2 Определяем размеры поясных листов в месте изменения сечения

Размеры поясных листов назначаем из условий:

По сортаменту листового проката принимаем =300мм.

4.3.3 Определяем геометрические характеристики измененного сечения главной балки

см2;

см4;

см3;

см3,

4.3.3 Определяем расчетные усилия в месте изменения сечения главной балки

кНм.

кНм.

4.3.4 Проверка прочности измен-го сечения по нормальным напряжениям

кН/см<=30,5 кН/см2

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

4.3.5 Проверка прочности измен-го сечения по касательным напряжениям

,

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.



4.3.6 Проверка прочности измен-го сечения по приведенным напряжениям

Нормальные напряжения в уровне поясных швов

Средние касательные напряжения в стенке

Проверка приведенных напряжений на уровне поясных швов

.

Принятое измененное сечение удовлетворяет условию прочности.

4.3.7 Проверка прочности главной балки по касательным напряжениям на опоре для измененного сечения

.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.



4.3.8 Проверка общей устойчивости измененного сечения главной балки

;

,

где <15 (при <15 следует принимать =15);

Общая устойчивость балки обеспечена, так как =4 <=14,73.

В измененном сечении стык верхнего пояса выполняем прямым швом, а нижнего пояса косым швом, равнопрочным основному металлу.

4.4. Расчет поясных сварных швов главной балки

Расчёт соединений ведется на силу сдвига пояса относительно стенки. Сдвигающая сила на 1 см длины балки определяется по формуле:

кН/см,

где см



- статический момент пояса балки в измененном сечении относительно нейтральной оси.

Поясные швы выполняются непрерывными двусторонними, автоматической сваркой в лодочку. Марку сварочной проволоки выбираем по [1, табл. 55] в зависимости от сталей свариваемых элементов. Для сталей С345 и С235 принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* (диаметр проволоки 3…5 мм).

Определяем катет шва:

а) по металлу шва

см = 1,47 мм;

б) по металлу границы сплавления

см =1,46 мм,

где n = 2 - при двусторонних швах;

; - коэффициенты глубины проплавления [1, табл. 34];

=22 кН/см - расчетное сопротивление углового шва по металлу шва, принимаемое по [1, табл. 56] для сварочной проволоки Св-08Г2С;

= 0,45= 0,45 = 21,15 кН/см - расчетное сопротивление углового шва по металлу границы сплавления;

= 47 кН/см - нормативное временное сопротивление, определяемое по [1, табл. 51].

Минимально допустимый катет шва определяем по [1, табл. 38] для таврового соединения с двухсторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов = 22 мм.

Минимальный катет шва равен = 6 мм.

Окончательно принимаем катет поясных сварных швов = 6 мм.

4.5 Расчет опорной части главной балки

Сопряжение главных балок с колоннами принимается путем их опирания сверху. Конец балки в месте опирания её на колонну укрепляется опорным ребром. Ребро жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке балки сварными швами, а торец опорного ребра строгают для непосредственной передачи опорного давления на колонну. Выступающая вниз часть опорного ребра принимается мм.

Размеры опорных ребер определяются из расчёта на смятие торца ребра:

; кН;

расчетное сопротивление на смятие торцовой поверхности.

Ребро из стали С235, кН/см по [1, табл. 51] при мм;

по [1, табл. 2] для ГОСТ 27772-88; кН/см.

Принимаем ширину опорного ребра равным ширине полки в измененном сечении: см; см;

см = 12,8 мм. Принимаю мм.

Т.к. мм > мм, то проверяем ребро из условия смятия:

Выполняем проверку ребра из условия смятия:

кН/см < кН/см.

В расчетное сечение опорного участка балки включаем сечение опорного ребра и часть стенки шириной

см.

Геометрические характеристики опорного участка балки:

;

;

см.



Гибкость опорного участка . По [1, табл. 72] для гибкости 20,17 и расчетного сопротивления кН/см2 определяем интерполяцией коэффициент продольного изгиба = 0,962.

Проверяем опорную часть балки на устойчивость:

кН/см2 < 23,5 кН/см2.

Устойчивость опорной части балки обеспечена.

Сварные швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке балки, выполняются полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа. Сварочная проволока Св-08Г2С по[1, табл. 55].

Определяем катет шва:

а) по металлу шва

см = 8,71 мм;

б) по металлу границы сплавления

см =7,01 мм,

где n = 2 - при двусторонних швах;

; - коэффициенты глубины проплавления [1, табл. 34];

=22 кН/см - расчетное сопротивление углового шва по металлу шва, принимаемое по [1, табл. 56] для сварочной проволоки Св-08Г2С;

= 0,45= 0,45 = 16,65 кН/см - расчетное сопротивление углового шва по металлу границы сплавления;

= 37 кН/см - нормативное временное сопротивление, определяемое по [1, табл. 51].

Минимально допустимый катет шва определяем по [1, табл. 38] для таврового соединения с двухсторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов = 14 мм.

Минимальный катет шва равен = 5 мм.

Окончательно принимаем катет поясных сварных швов = 8 мм.

Главные балки соединить с колонной и друг с другом болтами нормальной точности O 16 мм. Болты устанавливаем конструктивно по [1, табл. 39]. Диаметр отверстий под болты 18 мм.

4.6 Проверка местной устойчивости пояса

< ;

- проверяем в неизмененном сечении.

;

местная устойчивость пояса балки обеспечена.

4.7 Проверка местной устойчивости стенки

Находим условную устойчивость стенки:

=> местная устойчивость стенки не обеспечена и требуются поперечные ребра жесткости.

Расставляем поперечные ребра жесткости:

();

;

Принимаем шаг ребер (в места опирания всех балок настила).

Проверка местной устойчивости стенки балки в отсеках.

Так как проверку производим по формуле:

Проверка местной устойчивости стенки первого отсека.

Длина первого отсека меньше его высоты , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.



;

;

;

- момент сопротивления в измененном сечении, принимаемый при проверке первого отсека, т.к. .

нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;

среднее касательное напряжение в отсеке;

- критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

критическое нормальное напряжение;

- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;

Местная устойчивость стенки первого отсека балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки второго отсека.

Высота второго отсека больше его длины , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.

;

;

;

- момент сопротивления в измененном сечении, принимаемый при проверке первого отсека, т.к. .

нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;

среднее касательное напряжение в отсеке;

- критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

критическое нормальное напряжение;

- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;

Местная устойчивость стенки второго отсека балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки третьего отсека.

Высота третьего отсека больше его длины , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.

;

;

;

- момент сопротивления в неизмененном сечении, принимаемый при проверке третьего отсека, т.к. .

нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;

среднее касательное напряжение в отсеке;

- критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

критическое нормальное напряжение;

- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;

Местная устойчивость стенки третьего отсека балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки четвертого отсека.

Высота четвертого отсека больше его длины , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.

;

;

;

- момент сопротивления в неизмененном сечении, принимаемый при проверке третьего отсека, т.к. .

нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;

среднее касательное напряжение в отсеке;

- критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

критическое нормальное напряжение;

- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;

Местная устойчивость стенки четвертого отсека балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки пятого отсека.

Высота пятого отсека больше его длины , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.

;

;

;

- момент сопротивления в неизмененном сечении, принимаемый при проверке третьего отсека, т.к. .

нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;

среднее касательное напряжение в отсеке;



критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

критическое нормальное напряжение;

- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;



Местная устойчивость стенки пятого отсека балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки шестого отсека.

Высота четвертого отсека больше его длины , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.

;

;

;

- момент сопротивления в неизмененном сечении, принимаемый при проверке третьего отсека, т.к. .

нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;



среднее касательное напряжение в отсеке;

- критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

критическое нормальное напряжение;

- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;

Местная устойчивость стенки шестого отсека балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки седьмого отсека.

Высота седьмого отсека больше его длины , поэтому момент и поперечную силу определяем по его середине.

;

;

;

- момент сопротивления в неизмененном сечении, принимаемый при проверке третьего отсека, т.к. .



нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки;

среднее касательное напряжение в отсеке;

- критическое касательное напряжение;

;

;

- коэффициент принимаемый по [1, табл. 21] в зависимости от значения ;

;

- критическое нормальное напряжение;



- отношение нормального напряжения к критическому нормальному напряжению;

- отношение касательного напряжения к критическому касательному напряжению;

Местная устойчивость стенки седьмого отсека балки обеспечена.

Проверку местной устойчивости стенки балки заносим в таблицу.

Таблица 4.2 Проверка местной устойчивости стенки балки

N п/п	Характеристика сечения	Отсеки
		1	2	3	4	5	6	7
1	Место проверки местной устойчивости	0,4	1,4	2,6	3,8	5,0	6,2	7,4
2	Расчётный момент	540,92	1761,7	2978,8	3925,4	4601,5	5007,2	5142,5
3	Расч. поперечная сила	1314,7	1126,9	901,54	676,15	450,77	225,38	0
4	Момент сопротивления	12762,1	12762,1	17348,2	17348,2	17348,2	17348,2	17348,2
5		4,12	13,42	16,69	21,998	25,79	28,06	28,82
6		8,54	7,32	5,85	4,39	2,93	1,46	0
7	Меньшая стор. отсека	80	120	120	120	120	120	120
8	Большая сторона отсека	140	140	140	140	140	140	140
9	Отношение	1,75	1,17	1,17	1,17	1,17	1,17	1,17
10		2,43	3,65	3,65	3,65	3,65	3,65	3,65
11		29,68	16,39	16,39	16,39	16,39	16,39	16,39
12	;	1,37	1,37	2,057	2,057	2,057	2,057	2,057
13		32,17	32,17	33,34	33,34	33,34	33,34	33,34
14		4,26	4,26	4,26	4,26	4,26	4,26	4,26
15		41,66	41,66	43,17	43,17	43,17	43,17	43,17
16		0,099	0,322	0,387	0,509	0,597	0,649	0,667
17		0,288	0,447	0,357	0,268	0,179	0,089	-
18		0,304	0,551	0,526	0,575	0,623	0,655	0,667
19	Примеч.: местная устойчивость	обесп.	обесп.	обесп.	обесп.	обесп.	обесп.	обесп.

Местная устойчивость стенки балки обеспечена.

4.8 Расчет поперечных ребер жесткости

Размеры поперечных ребер жесткости принимаются по [1, п. 7.10]:

мм; ;



мм =86,67 мм; принимаем ширину ребра =200 мм

=100 мм для измененного сечения главной балки; сталь поперечного ребра С235; мм; принимаем мм.

На концах ребер жесткости для пропуска поясных швов и уменьшения концентрации напряжений устраивают скосы с размерами по высоте 30мм, по ширине 30мм. Ребра привариваются к стенке и полке балки сплошными швами ручной сваркой.

Минимально допустимые катеты швов определяем по [1, табл. 38]. Для тавровых соединения с двухсторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов = 22 мм - = 7 мм; = 14 мм -=6 мм.

4.9 Монтажный стык главных балок

Монтажный стык главных балок выполняется на высокопрочных болтах и накладках. Каждый пояс балки перекрывается тремя накладками с двух сторон, а стенка - двумя вертикальными накладками.

Необходимо соблюдать => условия:

- площадь поперечного сечения накладок должна быть больше или равна площади перекрываемого элемента;

- толщину накладок определять с помощью ослабления отверстиями.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d=24мм из стали 40Х«селект».

Максимальный изгибающий момент в главной балке распределяется между поясами и стенкой балки пропорционально их жесткостям



и ;

=1252544,773 см; см;

см;

кНм;

кНм

4.9.1 Стык поясов

Расчетное усилие в поясе

кН.

Необходимое количество болтов на полунакладке:

Расчетное усилие , которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом



кН для болтов d 24, сталь болтов - 40 Х “селект”;

- расчётное сопротивление высокопрочного болта;

кН/см - временное сопротивление по [1, табл. 61] при мм;

= 77 кН/см;

см- площадь болта нетто по [1, табл. 62];

- коэффициент условия работы при ;

- коэффициент трения при обработке поверхности газопламенным способом двух поверхностей без консервации (контроль - по углу поворота гайки) по табл. 36;

- коэффициент надежности по нагрузке [1, табл. 36];

- количество плоскостей трения соединяемых элементов;

шт.

Принимаем 14 болтов, эти болты размещаем на полунакладке.

Пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 450х12 и 2x205х12, общей площадью сечения

Определяем расстояния между болтами и до края элемента по [1, табл. 39]:

мм;

мм;

Принимаем мм; мм;

4.9.2. Стык стенки

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками толщиной 10 мм.

Момент, действующий на стенку:

кНм

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов

мм.

Коэффициент стыка

По [5, табл. 7.8] при принимаем к =9 при

к - количество болтов в вертикальном ряду стыка.

Принимаем шаг болтов 160 мм; мм.

Проверяем стык стенки

кН< кН;

см2.

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 1340х280х8 мм.

Усилие натяжения болта

кН



4.9.3 Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса

По краю стыка пояс ослаблен 2 отверстиями под болты мм.

см> см.

Так как > , то ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями

см< .

Так как < , то увеличиваем толщину накладок. Принимаем накладки толщиной 14мм.

>.



5. Сопряжение балок настила с главными балками

Сопряжение балок настила с главными балками принимается в одном уровне верхних поясов через поперечные ребра жесткости. Балки настила крепятся к поперечным ребрам жесткости главных балок болтами нормальной точности.

Расчёт сопряжения сводится к определению числа болтов и расчету сварных швов, прикрепляющих накладку к балке настила. Толщина накладки принимается 10 мм из стали С255. За расчётное усилие принимается опорная реакция балки настила. Под действием опорной реакции болтовое соединение работает на срез и на смятие. Болты - класса точности В. Принимаем болты нормальной точности М16 из стали класса 6.6, диаметр отверстия мм.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, на срез

;

где кН/см (расчетное сопротивление на срез) по [1, табл. 58] для болтов из стали класса 6.6;

=0,9 по [1, табл. 35], класс точности В, соединение многоболтовое;

см по [1, табл. 62] для мм;

=1 - количество плоскостей среза.

кН.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, на смятие



;

кН/см по [1, табл. 51] для стали накладки С255 при tн= 10 мм;

кН/см(расчетное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами) по [1, табл. 59] для болтов класса точности В; = 10 мм.

кН.

Необходимое количество болтов

; кН;

- принимаем 2 болта.

Размещаем болты на накладке, предварительно определив её наибольшие размеры. Накладку в двутавровой балке настила располагаем симметрично с учетом толщины полки главной балки и высоты катета сварного шва, соединяющего поперечные ребра жесткости и полку главной балки.

Длина накладки не должна превышать:

Определяем по [1, табл. 39] минимальное расстояние между болтами:



мм;

мм 55 мм;

мм 40 мм;

Длина накладки:

< l=242 мм

5.2 Расчет сварного соединения

Угловые сварные швы, прикрепляющие накладку к балке настила (сварка ручная), рассчитываются на опорную реакцию и момент

кН; .

= см.

Задаем высоту катета шва:

мм - толщина стенки балки настила.

мм; принимаем = 9 мм; мм;

Выбираем расчетное сечение:



Расчет ведем по металлу шва.

Расчет по металлу шва.

;

.

Сварка ручная: ; =1 по табл. 34.

см3;

см.

Сварные швы выполняются покрытыми электродами типа Э46 по

ГОСТ 9467 - 75 по [1, табл. 55] для стали С235.

По табл. 56 кН/см; ; .

< =

Прочность обеспечена.



5.3 Проверка сечения накладки

Проверяем сечение накладки на срез с учетом ослабления отверстиями под болты.

;

кН/см;

кН/см;кН/см< кН/см Прочность накладки обеспечена.



6. Расчёт центрально - сжатой колонны К4

6.1 Определение расчетной длины колонны

Сталь колонны С390 по ГОСТ 27772-88. Высота этажа H = 5,0 м.

Расчётная нагрузка на колонну кН.

Геометрические длины колонны:

Расчетные длины колонны:

в плоскости

м;

из плоскости

м;

- коэффициент привидения длины, определяемый по [1,табл.71], в соответствии с условиями закрепления концов стержня;

6.2 Расчет колонны сплошного сечения

Колонну выполняем сплошного сечения из сварного двутавра. Сварка автоматическая.

Исходя из условия общей устойчивости, определяем требуемую площадь сечения колонны

;

кН/сммм [1,табл.51] для стали С390.

Задаемся , при кН/см по табл. 72 =0,737;

см

Определяем ширину пояса:

см;

Принимаем мм; мм; мм; мм;

см;

см;

;

см.

Гибкости:



; .

Уточняем кН/см по табл. 51 при мм для С390.

Для ; кН/см по табл. 72 .

Проверки:

1. Проверка общей устойчивости

;

кН/см - общая устойчивость колонны обеспечена.

2. Проверка местная устойчивости полки

; - по табл. 29;

<4. -условная гибкость.

;

; - местная устойчивость полки обеспечена.



3. Проверка местной устойчивости стенки

; по табл. 27 для < 2

;

- местная устойчивость стенки обеспечена.

4. Проверка гибкости

;

;

- жесткость колонны обеспечена.

5. Проверка необходимости установки поперечных ребер:

; ; ;

установка поперечных ребер жесткости не требуется.

Поясные швы выполняются непрерывными двусторонними, автоматической сваркой в лодочку. Марку сварочной проволоки выбираем по [1, табл. 55] в зависимости от сталей свариваемых элементов. Для стали С390 принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* (диаметр проволоки 3…5 мм).

Минимально допустимый катет шва определяем по [1, табл. 38] для таврового соединения с двухсторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов = 12 мм.

Минимальный катет шва равен = 6 мм.

Окончательно принимаем катет поясных сварных швов = 6 мм.

6.3 Расчёт колонны сквозного сечения

Исходя из условия общей устойчивости, определяем требуемую площадь сечения колонны

;

кН/сммм (лист) по табл. 51 для стали С390.

Задача по подбору сечения колонны решается методом последовательных приближений. Задаемся гибкостью: в первом приближении .

Задаемся , при кН/см по табл. 72 =0,737;

см.

По сортаменту ГОСТ 8240 - 89 принимаем 2 швеллера 33П:

см; см; tf =11,7мм; bf[ =105мм; h=330мм; tw =7мм;

z0 =2,9см; см; см; см; см

Гибкость:

;

Уточняем кН/см по табл. 51 при мм для С390.

Для ; кН/см по табл. 72 .

Проверка устойчивости по оси х

;

кН/см - общая устойчивость колонны обеспечена.

Расчет по оси у.

Расчёт относительно оси y заключается в определении расстояния между ветвями f из условия равноустойчивости .

- приведенная гибкость

Гибкость относительно оси у:

для колонн с планками по табл. 7;

Задаются гибкостью ветви . гибкость одной ветви

Принимаем ; .

Расстояние между ветвями

см; .

; мм;

Конструктивно принимаем мм.

Момент инерции по оси у

;

;

; .

Устанавливаем на колонну 2 диафрагмы жесткости.

Размеры соединительных планок и расстояния между ними.

Принимаем см; мм; см

;;.

Проверка.

Приведенная гибкость:



Для ; кН/см по табл. 72 .

1. Проверка общей устойчивости

;

кН/см - общая устойчивость колонны обеспечена.

2. Проверка устойчивости одной ветви между планками

;;

кН/см - устойчивость одной ветви колонны между планками обеспечена.

Расчет планок.

Условная поперечная сила

.

По (5, табл. 8.2)

Условная поперечная сила

кН.

Расчет ведем по кН.

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани

кН.

Поперечная сила в месте прикрепления планки

кН.

Изгибающий момент в месте прикрепления планки

.

;

Проверяем сечение планки

кН/см < кН/см.

кН/см < кН/см.

Крепление планки к ветвям осуществляется угловыми сварными швами.

Принимаем ручную сварку, по табл. 55 принимаем электрод Э50.

Минимально допустимый катет шва определяем по [1, табл. 38] для таврового соединения с двухсторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов = 10 мм.

Минимальный катет шва равен = 5 мм.

Окончательно принимаем катет сварных швов = 6 мм.



6.4 Расчёт оголовка для колонны К4

Толщину опорной плиты принимаем конструктивно .

;; .

-толщина опорной плиты (принимается конструктивно 20-30мм);

; -по [1, табл. 2]; ; -по [1, табл.51];

.

;

но не более ширины полки колонны ;

.

Принимаю толщину ребра 18 мм.

Определяем высоту ребра.

Высоту ребра оголовка определяем по требуемой длине сварных швов, передающих нагрузку на стержень колонны. Сварку принимаем ручную электродом Э50 для стали С390. ; ; ; ; ; .

Катет шва назначаем из следующих условий:



,

- для колонны сплошного сечения;

- для колонны сквозного сечения;

- по [1, табл. 38];

Принимаю .

1) по металлу шва.

2) по металлу границы сплавления.

Граничное условие:

Принимаю высоту ребра 350 мм.

Проверяем принятое сечение на срез:

;;

.

Прочность сечения обеспечена.



6.5 Расчёт базы для колонны К4 сквозного сечения

6.5.1 Определение размеров опорной плиты

Для колонны сквозного сечения принимаем базу с распределительным устройством.

Требуемая площадь опорной плиты

. Усилие в колонне кН.

Расчётное сопротивление на сжатие фундамента

.

Расчётное сопротивление бетона на сжатие по [5, табл. 5.5], класс бетона фундамента В10, сталь С390.

Принимаем .

Определяем площадь опорной плиты

.

Принимаем толщину траверсы мм; свес мм, тогда

ширина плиты

см;

длина плиты см. Принимаем см.



Определяем размеры фундамента

см;

см;

см2.

Уточняем :

Давление под опорной плитой:

;

Определяем максимальную толщину плиты по участкам:

1 участок - плита рассчитывается как консоль

;

2 участок - плита опирается на 3 канта

, мм; мм,

при - по табл.8.7 Беленя

;

3 участок - плита опирается на 4 канта



, мм; мм,

при - по табл.8.6 Беленя

Максимальный момент .

Толщина плиты

;

Принимаю мм.

6.5.2 Определяем высоту траверсы из условия размещения вертикальных сварных швов

Высоту траверсы определяем по требуемой длине сварных швов, передающих нагрузку со стержня колонны. Сварку принимаем ручную электродом Э50 для стали С390. ;; ; ; ; .

Катет шва назначаем из следующих условий:

,

;

- по [1, табл. 38];

Принимаю .

3) по металлу шва.



4) по металлу границы сплавления.

Граничное условие:

Принимаю высоту траверсы 350 мм.

6.5.3 Проверка траверсы

;

Опорная реакция

Опорный момент

Нормальные напряжения

;

Касательные напряжения



Прочность траверсы обеспечена.

Принимаем 2 фундаментных болта O 20 мм, диаметр отверстия 40 мм, болты из стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73, глубина заделки болтов .

Конструктивно принимаем катет швов для крепления траверсы к опорной плите мм.

6.6 Расчёт базы для колонны К4 сплошного сечения

6.6.1 Определение размеров опорной плиты

Для колонны сплошного сечения принимаем базу в виде опорной плиты.

Требуемая площадь опорной плиты

. Усилие в колонне кН.

Расчётное сопротивление на сжатие фундамента

.

Расчётное сопротивление бетона на сжатие по [5, табл. 5.5], класс бетона фундамента В10, сталь С390.

Принимаем .

Определяем площадь опорной плиты

.

Определяем размеры плиты:

;

Принимаю ширину плиты ; длину плиты ;

свес мм, тогда

см2.

Определяем размеры фундамента

см;

см;

см2.

Уточняем :

Давление под опорной плитой:

;

Определение толщины плиты:

Толщину плиты определяем, рассматривая трапецеидальный, консольный участок плиты.



Момент

;

Площадь трапеции

;

.

Толщина плиты

Принимаю мм по ГОСТ 82 - 70.

6.6.2 Уточняем толщину плиты более точным методом

Плиту и сечение колонны заменяем равновеликими кругами.

Моменты в радиальном и тангенциальном направлении.

,

,

(5, табл.8,8).



Напряжения в плите

Прочность плиты обеспечена.

Рассчитываем сварные швы крепления колонны к опорной плите.

Сварку принимаем ручную электродом Э50 для стали С390. ;; ; ; ; . Конструктивно принимаем катет швов для крепления колонны к опорной плите мм.

Прочность швов обеспечена.

Принимаем 2 фундаментных болта O 20 мм, диаметр отверстия 40 мм, болты из стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73, глубина заделки болтов .



Список литературы

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР- М.: ЦИТП ГосстрояСССР, 2000. -96 с.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2003. -44 с.

3. 4. А.П. Мандриков. Примеры расчета металлических конструкций. -М.: Стройиздат, 1991.-431 с.

4. СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные контрукции», 2004г.

5. Металлические конструкции. Общий курс. / Под ред. Е.И Беленя. -М.: Стройиздат, 1986.-560 с.

Размещено на Allbest.ru