Проектирование металлических конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Компоновка балочной площадки

2. Расчет настила и второстепенной балки по двум вариантам

3. Расчёт главной балки

3.1 Подбор сечения по расчетной нагрузке

3.2 Изменение сечения главной балки по длине

3.3 Местная устойчивость элементов балки

4. Расчет монтажного стыка

4.1 Болтовое соединение

5. Расчет опорной зоны балки

6. Расчет и конструирование колонны сплошного сечения

7. Расчет и конструирование оголовка колонны

8. Расчет сопряжения второстепенной балки с главной

9. Расчет базы колонны

10. Расчет анкерных болтов

1. Компоновка балочной площадки

2. Расчет настила и второстепенной балки по двум вариантам

Таблица сбора нагрузок

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка , кН/мІ	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка , кН/мІ
І. Постоянная: 1. Кирпич на ребро: с=1,65 кН/мі t=0.12м 2. Песок: с=1,8 кН/мі t=0.03м 3. Настил: с=78,5 кН/мі t=0,025м	1,98 0,54 1,98	1,3 1,3 1,05	2,57 0,70 2,08
ІІ. Полезная	22,7	1,2	27,6
Итого	27,5	-	33

Принимаем настил из стали С 235 (), второстепенные балки из стали С 255 () по ГОСТ 27772-88*.

Вариант №1

Принимаем шаг второстепенных балок: .

По графику на рис. 8.7/2/, при относительном прогибе настила , получаем .

Принимаем .

Находим нормативную и расчетную нагрузку настила ():

Полная нормативная и расчетная нагрузка:

Статический расчет второстепенной балки.

Определение погонной нагрузки на балку:

( - коэффициент надежности по назначению).

Подбор сечения балки.

Определяем требуемый момент сопротивления:

(- коэффициент условия работы).

Принимаем І№ 50Б2 по ГОСТ 26020-83.

; ; ;

Уточнение нагрузки с учетом собственного веса балки.

Нагрузка от собственного веса балки: .

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса балки:

.

( - коэффициент надежности по материалу).

Вычисление усилий с учетом собственного веса балки.

,

Расчет по первой группе предельных состояний.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям.

(условие выполняется).

Проверка прочности балки по касательным напряжениям.

(условие выполняется).

Расчет по второй группе предельных состояний.

Относительный прогиб:



Нормативная погонная нагрузка:

(условие выполняется).

Вариант №2

Таблица сбора нагрузок

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка , кН/мІ	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка , кН/мІ
І. Постоянная: 1. Кирпич на ребро: с=1,65 кН/мі t=0.12м 2. Песок: с=1,8 кН/мі t=0.03м 3. Настил: с=78,5 кН/мі t=0.016м	1,98 0,54 1,256	1,3 1,3 1,05	2,57 0,70 1,32
ІІ. Полезная	22,7	1,2	27,6
Итого	26,8	-	32,2

Принимаем шаг второстепенных балок: .

По графику на рис. 8.7/2/, при относительном прогибе настила , получаем .

Принимаем .

Находим нормативную и расчетную нагрузку настила ():

Полная нормативная и расчетная нагрузка:

Статический расчет второстепенной балки.

Определение погонной нагрузки на балку:

( - коэффициент надежности по назначению).

Подбор сечения балки.

Определяем требуемый момент сопротивления:

(- коэффициент условия работы).

Принимаем І№ 40Б2 по ГОСТ 26020-83.

; ; ;

Уточнение нагрузки с учетом собственного веса балки.

Нагрузка от собственного веса балки: .

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса балки:

.

( - коэффициент надежности по материалу).

Вычисление усилий с учетом собственного веса балки.

,

Расчет по первой группе предельных состояний.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям.

(условие выполняется).

Проверка прочности балки по касательным напряжениям.



(условие выполняется).

Расчет по второй группе предельных состояний.

Относительный прогиб:

Нормативная погонная нагрузка:

(условие выполняется).

Сравнение вариантов.

Суммарный расход стали на настил и второстепенные балки на площади балочной клетки по:

Варианту №1:

Варианту №2:

Принимаем вариант с меньшим расходом стали - №2, с шагом второстепенных балок (І№ 40Б2 по ГОСТ 26020-83) - с толщиной настила .

3. Расчет главной балки

3.1 Подбор сечения по расчетной нагрузке

Принимаем главную балку из стали С 255 () по ГОСТ 27772-88.

В силу ограниченности сортамента проката (), главная балка выполняется составного сечения (сварной симметричный двутавр). Сосредоточенную нагрузку на главную балку приводим к равномерно распределенной нагрузке, т. к. сосредоточенных сил более пяти. Для учета собственного веса главной балки, равномерно распределенную нагрузку увеличиваем на 2%.

Нормативная нагрузка:

Расчетная нагрузка:

Вариант №1. Шарнирное сопряжение балок с колоннами



.

Статический расчет главной балки.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения из условия прочности по нормальным напряжениям.

Определение высоты сечения балки h.

Высоту балки в первом приближении принимаем :

а) определяем оптимальную высоту балки

где -толщина стенки

.

Принимаем толщину стенки равной .

-коэффициент принимаемый для сварных балок

б) из условия жесткости определяем минимальную высоту балки

где - предельный относительный прогиб главной балки

- пролет главной балки

Принимаем оптимальную высоту балки .

Проверка принятой толщины стенки на срез от .

;

в) находим требуемую площадь поперечного сечения пояса

принимаем толщину поясов

г) определяем ширину пояса

Принимаем .

Тогда

Принимаем ;

удовлетворяющая условию

Вычисление геометрических характеристик скомпонованного сечения главной балки:

Проверка прочности главной балки по нормальным напряжениям:

условие выполняется.

Проверка прочности главной балки по касательным напряжениям:

(условие выполняется).

Вариант №2. Рамное сопряжение балок с колоннами.

Статический расчет главной балки.



Требуемый момент сопротивления поперечного сечения из условия прочности по нормальным напряжениям.

Определение высоты сечения балки h.

Высоту балки в первом приближении принимаем :

а) определяем оптимальную высоту балки

где -толщина стенки



Принимаем толщину стенки равной .

-коэффициент принимаемый для сварных балок

б) из условия жесткости определяем минимальную высоту балки

где - предельный относительный прогиб главной балки

- пролет главной балки

Принимаем оптимальную высоту балки .

Проверка принятой толщины стенки на срез от .

;

в) находим требуемую площадь поперечного сечения пояса принимаем толщину поясов

г) определяем ширину пояса

Принимаем .

Тогда

Принимаем ;

удовлетворяющая условию

Вычисление геометрических характеристик скомпонованного сечения главной балки:

Проверка прочности главной балки по нормальным напряжениям:

(условие выполняется).

Проверка прочности главной балки по касательным напряжениям:

(условие выполняется).

3.2 Изменение сечения главной балки по длине

Сечение балки меняем за счет изменения ширины полки при сохранении ее толщины на расстоянии .

Определяем требуемый момент сопротивления измененного сечения.

- по конструктивным требованиям.

Принимаем пояса из стали 24030 мм.

Вычисление геометрических характеристик измененного сечения главной балки:



Проверка измененного сечения балки.

По нормальным напряжениям:

(условие выполняется).

По касательным напряжениям:

-расчетное сопротивление стали сдвигу.

(условие выполняется).

Проверка по приведенным напряжениям в месте изменения сечения.

(условие выполняется).

Расчет поясных швов. Угловые швы двусторонние выполняются автоматической сваркой в заводских условиях.

Сварочный материал - проволока Св-08.



где - коэффициенты работы шва согласно п.п. 11.2*[1];

согласно табл. 34[1];

согласно табл. 34[1].

;

Определяем погонное сдвигающее пояс усилие, приходящееся на 1 см длины швов.

- статический момент пояса относительно нейтральной оси.

Принимаем шов .

.

Согласно табл. 38[1] принимаем .

- условие выполняется.

- условие выполняется.

3.3 Местная устойчивость элементов балки

Проверка устойчивости полки на сжатие.

Принимаем что свес не окаймленный и расчет производим в пределах упругих деформаций (по п. 7.24):

где - ширина свеса сжатого пояса полки;

- толщина свеса;

- расчетное сопротивление стали;

- модуль упругости стали.

- местная устойчивость полки на сжатие обеспечена.

Проверка устойчивости стенки.

Устойчивость стенки балки требуется проверять при выполнении условия (по п. 7.3):

- нужны поперечные ребра жесткости

где - условная гибкость стенки.

Расчет на устойчивость стенки балки симметричного сечения, укрепленной только поперечными основными ребрами жесткости следует выполнять по формуле:

- коэффициент условия работы;

Определяем устойчивость балки на расстоянии от опоры.

;

;

(т.к. по таблице 22 ) следовательно по таблице 21



где - меньшая из сторон пластинки ( )

4. Расчет монтажного стыка балки

Сварной стык.

Стык стенки выполняется посередине главной балки, где , .

Момент инерции стенки:

Изгибающий момент у стенки:

Момент инерции полок:

Изгибающий момент, приходящийся на полку:

Расчетное усилие в поясах:

Расчётная длина шва:

Задаем , что больше по табл.38*.

;

Расчет сварного шва крепления накладки к стенке балки односторонним швом полуавтоматической сваркой проволокой Св-08ГА.

,

расчет ведем по металлу границы сплавления.

Стык поясов:

;

Задаем , что больше по табл.38*.

;

5. Расчет опорной зоны балки

Главная балка примыкает к колонне сбоку. Нагрузка передается через опорные торцевые ребра на специальные опорные столики колонн.

Расчет торца опорного ребра на смятие:

где - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности при наличии пригонки - строжки (по прил.1/2/).

Принимаем ребро размерами и .

Проверка на устойчивость опорной зоны балки:

Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

по табл.72 /1/

(условие выполняется).

Расчет сварного шва крепления опорного ребра к стенки балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Св-08ГА.

; - коэффициенты расчета углового шва по металлу границы сплавления и по металлу шва (по табл.5.3 /3/);

- расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления (по прил.4 /3/);

- расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва (по табл.5.1 /3/).

Принимаем шов приведенного в табл.5.4 /3/ и .

Длинна рабочей части шва:

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

6. Расчет и конструирование колонны сплошного сечения

Принимаем колонны из стали С245 () по ГОСТ 27772-88.

- полная высота колонны

- расчетная длинна колонны

Расчетная нагрузка на колонну с учетом собственного веса, условно принятым :

Задаемся гибкостью и соответствующим значением по табл.72 /1/.

Требуемый радиус инерции:

Принимаем

Принимаем .

Принимаем .

Площадь подобранного сечения:

Проверка подобранного сечения по нормальным напряжениям:

- условие выполняется.

Проверка подобранного сечения на местную устойчивость.

Устойчивость стенки по табл.8.5 /2/:



(условие выполняется).

Устойчивость полки:

(условие выполняется).

Устойчивость колонны обеспечена.

7. Расчет и конструирование оголовка колонны

Принимаем толщину опорного столика .

Ширина .

Принимаем приварку опорного столика к стенке двутавра ручной сваркой с катетом шва , что равно приведенного в табл.5.4 /3/:

- выполняется.

.

Проверяем по металлу шва:

- условие выполняется.

Определяем усилие в верхней накладке.

Момент инерции стенки:

Часть момента воспринимаемая стенкой:

Момент приходящийся на полку:

Принимаем сечение накладки из листа 240х30

Проверка накладки по нормальным напряжениям:

Расчет сварного шва крепления накладки угловыми швами полуавтоматической сваркой проволокой Св-08ГА.

,

расчет ведем по металлу границы сплавления.

,

Принимаем:

8. Расчет сопряжения второстепенной балки с главной

Опирание второстепенных балок на главную выполняется в одном уровне, с целью уменьшения строительной высоты. Сопряжение балок осуществляется с помощью поперечных ребер жесткости на сварке.

Оставляем 10мм на непровар.

Принимаем для Ст 235 сварку электродами Э42 (по табл.55/1/).

По табл.56/1/ ,

По табл.3/1/

По табл.38/1/ принимаем минимальный катет шва .

9. Расчет базы колонны

1. Определение размеров опорной плиты в плане.

Принимаем бетон марки В15 с расчетным сопротивлением на осевое сжатие .

Определяем площадь опорной плиты:

Принимаем: ; .

,тогда:

Принимаем

Принимаем плиту с размерами в плане 700Ч700мм. Размеры верхнего обреза фундамента устанавливаем на 10см больше размеров опорной плиты.

Проверим справедливость назначения .

Перерасчет плиты не требуется.

2. Определение толщины опорной плиты

Среднее напряжение в фундаменте:

. Прочность бетона фундамента обеспечена.

На консольных участках:

На участках, опертых по трем сторонам:

- длинна закрепленной стороны;

- длинна свободной стороны.

;

На участках, опертых по четырем сторонам:

- длинная сторона

- короткая сторона

;

Принимаем толщину плиты

3. Расчет траверсы

Толщину траверсы приняли . Высоту определяем из условия размещения сварных швов, выполненные ручной сваркой.

Проверяем по металлу шва.

Прикрепляем четырьмя сварными швами с катетом швов , что больше .

Принимаем

Нагрузка на 1 погонный см одного листа траверсы:

Изгибающий момент в месте приварке траверсы к колонне и поперечная сила:

Проверка на прочность траверсы по нормальным и касательным напряжениям:

=

(условие выполняется).

4. Расчет швов, прикрепляющих траверсы к опорной плите:

Принимаем

10. Расчет анкерных болтов

где - расстояние от центра тяжести сжатой части эпюры напряжений до геометрической оси колонны;

- расстояние от центра тяжести сжатой части эпюры напряжений до оси анкерных болтов в растянутой зоне.

Требуемая площадь болтов:

Принимаем болты из стали 09Г2С диаметром 36 мм А_б=8,16 см².

Список литературы

металлическая конструкция балка монтажный анкерный

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП,1995.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП,1996.-44с.

3. Беленя Е.И. Металлические конструкции / Е.И. Беленя и др. - М.: Стройиздат,1986.-560с.

4. Металлические конструкции: В 3 т.Т.1. Элементы стальных конструкций / Ред. В.В. Горев.Е.И. - М.: Высшая школа ,1997.-527с.

Размещено на Allbest.ru