Рабочая площадка производственных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Рабочая площадка производственных зданий предназначена для размещения технологического оборудования, материалов, изделий, транспортных средств и обслуживающего персонала. Конструктивными элементами площадки являются: настил, балочная клетка и колонны.

Применяется настил плоский или ребристый выполненный из листовой стали С235. Настил передает нагрузку на балочную клетку, представляющую собой систему главных и второстепенных балок.

Главные балки располагаются вдоль большего шага колонн и проектируются сварными. Второстепенные балки несут меньшую нагрузку и пролеты, поэтому они выполняются из прокатных двутавров или швеллеров.

Второстепенные и главные балки соединятся между собой монтажными узлами в пониженном уровне.

Колонны в рабочей площадке проектируется центрально-сжатыми, состоящими из оголовка, сквозного стержня и базы.

1. Разработка схемы балочной клетки нормального типа

При проектировании площадки основной задачей является получение рациональной балочной клетки. Рациональной будем называть балочную клетку, которая удовлетворяя техническим требованиям производства, имеет меньший расход стали, требует меньшей затраты труда на изготовление и монтаж.

1.1 Расчет плоского стального настила

Стальной настил прикрепляется сваркой к балке (ребрам). При промежуточных отношениях 50<lн/t<300, что наиболее часто встречается в практике, настил работает на изгиб с растяжением.

Если нагрузка на настил не превышает 40-50 кПа, а требуемый прогиб не более 1/150, то его рассчитывают по второй группе предельных состояний - по жесткости.

Марка стали С255: Ryn=245 МПа; Ry=240 МПа;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Расчетная схема настила.

Предельный прогиб составляет 1/200, значит вычисление пролёта настила определяем по формуле:

где t - толщина настила, 12 мм;

- нормативная временная нагрузка на настил, 26 кПа.

Принимаем по ГОСТ 82-70: 850мм.

Для расчета настила вырезаем полосу

Определяем цилиндрическую жёсткость:

где - модуль упругости стали;

- коэффициент Пуассона.

Определим балочный прогиб настила от нормативной нагрузки и балочный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

;

Величина б определяем из кубического уравнения:

Решая это уравнение, получим б=0,34.

Определим изгибающий момент и прогиб с учетом распора:

Расчетный прогиб: Жесткость обеспечена.

Распор, возникающий в настиле, шириной 1 см:

Напряжение в настиле:

Прочность настила обеспечена.

Определяем катет одностороннего стального шва, прикрепляющего настил к второстепенным балкам

Сварной шов воспринимает распор. Для ручной сварки при электроде Э-42 по таблице 34 [1] коэффициенты формы принимаем равными вf = 0,7, вz = 1,0.

Определяем расчетное сопротивление по металлу шва, согласно

таблице 56 [1], Rwf= 180МПа; расчетное сопротивление по металлу границы сопротивления определяем из формулы:

,

где Run- нормативное сопротивление стали, принимаемое согласно

таблице 51 [1], Run= 370 МПа.

МПа.

Определяем соотношение Rwf вfwRwz вz;

так как Rwf вf<Rwz вz (180•0,7МПа<166,5•1,0)МПа

(126<166,5), то расчет ведем по сечению металла шва.

Определяем катет шва:

По таб. 38 [1] принимаем минимальный катет сварного шва при наибольшей толщине свариваемых элементов 12 мм: 6 мм.

1.2 Определение шага второстепенных балок с плоским настилом

Согласно заданию принят нормальный тип балочной клетки.

Шаг балок, при котором масса балочной клетки получается наименьшей, будем называть оптимальным.

Шаг второстепенных балок с плоским настилом при нормальной балочной клетке:

где - пролет настила;

а - зазор для размещения сварных швов и удобства монтажа настила, принимается 2-5 см.



Рисунок 2- Схема расположения балок при плоском настиле.

Для определения массы элементов площадки произведем их упрощенный расчет, заключающийся в подборе номера прокатного двутавра, исходя из условия прочности.

Подбор сечения прокатных балок как в упругой стадии работы, так и с учетом развития пластических деформаций произведем, используя условие прочности. Предварительно найдем нормативную и расчетную погонные нагрузки.

Нормативная погонная нагрузка на второстепенную балку:

Расчетная погонная нагрузка на второстепенную балку:

где - объемный вес стали (78,5 кН/м3);

- нормативная нагрузка на настил;

- шаг второстепенных балок;

- коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса конструкций;

- коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки.

Расчет в упругой стадии

Прочность балки в упругой стадии работы обеспечивается, если:

,

где М - наибольший момент в балке;

- момент сопротивления сечения нетто;

- коэффициент условия работы, равный 1,1.

Наибольший момент в балке:

Требуемый момент сопротивления:

где - расчетное сопротивление стали С255, равное 240 МПа (таб.51 [1]).

Принимаем по сортаменту двутавр №27 (ГОСТ 8239-72*):; ;

Проверяем жесткость:

Принятое сечение удовлетворяет условиям жесткости.

Расчет в упругопластической стадии.

Прочность разрезных балок, изгибаемых в одной плоскости, проверяем по формуле:

где с1 = 1,07 - коэффициент, учитывающий влияние пластичности при одновременном действии М и Q (предварительно принимается в пределах 1,05…1,1)

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №27 (ГОСТ 8239-72*):; ;

h =270мм; b =125мм; d =5.6мм; t =9,8мм.

с1 = 1.083

Проверка прочности:

(условие выполняется).

Проверяем жесткость:

Данное сечение дает большой запас по прочности, но если мы примем двутавр №24:

условие не выполняется, значит принимаем двутавр №27.

1.3 Определение шага второстепенных балок с ребристым настилом

Шаг второстепенных балок с ребристым настилом при нормальной балочной клетке:

где В - шаг главных балок, равный 4,5м.

Принимаем шаг второстепенных балок 1200 мм.

Вычисленные величины шагов второстепенных балок и ребер настила должны быть увязаны с пролетом и шагом главных балок, а также со стандартной шириной настила. Увязку этих величин производят соответствующей корректировкой полученных при расчете размеров, помня, что изменение шага балок на 25-35% от оптимальных его значений приводит к изменению массы площадки всего лишь на 2-3%. При компоновке балочной клетки следует избегать размещения второстепенных балок непосредственно над опорами главных балок. Это достигается смещением их на полшага b1/2 или постановкой спаренных балок с зазором от оси на расстоянии 200,,,400мм.

Принимаем стандартную ширину настила 1550 мм по ГОСТ 19903-74, плюс зазор для размещения сварных швов и удобства монтажа настила 50 мм,

Для определения нагрузки на второстепенную балку, определим размеры ребра настила и проверим его на прочность.

Рисунок 3 - Поперечное сечение ребра.

Расчет сечения ребра

Расчетная нагрузка, действующая на ребро:

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

;

Размеры ребра находим из выражений:

принимаем h=70 мм.

принимаем толщину 10 мм.

Определим центр тяжести сечения:

Определим геометрические характеристики сечения:

Проверка прочности сечения:

Данное сечение удовлетворяет требованиям прочности.

Прочность одностороннего шва, соединяющего ребро с настилом, при его минимальной толщине kf=6 мм (табл.38 [1]) проверяем по формуле:

где Q - расчетная поперечная сила для ребра настила;

S - статический момент листа относительно нейтральной оси;



Прочность шва обеспечена.

1.4 Расчет второстепенной балки с ребристым настилом

Рисунок 4 - Схема расположения балок при ребристом настиле.

Нормативная погонная нагрузка на второстепенную балку:

Расчетная погонная нагрузка на второстепенную балку:

Прочность балки в упругой стадии работы обеспечивается, если:

,

где М - наибольший момент в балке;

- момент сопротивления сечения нетто;

- коэффициент условия работы, равный 1,1.

Наибольший момент в балке:

Требуемый момент сопротивления:

где - расчетное сопротивление стали С255, равное 240 МПа.

Принимаем по сортаменту двутавр №30 (ГОСТ 8239-72*):; ;

Проверяем жесткость:

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Проверим прочность в упругой стадии:

Данное сечение дает большой запас по прочности, но если мы примем двутавр №27:

условие не выполняется, значит принимаем двутавр №30.

1.5 Расчет в упругопластической стадии

где с1 = 1,07 - коэффициент, учитывающий влияние пластичности при одновременном действии М и Q (предварительно принимается в пределах 1,05…1,1)

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №30 (ГОСТ 8239-72*):; ;

h =300мм; b =135мм; d =6.5мм; t =10.2мм.

с1 = 1,095

Проверка прочности:



(условие выполняется)

Проверяем жесткость:

1.6 Сравнение вариантов

Для выбора экономически выгодного варианта необходимо определить расход стали на балки, ребра и настил. Длину сварных швов и количество узлов сопряжения на секцию.

Настил плоский:

; кг/м2;

второстепенная балка:

кг/м2

кг/м2

Ребристый настил:

; кг/м2;

кг/м2;

кг/м2- масса ребра.

кг/м2

Количество сварных швов для крепления настила:

Плоский настил:

Ребристый настил:

;

Таблица 1 - Сравнение вариантов типов балочной клетки и типов настила.

Вари ант	Тип балочной клетки и настила	Масса площадки, кг/м2	Число узлов сопряжения на секцию	Длина сварных швов на 1 м2 площадки, м
				По балкам настила	По ребрам настила	Всего сварных швов
1	Нормального типа с плоским настилом	95.12	24	2.2		2.2
2	Нормального типа с ребристым настилом	95.21	18	1,53	1.17	2.7

Принимаем вариант с плоским настилом, с шагом второстепенных балок 900 мм в связи с меньшей массой и меньшей длиной сварных швов.

1.6 Проверочные расчеты элементов балочной клетки

Данные расчеты выполняются с целью проверки прочности и жесткости балок в принятом варианте. Изгибающие моменты для этих элементов вычисляем с учетом собственного веса конструкций. Нагрузку для каждого элемента подсчитываем в табличной форме.

Таблица 2 - Нагрузки, действующие на второстепенную балку, кПа.

Наименование нагрузок	Нормативная, кПа	гf	Расчетная, кПа
Настил, t=12мм	0,012·78,5=0,942	1,05	0,99
Балка второстепенная двутавр 27	0,351/1,1=0,319	1,05	0.335
Нормативная нагрузка на площадку	26	1,2	31,2
ИТОГО	=27,26		=32,52

Нормативная погонная нагрузка на второстепенную балку:

Расчетная погонная нагрузка на второстепенную балку:

Проверяем прочность прокатных балок:

Наибольший момент в балке:

Проверяем жесткость:

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

2. Проектирование главной балки

2.1 Определение нагрузок и расчетных усилий в балке

Рисунок 5 - Расчетная схема главной балке.

На главную балку действует давление второстепенных балок и равномерно распределенная нагрузка от собственного веса.

В=4,5м-шаг главных балок;

L=16м - пролет главной балки;

где 1,02 - коэффициент, учитывающий массу главной балки;

2.2 Подбор сечения сварной балки. Проверка ее прочности, жесткости и устойчивости (общей и местной)

балочная клетка рабочая площадка

Минимальная высота балки из условия требуемой жесткости при [f/l]=1/400, no=400:

где - расчетное сопротивление стали, по табл.51 [1] для листовой стали толщиной от 10 до 20 мм стали С255 ;

- коэффициент условия работы, принимаемый по табл. 6 [1];

- пролет балки;

- величина, обратная предельному прогибу, для главных балок рабочих площадок равная 400;

- максимальный момент в балке от нормальной нагрузки, кН·м;

- максимальный момент в балке от расчетной нагрузки, кН·м;

Высота балки при усредненной гибкости стенки:

Высота стенки балки: ;

Толщина стенки:

- Из условия прочности на срез:

Где МПа - расчетное сопротивление стали на срез.

- Из условия постановки поперечных ребер.

принимаем по ГОСТ 82-70.

Оптимальная высота балки из условия минимума массы:

где к = 1,1 для балок переменного сечения.

142…148=148см;

.

По (ГОСТ 19903 - 74) принимаем 1600мм, 10 мм.

Площадь одного пояса:

Ширину пояса находим из условия:

принимаем 450мм.

Тогда

принимаем 20мм.

Проверка местной устойчивости пояса

где bef - расстояние от грани стенки до края поясного листа.

Для снижения массы балки уменьшаем ширину её пояса на приопорном участке:

Рисунок 6 - Схема изменения ширины пояса на опоре

Для нахождения определяем



Ширина пояса балки должна быть не менее:

Принимаем 250мм по ГОСТ 82-70*.

Проверочные расчеты главной балки.

По предварительно заданным размерам пояса и стенки вычерчиваем в масштабе поперечные сечения главной балки, и определяют их геометрические характеристики.

На опоре: 1600х10мм; 250х20мм;

В пролете: 1600х10мм; 450х20мм.

Геометрические характеристики сечений:

- в середине пролета:

Момент инерции:

Момент сопротивления:



Проверяем жесткость:

,

условие жесткости выполняется.

Статический момент площади пояса:

Статический момент площади полусечения:

Рисунок 7 - Поперечное сечение главной балки на опоре и в пролете.

- на опоре:

Момент инерции:



Момент сопротивления:

Длина приопорного участка, на котором

, 3,4м.

Статический момент площади пояса:

Статический момент площади полусечения:

Проверка напряжений:

- нормальных, в середине пролета:

- касательных на опоре:

Проверка стенки балки на совместное действие нормальных и касательных напряжений:

Проверка прочности стенки в месте изменения ширины полки:

где Mx - изгибающий момент в балке на расстоянии 3.4 м, равный

где Qx - поперечная сила на расстоянии 3.4 м, равная:

Проверяем прочность стенки на совместное действие нормальных и касательных напряжение в месте изменения ширины полки:

Условие выполняется.

Проверка общей и местной устойчивости балки.

.

Общая устойчивость обеспечена.

Местная устойчивость стенки зависит от нормальных и касательных напряжений и от условия гибкости стенки:

стенку балки раскрепляют основными поперечными ребрами.

необходимости в устройстве парных продольных ребер нет.

принимаем 95мм по (ГОСТ 103 - 76*).

Ребро выполняют из полосовой стали принимаем:

Рисунок 8 - Схема укрепление стенки балки ребрами жесткости.

Таблица 3. Расчет местной устойчивости стенки балки.

№ п/п	Формула или обозначение	Отсеки
		1	2	3
1	q, кН/м	149.27	149.27	149.27
2	х, м	1	2.1	3.4
3	кН•м	896	1709	3063
4	IX, см4	521760	521760	806526
5	, МПа	107.3	204.7	237.4
6	кН	821	657	164
7	МПа	82.1	65.7	16.4
8		29.3	29.3	29.3
9		2.9	2.9	5.1
10		33.43	33.43	34.47
11	, м	125	125	125
12	, м	110	110	110
13		1.1	1.1	1.1
14	, МПа	240	240	240
15	, МПа	139.2	139.2	139.2
16		282	282	291
17		4.7	4.7	4.7
18		115	115	115
19		0.81	0.92	0.83

Так как во всех сечениях условие выполняется, то в установке продольных ребер нет необходимости. Местная устойчивость обеспечена.

2.3 Расчет поясных швов и опорных ребер главной балки

Поперечная сила при изгибе балки вызывает сдвиг поясов относительно стенки. Этому сдвигу препятствуют сварные поясные швы. Помимо сдвигающих сил швы могут воспринимать также местные нагрузки (давление второстепенных балок), если эти воздействия передаются непосредственно на стенку через пояс. При передаче сосредоточенной нагрузки через ребра жесткости швы рассчитывают только на сдвиг.

Поскольку выбираем полуавтоматическую сварку, то отдаем предпочтение сварочной проволоке Св-08А.

Расчетные характеристики материалов металла шва:

; ; . (т. 34 [1])

В таб. 55 [1] выбираем сварочную проволоку Св-08А.

В таб. 56 [1] по сварочной проволоке

=> расчёт ведём по металлу шва.

Минимальный катет шва, принимаем по таблице 38 [1] в зависимости от вида сварки и толщины соединяемых элементов.

6мм

;6мм >1,5 мм, то принимаем 6мм.

Расчет опорного ребра балки.

Давление балки на оголовок колонны передается через опорное ребро (стойку). Опорные ребра могут располагаться в торце балки. Торец ребра фрезеруется.

Рисунок 9- Опорное ребро главной балки

Опорные ребра рассчитываем на смятие и устойчивость:

На смятие:

МПа, таблица 51 [1].

принимаем опорное ребро 250х14мм.

Условие выполняется.

Проверка на устойчивость:

Расчетная площадь стойки

;0,937

Вывод: условие на смятие и устойчивость опорного ребра выполнено.

Определим катет сварных швов по формуле:

Принимаем катет равным 6 мм. Проверяем длину рабочей части шва:

Ребро привариваем к стенке по всей длине сплошными швами.

Расчет узлов сопряжения второстепенных балок с главной.

При сопряжении балок в пониженном уровне второстепенные балки прикрепляют к поперечным ребрам главной болтами нормальной точности.

Число болтов определяют по формуле:

Опорное давление второстепенной балки:

Выбираем болт класса 5,6 нормальной точности.

Несущая способность болта на срез

Несущая способность болта на смятие

По таблицам 58, 59 [1].

Напряженное состояние на срез: 190 МПа;

Напряженное состояние на смятие: 475МПа;

1(по таблице 35 [1]).

6,5мм; .

Принимаем болты диаметром 20 мм

На срез:

На смятие:

Выбираем и вычисляем необходимое количество болтов:

Принимаем 3 болта Ш 20 мм.



Рисунок 10 - Схема сопряжения главной и второстепенной балок

Расчет стыка главной балки

В случае, когда перевозка целых балок по условиям габарита затруднена балку изготавливают на заводе в виде отправочных марок. Укрупнительная сборка балок осуществляется на монтажной площадке с помощью стыков. Стык удобно устраивать посередине балки, так как в этом случае получается две одинаковые марки.

При высоте сечения более 1 м стыки осуществляются на высокопрочных болтах.

При расчете стыков на высокопрочных болтах сначала вычисляем усилие в накладке по формуле:

где - момент, воспринимаемый поясом,

;

- моменты инерции балки и поясов относительно нейтральной оси;

h - высота балки.

Число болтов в поясной накладке по одну сторону от оси стыка определяется по формуле:

где k - число плоскостей трения, равное 1;

- несущая способность высокопрочного болта при одной плоскости трения:

где Р - натяжение высокопрочного болта:

- расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; ( - временное сопротивление болта (таб. 61* [1], для болтов Ш24 марки 30Х3МФ, ГОСТ 4543-71*)

- площадь сечения болта, для болтов диаметра 24 мм равная 3,52 см2 (табл. 62* [1]);

- соответственно коэффициенты трения и надежности (табл. 36* [1]);

- коэффициент условий работы соединений зависит от числа болтов: =0,8 при n<5, =0,9 при 5<n<10, =1 при n>10.

Принимаем в поясной накладке по одну сторону от оси стыка 12 болтов диаметра 24мм марки 30Х3МФ, ГОСТ 4543-71*.

При расчете болтового соединения стенки предварительно устанавливаю геометрия стыка - число рядов болтов и их шаг. Для компактности стыка шаг и дорожку болтов следует принимать предельно минимальными.

Стык стенки рассчитывают на поперечную силу и момент в стенке:

Поперечная сила в середине балки равна Q=0, поэтому усилие в болте от поперечной силы

Прочность соединения определим по формуле:



Наибольшее усилие в болте от изгибающего момента равно:

где n - количество болтов по одну сторону стыка стенки;

m - количество вертикальных рядов болтов по одну сторону от стыка;

- расстояние между болтами.

Наибольшее усилие в болте:

Прочность соединения:

Условие выполняется.

Если мы примем расстояние между болтами 80 мм, то прочность соединения не будет удовлетворять условиям.



Рисунок 11 - Стык балок на высокопрочных болтах

3. Проектирование колонны

Полная длина колонн с оголовком и базой при наличии заглубления

где - расстояние от пола до верха настила, 13,4м;

- заглубление базы, равное 0,15 м;

- строительная высота, 2м;

1640+270+20+12=1942мм.

13,4+0,15-1,942=11,6м

Нижний конец колонны жестко закреплен в фундаменте, а верхний - шарнирно соединен с главными балками, поэтому =0,7, и расчетная длина колонны в обеих плоскостях принимается:

м

Колонна рассчитываются на силу:

где - опорное давление главной балки, равное 1194,16кН.



Рисунок 12 - Конструктивная и расчетная схемы колонны

3.1 Подбор сечения центрально-сжатой сплошной колонны

Центрально сжатые колонны рассчитывают методом попыток. Коэффициент продольного изгиба задают в пределах . Требуемую площадь сечения определяют из условия устойчивости по формуле:

Выбираем

где - расчетное сопротивление стали, по табл.51 [1] для фасонной стали толщиной от 10 до 20 мм стали С255 ;

По требуемой площади выбираем подходящий номер прокатного элемента и определяем действительную гибкость стержня.

3.1.1 Сплошная колонна из двух уголков

Рисунок 13 - Схема сплошной колонны из 2-х уголков

По требуемой площади выбираем подходящий номер прокатного элемента и определяем действительную гибкость стержня.

Для 2-х уголков определяем оптимальное сечение исходя из требуемого, получаем, что нам подходит 2 L 200х20:

Геометрические характеристики: 76,5смІ;

Геометрические характеристики сечения:

Гибкость стержня:

Условие выполняется.

Определяем значение коэффициента

Проверка стержня колонны на устойчивость по площади брутто:

Условие выполняется, значит, принимаем два уголка 200х20.

3.1.2 Колонна из 3-х двутавров

Рисунок 14 - Схема сплошной колонны из 3-х двутавров

Принимаем 3 двутавра №27 по ГОСТ 8239-72*.

Геометрические характеристики 27: 40,2смІ;

Геометрические характеристики сечения:

Гибкость стержня:



Определяем значение коэффициента

Проверка стержня колонны на устойчивость по площади брутто:

;

Данное сечение удовлетворяет требованиям.

3.1.3 Колонна из электросварной трубы

По требуемой площади выбираем подходящий диаметр электросварной трубы и определяем действительную гибкость стержня:

По сортаменту выбираем

Рисунок 15 - Схема сплошной колонны из электросварной трубы	0,8; D=377мм;10мм;115см2;13мм. 0,794;

3.1.4Колонна из трех листов

Рисунок 16 - Схема сплошной колонны из 3-х листов

Принимаем b=h. При подборе сечения задаемся: и вычисляем радиус инерции:

По радиусу инерции устанавливаем ширину колонны:

0,685

При неизменной ширине пояса, его толщина: для обеспечения местной устойчивости пояса принимаем 16мм.



для обеспечения местной устной устойчивости стенки принимаем 8мм.

Принимаем сечение: 400х8мм; 420х14мм.

; 0,764

Для обеспечения местной устойчивости пояса необходимо соблюдение условия:

где

;

Местная устойчивость стенки считается обеспеченной, если:

3.2 Подбор сечения сквозной колонны

Сквозные колонны состоят из ветвей, соединенных планками. Основным условием проектирования сквозных колонн является обеспечение их равноустойчивости в обеих плоскостях, так как в этом случае достигается наилучшее использование металла.

Подбор профиля приведен в таблице 4:

Таблица 4

Номер профиля	ГОСТ	Площадь, см2	Радиус инерции,см	Гибкость		Напряжение, МПа	Масса 1 м, кг
Швеллер 30	8240-89	40,5	12	69	0,765	362	31,8
Швеллер 33	8240-89	46,5	13,1	63	0,795	303,7	36,5
Швеллер 36	8240-89	53,4	14,2	58	0,819	256,7	41,9
Швеллер 40	8240-89	61,5	15,7	52	0,848	215,3	48,3

Из выше представленной таблицы видно, что оптимальным сечением является двутавр №36, так как колонна будет меньшей массы.

Принимаем по сортаменту два швеллера 40 ГОСТ 8240 - 89 [10]. Геометрические характеристики. 61.50 смІ; 15.7см; 3,23см.

2·61.5=123смІ;

Расчет относительно оси Х.



Рисунок 13 - Схема сечения сквозной колонны

Гибкость стержня:

определяем значение коэффициента 0,848

Проверка стержня колонны на устойчивость:

Расчет относительно оси Y.

Задаем гибкость ветви:

Высота планки: принимаем 200 мм.

Принимаем толщину планки 8мм.

Расстояние между планками: 26·3.23=84см; Принимаем 840мм;

Ширина колонны в осях: 2·15,7=31,4см; принимаем 32см.

Расстояние между центрами планок: 84+20=104см.

Момент инерции планки:

Соотношение жесткости ветви и планки:

Гибкость колонны относительно свободной оси:

Радиус инерции:

Расстояние, при котором колонна равноустойчива:

Принимаем 360см;

Рисунок 14 - Схема сквозной колонны на планках

Проверяем устойчивость колонны относительно свободной оси:

Соотношение жесткостей:

Приведенная гибкость:

определяем значение коэффициента 0,863

Условие выполнено.

Сравнение вариантов

Для сравнения вариантов необходимо подсчитать расход стали на прокатные, профили, составляющие стержни колонн, и количество сварных швов для крепления прокатных профилей между собой.

Показатели по каждому варианту сведём в таблицу 5.

Таблица 5. Сравнение вариантов колонн

Вариант	Тип сечения колонны	Масса колонны, кг/м	Длина сварных швов на 1 м длины колонны, м
			по прокатным профилям	по планкам колоны	всего сварных швов
1	Три двутавра №27	94.5	2	0	2
2	Круглая туба (377х10)	90.51	0	0	0
3	Два уголка (200х200х20)	120,2	2	0	2
4	Три листа	127,17	4	0	4
5	Сквозная колонна (два швеллера №40)	96.6	0	0.48	0,48

Наиболее экономичной является сплошная колонна из электросварной трубы.

Для дальнейшей разработки принимаем сквозную колонну (согласно заданию).

3.3 Расчет соединительных планок

Рисунок 15 - Схема крепления соединительной планки.

Планки рассчитывают на условную (фиктивную) поперечную силу, которая вызывает срез и изгиб планки. При рассмотрении равновесия узла имеем:

Срезающая сила

Изгибающий момент

Условная поперечная сила

где с - принимаем в зависимости от , с =0,25кН

Коэффициент принимаем меньший из двух

Принимаем 0,84

Получаем:

Расчетные характеристики материалов металла шва для полуавтоматической сварки:

; . (т. 34 [1])

В таб. 55 [1] выбираем электрод марки Э 42

В таб. 56 [1] по электроду

=> расчёт ведём по металлу шва.

Задаем 7мм

0,7·0,9·20=12,6смІ;

.

Условие выполняется.

3.4 Проектирование оголовка и базы с траверсой

Сопряжение оголовка со стержнем колонны при кН рационально осуществлять при фрезерованном торце стержня. В этом случае размеры плиты оголовка назначаются конструктивно, со свесами по 15 - 20 мм для наложения сварных швов. Толщина плиты принимается не менее 20 мм.

Принимаем плиту оголовка 400х420 мм

Рисунок 16 - Схема оголовка колонны.

Рисунок 17 - Схема базы колонны с траверсой



принимаем 600 мм (ГОСТ 82-70)

где, толщина траверсы, принимаем, 10 мм;

k- вылет консоли, необходимый для размещения анкерных болтов, равный 65-80 мм.

Длина плиты:

;

N - расчетная нагрузка на колонну;

- расчетное сопротивление бетона смятию;

- расчетное сопротивление материала фундамента. Класс бетона по заданию С12/15, .

- коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии, в первом приближении он равен - .

Сопряжение базы со стержнями колонны осуществляется при фрезерованном торце стержня конструктивными сварными швами. Опорную плиты в этом случае принимаем квадратной B=600мм

кН/м2

Определив размеры плиты, вычисляем её толщину по наибольшему изгибающему моменту на единицу длины поперечного сечения. Величина этого момента в участках плиты зависит от условия опирания.

При опирании пластинки по четырем сторонам момент вычисляется по формуле:

.

- коэффициент, зависящий от отношения большей стороны пластинки к меньшей.

; получим 0,048 b0=415-2·8=399мм

Рисунок 18- Схема участка 1

Определим момент:

При опирании пластин по трем сторонам

- коэффициент, зависящий от отношения меньшей стороны пластинки к большей.

получим 0,06 b1=(600-415)/2=92,5мм

Рисунок 19- Схема участка 2

Изгибающий момент консольной части плиты

Рисунок 20- Схема участка 3

Принимаем 63.6кН·м;

Толщину плиты вычисляем из условия её прочности на изгиб по наибольшему из найденных моментов

Принимаем толщину плиты 40 мм

Усилия от колонны на траверсу передается через вертикальные швы. Суммарная длина этих швов определяется по формуле:

принимаем 8мм

Необходимая высота траверсы:

.

Принимаем 480мм.

Проверка траверсы на прочность

Принимаем

Определяем катет горизонтального шва:

;

принимаем 10 мм.

где длина горизонтальных швов: 600+92,5+92,5=785мм

3.5 Проектирование базы с фрезерованным концом колонны их трех листов

При фрезерованном торце стержня колонны плиту обычно принимают квадратной.

принимаем плиту размеров 530х530 мм.

где N - расчетная нагрузка на колонну;

- расчетное сопротивление бетона смятию;

- расчетное сопротивление материала фундамента. Класс бетона по заданию С12/15, .

- коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии, в первом приближении он равен - .

Опорная плита работает как пластина на упругом основании, однако в целях упрощения расчета давление под плитой принимаем равномерно распределенным. Изгибающий момент по грани колонны вычислим по формуле:

где , А - площадь трапеции, А=0,5•(В+b)•a=0.5•(53+42)•3,8=174,8см2;

Е - расстояние от центра тяжести трапеции до грани колонны; е=а•(2B+b)/3•(B+b)=3,8•(2•53+42)/3•(53+42)=2см;

Толщина плиты по найденному моменту из условия прочности на изгиб равна:

= 35

принимаем толщину плиты 40 мм.

Рисунок 18 - База с фрезерованным концом стержня колонны

4. Защита металлических конструкций от коррозии

Не защищённая от действия влажной атмосферы, а иногда (что ещё хуже) атмосферы, загрязнённой агрессивными газами, сталь коррозирует (окисляется), что постепенно приводит к её полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Хотя алюминиевые сплавы обладают значительно большой стойкостью против коррозии, при неблагоприятных условиях они также коррозируют. Хорошо сопротивляется коррозии чугун.

Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь различных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными плёнками (лаки, краски и т.п.), а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для защиты и очистки.

Для нашего случая выбираем нормальный влажностный режим помещения, внутри отапливаемых зданий и на открытом воздухе.

Для данного режима принята степень агрессивного воздействия среды на стальные конструкции - неагрессивная, а для конструкций находящихся на открытом воздухе - слабоагрессивная.

Защиту конструкций от коррозии производим лакокрасочными материалами по группе I - 2(55), лаком ПФ-170 (ГОСТ 15907-70) по грунтовке Ф-020.

Литература

1 СНиП II-23-81* «Стальные конструкции». Нормы проектирования. - М., 1990.

2 ТКП 45-2.01.-111-2008 (02250) Защита строительных конструкций от коррозии. Строительные нормы и правила. - Введ. 08.09.2008. - Минск: Минстройархитектура РБ, 2009. - 83с.

3 Металлические конструкции: учеб. Для строит.вуз. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций / В.В. Горев [и др]: под.ред. В.В. Горева - М.: Высш. шк., 2001. - 551 с.

4. Металлические конструкции: учеб. Для строит.вуз. В 3 т. Т.2. Конструкции зданий / В.В. Горев [и др]: под.ред. В.В. Горева - М.: Высш. шк., 2002. - 528 с.

5. Металлические конструкции: учеб. Для строит.вуз. В 3 т. Т.3. Специальные конструкции и сооружения / В.В. Горев [и др]: под.ред. В.В. Горева - М.: Высш. шк., 2002. - 544 с.

6 Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции - М., 1986. - 560с.

7 Металлические конструкции: Общий курс /Г.С. Ведеников [ и др]: под ред. Г.С. Ведеников. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1998 - 760 с.

8 Прасол В.Д. Проектирование рабочей площадки / В.Д. Прасол, А.В. Степанова. - Гомель: Бел ГУТ, 2012. - 54с.

9 Чепурной И.Н., Залеева В.Д. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования по строительным конструкциям. - Гомель, 1988. - 82 с.

10 Металлические конструкции. В 3т Т.1. Общая часть (Справочник проектировщика) / под общ. ред. В.В. Кузнецова. - М.: Изд-во АСВ, 1998 - 576 с.

Размещено на Allbest.ru

...