Статический расчет поперечной рамы здания

Размещено на http://www.allbest.ru

Статический расчет поперечной рамы

каркас здание нагрузка рама балка

Расчетная схема рамы

Пространственная конструкция каркаса одноэтажного здания при замене её расчётными схемами расчленяется на плоские системы (поперечные рамы и продольные конструкции), что приводит к незначительным погрешностям в определении усилий.

Ферму при малоуклонном верхнем поясе (до1/8) в расчётной схеме поперечной рамы заменяют эквивалентным по жесткости прямолинейным стержнем, располагая его по оси нижнего пояса, если опорный раскос фермы восходящий или по оси верхнего пояса при нисходящем опорном раскосе. Оси стержней, заменяющих колонны, проходят через центры тяжести поперечных сечений последних. Сопряжения ригелей с колоннами и колонн с фундаментами принимают либо шарнирными, либо жёсткими в зависимости от конструктивного решения. В курсовом проекте рекомендуется принимать шарнирное сопряжение ригелей с колоннами и жёсткое колонн с фундаментами.

Рис. Расчётная схема одноэтажных однопролетных зданий



Сбор нагрузок на поперечную раму

Поперечные рамы гражданских зданий обычно рассчитываются на постоянные (вес ограждающих и несущих конструкций здания) и временные (вес снега, давление ветра) нагрузки. В ряде случаев необходимо учитывать особые нагрузки (сейсмические воздействия, просадка опор и др.).

Постоянные нагрузки. На расчётную раму передаются нагрузки от собственного веса всех конструкций (кровля, конструкции ферм, колонн, связей, подвесной потолок, трубопроводы и др.), входящих в расчётный блок. Нагрузки от веса конструкций, которые предстоит ещё запроектировать, определяют по проектам-аналогам. При отсутствии таких данных на стадии предварительных расчётов(курсового проектирования) можно воспользоваться усреднёнными весовыми показателями площади здания или площади стенового ограждения(П1).

Постоянные нагрузки на ригель рамы обычно принимают равномерно распределенными по длине ригеля либо в схемах с подстропильными конструкциями.

В последнем случае часть нагрузки через подстропильные фермы будет передаваться на колонны в виде сосредоточенных сил.

В случае шарнирного сопряжения ригеля с колонной необходимо учесть внецентренность опирания фермы на колонну. Возникающий из-за этого момент, равный произведению опорной реакции подстропильной и стропиль-ной ферм на эксцентриситет, в расчётной схеме прикладывается в узлах.

Передачу нагрузок на колонну от веса стеновых панелей и других сосредоточенных воздействий осуществляется в местах их приложения с учётом эксцентриситета.

Для упрощения расчётов нагрузка от стеновых панелей qs = gsB принята в виде равномерно распределённой по высоте колонны приложенной с эксцентриситетом e2, где gs - вес стеновой панели; В- шаг поперечных рам(при наличии кон-струкций продольного фахверка- расстояние между колоннами поперечной рамы и фахверка); e2- эксцентриситет(рас-стояние между центрами тяжести сечения колонны и стеновой панели), равный стеновой панели; с - расстояние между внутренней поверхностью стены и наружной гранью колонны. Нагрузку от собственного веса колонны Gc можно определить, задавшись её сечением.

Временные нагрузки. Воздействие снеговой нагрузки на поперечную раму аналогично действию постоянной нагрузки от веса покрытия.

Для зданий без фонарей с пологими покрытиями (до12 %), проектируемых в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца 2 ? х м/с, коэффициент µ следует снижать умножением на коэффициент (002 , 0 8 , 0 )( 1 , 0 2 , 1)

e + х ? = , где b- ширина покрытия, принимаемая не более100 м.

Нормативное значение снеговой нагрузки следует определять умножением расчётного значения на коэффициент0,7.

Ветровая нагрузка. Ветровая нагрузка оказывает активное давление на здание с наветренной стороны и пассивное - с заветренной. Максимальное давление на поперечную раму здания возникает при направлении ветра параллельно плоскости рамы. Расчётное значение статической составляющей ветровой нагрузки на 1 м длины колонны рамы в какой-то точке по высоте при отсутствии продольного фахверка определяется по формуле, где 0 w- нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от района строительства по нормам, г - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,4; k- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и определяемый в зависимости от типа местности; c- аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и конфигурации поверхности, воспринимающей ветровое давление.

При расчёте одноэтажных зданий высотой до36 м при отношении высоты к пролёту менее1,5, размещаемых в типах местности А и В, динамическую составляющую ветрового давления можно не учитывать.

Ветровая нагрузка, действующая от отметки расчётной оси ригеля до верхней отметки здания, заменяется сосредоточенными силами, приложенными в узлах сопряжения ригеля с колоннами.

При наличии стоек продольного фахверка нагрузку на колонны принимают в виде эквивалентной равномерно распределённой, собираемой с участков шириной, равной расстоянию между колонной и соседней к ней стойкой фахверка

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, gm кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка g, кН/м2
1. Постоянная. 1.1. Гравийная защита Трёхслойный рулонный ковёр Утеплитель толщиной 300мм из минераловатных плит Пароизоляция (один слой рубероида) Стальной профилированный настил Прогоны	0,4 0,2 2Ч0,17 0,05 0,15 0,07	1,3 1,3 1,3 1,3 1,05 1,05	0,52 0,26 0,44 0,07 0,16 0,07
Итого:	1,21		1,52
1.2. Собственный вес стропильной фермы l=24м Прогоны Связи по покрытиям	0,3 0,07 0,1	1,05 1,05 1,05	0,32 0,07 0,11
Итого постоянная:	1,68		2,02
2. Временная 2.1. Снеговая 2.2. Ветровая

Временные нагрузки. Снеговая нагрузка. Нормативное значение снеговой нагрузки на ригель определяют по формуле:



где с_е - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов.

c_t - термический коэффициент. c_t = 1.

коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Так как кровля односкатная то

S_g - вес снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли. Так как Краснодар находится во II снеговом поясе, то S_g = 1,2.

- коэффициент надежности, равный 1,4.

Вес снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли для площадок, расположенных на высоте не более 1500 м над уровнем моря, принимается в зависимости от снегового района Российской Федерации.

Для пологих однопролетных покрытий и многопролетных зданий без фонарей, проектируемых в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца более 2 м/с, следует установить коэффициент сноса снега

где k - определяется методом интерполяции по таблице и равен 0,99 .

b - ширина покрытия, принимаемая не более 100 м.(b = 75 по заданию).

v - скорость ветра за зимний период. Для города Краснодар v = 5м/с.

•50,67.

Нахожу нормативное значение снеговой нагрузки на ригель:

Ветровая нагрузка. Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней w_m и пульсационной w_p составляющих:

Но т. к. здание не превышает высоты 40 м, пульсационную нагрузку не учитываем.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m в зависимости от эквивалентной высоты z_e над поверхностью земли следует определять по формуле:

где - w₀ нормативное значение ветрового давления. Определяется в зависимости от ветрового района и равен 0,3;

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления при высоте 9,97м, определяется методом интерполяции по таблице и равен 0,99 ;

c - аэродинамический коэффициент, определяется по таблице и равен 2,1.

Нахожу нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки:

Нахожу нормативное значение ветровой нагрузки:



Рис 2. Схема ветровой нагрузки на раму

Выбор балочной клетки

По проекту, для экономического сравнения, рассчитывается 3 варианта балочной клетки (два нормального типа и один усложнённого).



Вариант 1 (Нормальный тип балочной клетки):

Конструктивная и расчётная схемы нормального варианта балочной клетки

Так как длина главной балки 14м, то она изготавливается из 2-х отправочных элементов.

По заданию настил принимается из стали С235 с расчётным сопротивлением:

[1, Прил. 1]

Шаг балки настила, а=1,0м, тогда 14000/1000=14 пролетов.

Компоновка балочной клетки нормального типа со смещением с оси колонн, а/2=500 мм.

Расчётный пролёт настила l_n=1,0м (рис. 3)



Расчёт настила

Рис. 2 Расчетная схема настила

Предельно допустимый относительный прогиб при ln=1,0м[1, Табл. П2.2]

Рассчитываем полосу шириной 1см. (рис. 1)

Линейная распределённая нагрузка

Предельное отношение пролёта настила к его толщине

t_n= 1000/136,7=7,32мм

Где ,

При шаге =1,0м минимальная толщина настила t_n=8,0мм

Принимаем толщину настила 8 мм по ГОСТ 82-70* (рис. 1)

Расчётная площадь сечения

Момент сопротивления

Момент инерции

Коэффициент надёжности по нагрузке

Расчётная нагрузка

Максимальный изгибающий момент (рис. 1)

Максимальный прогиб

Определяем действие распора:

(4);

- Эйлерова сила;

Определяем изгибающий момент по формуле:

(5);

Проверка на несущую способности производится по формуле:

(6);

- коэффициент условий работы (табл.П2.1).

Определяем прогиб:

(7);

.

Таким образом, прочность и жёсткость настила при его толщине, равной 7 мм, обеспечена.

Расход стали на 1м² равен: .

Расчёт балки настила

Конструктивная и расчётная схемы балки настила

Сталь балки настила: С275 с[1, Прил. 1]

Коэффициент надёжности по ответственности:

Коэффициент надёжности по временной нагрузке

Коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса

Расчётная нагрузка

q_n=(q_n1 + q_n2) a = (24 + 0,55)*1,0*1,0= 24,7 кН/м

Расчётный изгибающий момент

(рис. 4)

Расчётная поперечная сила (рис. 4)

Требуемый момент сопротивления с учётом пластических деформаций, приняв



По сортаменту двутавров с параллельными гранями полок принимаю двутавр № 30 Б2

.

Проверка прочности:

с₁=1,11 [1, Прил. 3]

При длине балки 6,0 м предельно допустимый относительный прогиб 200 [1, Табл. П2.2]

Проверка жёсткости балки

2,77смсм

Прочность и жесткость балки настила обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жёстко с ним соединённым (приваренным).

Местную устойчивость элементов сечения балки настила не проверяем, поскольку она обеспечена их большими толщинами (прокатный профиль).

Настил привариваем к балкам настила ручной сваркой, использовать электрод тип Э42 под слоем флюса сварочной проволокой Св-08А [1, Табл. П4.1].

Определение сечения, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез:

Где 18[1, Табл. П4.2],

16,5 [Приложение 1],, [1, Табл. П4.4].

Расчётный катет шва крепления настила к балкам настила угловыми швами:

По конструктивным требованиям , т.к. толщина наиболее толстого из свариваемых элементов [1, Табл. П4.5],

Принимаю катет сварного шва 4 мм.

Вес балки 48,1/1,0=48,1 кг/м²



Вариант 2 (Нормальный тип балочной клетки):

Конструктивная и расчётная схемы нормального типа балочной клетки со смещением

Шаг балки настила, а=1,4 м, тогда 14000/1400=10пролетов.

Компоновка балочной клетки нормального типа со смещения с оси колонн а/2=700 мм.

Расчётный пролёт настила l_n=1,4м (рис. 3)

Предельно допустимый относительный прогиб [1, Табл. П2.2]

Расчёт настила

Рассчитываем полосу шириной 1см. (рис. 3)

Предельное отношение пролёта настила к его толщине

Где ,

При шаге

Принимаем толщину настила 11,0мм по ГОСТ 82-70

Расчётная площадь сечения

Момент сопротивления

Момент инерции

Коэффициент надёжности по нагрузке

Расчётная нагрузка

Максимальный изгибающий момент (рис. 3)

Максимальный прогиб

Определяем распор по формуле:

(4);

- Эйлерова сила;

Определяем изгибающий момент по формуле:

(5);

Проверка на несущую способности производится по формуле:

(6);

- коэффициент условий работы (табл.П2.1).

Определяем прогиб:

(7);

.

Таким образом, прочность и жёсткость настила при его толщине, равной 11 мм, обеспечена.

Расход стали на 1м² равен: .



Расчёт балки настила

Конструктивная и расчётная схемы балки настила

Сталь С275, [1, Прил. 1]

Коэффициент надёжности по ответственности:

Коэффициент надёжности по временной нагрузке

Коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса

Расчётная нагрузка

q_n=(q_n1 + q_n2) a = (24 + 0,942)*1,4*1,0= 35,0 кН/м

Расчётный изгибающий момент (рис. 4)

Расчётная поперечная сила (рис. 4)

Требуемый момент сопротивления с учётом пластических деформаций, приняв

По сортаменту двутавров с параллельными гранями полок принимаю двутавр № 35Б2

.

Проверка прочности:

с₁=1,095 [1, Прил. 3]

Условие выполнено.

;

При длине балки 6,0 м предельно допустимый относительный прогиб 200.

Проверка жёсткости балки

2,49мсм

Прочность и жесткость балки настила обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жёстко с ним соединённым (приваренным).

Местную устойчивость элементов сечения балки настила не проверяем, поскольку она обеспечена их большими толщинами (прокатный профиль).

Настил привариваем к балкам настила ручной сваркой,использовать электрод тип Э42 под слоем флюса сварочной проволокой Св-08А [1, Табл. П4.1].

Определение сечения, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез:

Где 20[1, Табл. П4.2],

16,5 [1, Табл. П4.2], , [1, Табл. П4.4].

Расчётный катет шва крепления настила к балкам настила угловыми швами:

По конструктивным требованиям , т.к. толщина наиболее толстого из свариваемых элементов [1, Табл. П4.5],

Принимаю катет сварного шва 7мм.

Вес балки 43,3/1,4=31,0 кг/м²

Вариант 3 (Усложнённый тип балочной клетки):

Конструктивная и расчётная схемы нормального типа балочной клетки со смещением

Шаг балки настила, а=1,2 м, тогда 600/1200=5 пролетов.

Компоновка балочной клетки нормального типа без смещения.

Расчётный пролёт настила l_n=1,2м (рис. 3)

Предельно допустимый относительный прогиб [1, Табл. П2.2]

Расчёт настила

Рассчитываем полосу шириной 1см. (рис. 3)

Предельное отношение пролёта настила к его толщине

Где ,

При шаге

Принимаем толщину настила 9,0мм по ГОСТ 82-70

Расчётная площадь сечения

Момент сопротивления

Момент инерции

Коэффициент надёжности по нагрузке

Расчётная нагрузка

Максимальный изгибающий момент (рис. 3)

Максимальный прогиб

Определяем распор по формуле:

(4);

- Эйлерова сила;

Определяем изгибающий момент по формуле:

(5);

Проверка на несущую способности производится по формуле:

(6);

- коэффициент условий работы (табл.П2.1).

Определяем прогиб:

(7);

.

Таким образом, прочность и жёсткость настила при его толщине, равной 9 мм, обеспечена.

Расход стали на 1м² равен: .

Расчёт балки настила



Конструктивная и расчётная схемы балки настила

Нормативная и расчётная погонная нагрузки на балку настила

кН/м,

кН/м,

Расчётный изгибающий момент и поперечная сила

кН.

Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций, предварительно назначив с₁=1,1:

см³,



где г_с=1 - коэффициент условий работы конструкции.

Назначаем двутавр №14Б1 по ГОСТ 8239-89 (табл. 1) с характеристиками сечения:

W_x=63,3 см³; I_x=435 см⁴; h=137,4 мм; b=73 мм; t_w=3,8 мм; t_f=5,6 мм; p_l=10,5 кг/м.

Нагрузка от собственного веса балки настила

Расчётный изгибающий момент (рис. 6)

Расчётная поперечная сила (рис. 6)

Проверка прочности:

с₁=1,085[1, Прил. 3]

При длине балки 2,0 м предельно допустимый относительный прогиб 138 [1, Табл. П2.2]

Проверка жёсткости балки



0,7 смсм

Прочность и жесткость балки настила обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жёстко с ним соединённым (приваренным).

Вес балки 10,5/1,2=8,8 кг/м²

Вспомогательные балки

Рис. Грузовая площадь вспомогательной балки

q_n3=p_l*g /a = 10,5*10/1,2=0,088кН/м²

(рис. 6)

При :

По сортаменту двутавров с параллельными гранями принимаю двутавр №40Б2

, R=21

Нагрузка от собственного веса балки настила

q_n=(24+0,707+0,088)*2,0*1,0+0,547*1,0=50,3 кН/м

Расчётный изгибающий момент (рис. 6)

Расчётная поперечная сила (рис. 6)

Проверка прочности:

с₁=1,105 [1, Прил. 3]

Проверка жёсткости балки

2,23 смсм

Проверка прочности стенки при действии сосредоточенных сил от балок настила.

=t+R=1,15+2,1=2,25см

(рис. 7)

<

Рис. Схема для определения длины распределения нагрузки на балку

Проверка устойчивость вспомогательной балки.

1<2,4<6

22<35.

=0,3

Принятое сечение балок удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Масса вспомогательных балок на 1 м²:

p_l/b= 54,7/2,0=27,4кг/м²

Выбор наиболее экономичного варианта

Таблица. 1. Сравнение вариантов компоновки балочной клетки.

Номер варианта	Расход стали, кг/м2	Количество прокатных балок на ячейку
	Настил	Балки настила	Вспомогательные балки	Всего
1	54,95	48,1	-	103	16
2	86,4	31,0	-	117,4	14
3	70,7	8,8	27,4	106,9	12

Наиболее экономичным является 1-ый вариант:

Шаг балок настила 1,0 м.

Толщина настила 7 мм.

Балка настила - двутавр № 30Б2



Расчёт главной балки

Рис. Расчётная и конструктивная схема главной балки.

Требуется скомпоновать составное сварное сечение и проверить прочность главной балки балочной клетки. Строительная высота перекрытия - не ограничена. Предельно допустимый прогиб при L=14 м - [1, табл. П2.2].



Рис. Расчетная схема главной балки

Главная балка относится ко второй группе конструкций по назначению [5, табл. 50] и для нее с учётом климатического района строительства можно использовать сталь С255 с R_y=23,0 кН/см² при толщине 21…40 мм. Определение ширины грузовой площади для главной балки показано на рис.8. Ввиду частого расположения сосредоточенных сил (опорные реакции балок настила) заменяем их действие эквивалентной погонной нагрузкой, приложенной вдоль верхнего пояса главной балки.

Собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере 2% от действующей на неё нагрузки.

(рис. 10)

(рис. 10)

Принимаем :

Ориентировочно принимаем

мм ? 12 мм

h=(1/10)L=м

принимаем толщину стенки =12мм. (рис. 9)

Наименьший расход металла будет при высоте сечения:

Для сварных балок можно приять k=1,15

Минимальная высота, при которой будет выполняться условие жёсткости с учётом ограниченного развития деформаций:

Высота балки должна быть больше минимальной, достаточно близкой к оптимальной и кратной модулю унификации по вертикали - 100 мм., тогда при этажном сопряжении получим:

h_max=H-t_n-h_b=170-0,7-29,9=139,4 см. - при этажном сопряжении.

h_max=H-t_n=170-0,7=169,3 см. - при сопряжении балок настила в одном уровне.

Принимаю этажное сопряжение балок настила к главной балке.

Принимаю высоту стенки 1300 мм и (рис. 9),

Минимальную толщину стенки из условия работы на срез определим по формуле

см,

Для того чтобы не укреплять стенку продольным ребром, толщина стенки должна быть больше минимальной

Окончательно принимаем толщину стенки мм. (рис. 9)

Определяем

Определяю требуемую площадь сечения балки:

, ,

, тогда

Ширина пояса должна быть в пределах от h /5=26 см до h /3=43,4 см

Толщина пояса должна быть в пределах от t_w=1,4см до 3t_w=4,2см.

Принимаю сечение пояса 25Ч480 мм. (рис. 11)



Рис. Сечение главной балки

Площадь принятого сечения полки>115,8см²

Свес пояса: (рис. 9)

Проверка местной устойчивости сжатого пояса:

< 0,11*130/1,2=11,9

9,4 < 15,0

Местная устойчивость пояса обеспечена.

Геометрические характеристики сечения главной балки:

18013 см³ >

Нагрузка от собственного веса балки:

0,51 кН/м²

Фактическая нагрузка:

4472 кН·м (рис. 8)

1278,0 кН (рис. 8)

Проверка устойчивости стенки балки:

Условие не выполнено.

Увеличиваем толщину стенки на 2 мм, принимаем .

Условие выполнено.

Уточним геометрические характеристики при .

F=2*=2*88,5=177,0 Кн - поперечная сила в балке настила;

= b+ 2*t_f = 14,0+2*2,5=19,0 см - условная длина распределенной нагрузки от балки настила.

Прочность балки обеспечена.

Рис. Схема для определения длины распределения нагрузки на балку

Изменение сечения главной балки и проверка прочности в изменённом сечении

Рис. Расчетная схема главной балки

Место изменения сечения принимаем на расстоянии 1/6 пролёта: х=L/6=14/6=2,34м



Принимаем х=2,1м

Принимаем

9918 см³

,

, тогда

Ширина пояса в изменённом сечении: 20,52 см

По сортаменту [1, П.9.7] принимаю пояс сечением 25 Ч250 мм.

При этом должны выполняться конструктивные требования:

Геометрические размеры изменённого сечения:

t_w=14 мм, h_w=1250 мм, b_f1=250 мм, t_f=25мм, A_f1=62,5 см², h=1300 мм.

= 735938 см⁴

11322 см³ >

см³

Проверка прочности изменённого сечения:

По 4-ой гипотезе прочности:

Прочность обеспечена.

Жёсткость балки:

Жесткость балки обеспечена.

Рис. Изменение сечения главной балки

Проверка общей и местной устойчивости составных балок. Расчет ребер

Верхний сжатый пояс главной балки закреплен в горизонтальной плоскости балками настила, расставленными с шагом 1,0 м.

Проверка общей устойчивости главной балки.

При 1<h/b_f=130/48=2,7 < 6 и b_f/t_f = 48/2,5=19,2 < 35, принимаем b_f/t_f = 19,2, тогда

,

где l_ef - расстояние между точками закрепления верхнего пояса главной балки (шаг балок настила); д = [1? 0,7 (c₁ ?1)/(c ?1)]= [1? 0,7 (1,1 ?1)/(1,1 ?1)]= 0,3 , здесь c₁ = c при ф ? 0,5R_s; h, b_f и t_f - соответственно высота, ширина пояса и толщина пояса главной балки.

Условие выполнено. Общая устойчивость балки обеспечена.

Проверим необходимость расчета общей устойчивости в измененном сечении главной балки.

При 1<h/b_f1=130/25=5,2? 6 и b_f1/t_f = 25/2,5=10 < 35, принимаем b_f1/t_f = 10,0, тогда

.

Условие выполнено. Общую устойчивость балки в измененном сечении проверять не требуется.

Выполним проверку местной устойчивости элементов сечения главной балки.

Устойчивость пояса главной балки обеспечивается при подборе сечения надлежащим выбором отношения свеса пояса к его толщине, поэтому дополнительная проверка местной устойчивости пояса не требуется

Так как условная гибкость стенки балки при этажном сопряжении () и двухсторонних поясных швах:

, при и двухсторонних поясных швах. Требуется проверять местную устойчивость стенки балки.

Т.к. => продольные рёбра устанавливать не требуется.

Т.к. Укрепляем стенку поперечными рёбрами жесткости, ребра располагаем в местах опирания балок настила (рис. 15) с шагом не более см (). В зоне развития пластических деформаций поперечные ребра необходимо ставить под каждой балкой настила (рис. 15).

Определяем ширину зоны пластических деформаций:

м.

Выполним расчет местной устойчивости стенки балки в 1 - 3 отсеках (рис. 15).

Проверку устойчивости стенки балки 1-го отсека при отсутствии местного напряжения (, т.к. постановка ребер жесткости под каждой балкой исключает развитие местных напряжений) и при ,



Рис. Расстановка поперечных ребер в главной балке

Устойчивость стенки во 2-ом отсеке:

На стенку главной балки через ребро опираются балки настила и не создают местные напряжения. Так как а₂/h_ef=1500>1250, то расчетное сечение отсека найдем на расстоянии h_ef/2=500. От левой стороны отсека Расчетное сечение отсека совместим с местом опирания балки настила.

x₂=500 мм.

5,3кН/см²

6,8 кН/см²

Т.к. сопряжение главной балки и балок настила поэтажное, то

Так как а₂/h_ef=1500/1250=1,2>0,8, и превышает предельное значение для стенок балок, указанное в таблице [1, табл. 7], проверка устойчивости производится по формулам:

с₂=46,2 [1, табл. 8]

96,4 кН/см²;

с₁=22,1 [1, табл. 6]

39,7 кН/см²

d = h_w =125см

3,0; ;

18,7 кН/см²,

Проверим местную устойчивость стенки

0,786 <

Устойчивость стенки обеспечена.

Аналогично проверяем устойчивость стенки 3-го отсека. мм; на расстоянии мм (рис. 14) от опорного ребра;

13,7 кН/см²;

4,7 кН/см²

Так как , 1,75 и 0,49 , с₂=62,0 [1, табл. 8]

129,4 кН/см²;

3,0; ; 20,7 кН/см²;

с₁=37,5

2,4, 108,1 кН/см²

=0,377 <

Устойчивость стенки третьего отсека обеспечена.

Для укрепления стенки применяем односторонние поперечные ребра из полосовой стали по ГОСТ 103-76^* (табл. П9.8) или из одиночного уголка, прикрепленного пером к стенке главной балки. Размеры ребер из полосовой стали назначаем согласно п. 1.4.5. Ширина ребра . Принимаем . Толщина ребра . Окончательно принимаем ребро из полосы 7 Ч 100 мм (табл. П9.8).

Уголок для одностороннего ребра принимаем таким образом, чтобы момент инерции уголка, относительно оси х_ох_о (рис. 19, в), был не менее момента инерции парного ребра, относительно оси хх (рис. 19, б), т.е. .

Назначим размеры парного ребра. Ширина ребра
= 78,4 мм. Принимаем . Толщина ребра
= 0,534 мм. Парные ребра принимаем из полос 6 Ч 80 мм. Определим момент инерции парного ребра

.

Для одностороннего ребра принимаем равносторонний уголок L56 Ч 5 с размерами: А = 5,41 см², z_o = 1,57 см, I_x = 15,97 см⁴. Момент инерции ребра

.



Расчёт деталей и узлов балок. Опирания и сопряжения балок

Опорное ребро.

Рис. Расчётное сечение условной стойки.

Опорная реакция главной балки 1278 кН. Примем вылет ребра мм.

Находим требуемую площадь опорного ребра

35,5 см², где кН/см² [1, прил. 1] (С255).

Принимаем ребро сечением 16Ч 250 мм по табл. П9.6 [1].

мм, конструктивные требования выполняются.

см² > см²;

Расчётный свес опорного ребра:



11,8 см²;

8,515,0

Проверяем устойчивость опорной части балки

71,9 см²;

27,3см;

1829,2 см⁴;

5,0 см; ;

0,82 < 1,

где 0,944 [1, прил. 7].

Устойчивость ребра обеспечена.

Торцевое ребро привариваем сплошными швами к стенке ручной сваркой электродами Э42. Предварительно определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный)

где кН/см²; кН/см² [1, прил. 1]; ; [1, табл. П4.4]

Расчет следует проводить по металлу шва.

Определим катет шва

0,65 см.

По конструктивным требованиям , т.к. толщина наиболее толстого из свариваемых элементов [1, Табл. П4.5],

Принимаю катет сварного шва 11 мм.

мм < 12 мм < мм.

Проверяем длину рабочей части сварного шва

71,4см < см.

Прочность сварного шва обеспечена.

Соединения поясов со стенкой

Так как подбор сечения балки выполнен с учетом ограниченного развития пластических деформаций, поясные швы выполняем двусторонними, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08А. Балки настила опираются на главную балку поэтажно.

11,4 кН/см,

1187 кН; см⁴;

25*2,5*(125+2,5)/2=3985 см³,



Рис. К расчету соединения поясов со стенкой.

Предварительно определим сечение, по которому необходимо рассчитывать угловой шов на срез

Расчет следует проводить по металлу шва.

Находим требуемый катет шва

0,25 см.

Принимаем мм.

По конструктивным требованиям .Проверим выполнение конструктивных требований <

Монтажный стык главной балки

Стыки верхнего сжатого пояса следует устраивать посредством прямого шва с выводом его на подкладки. Стык растянутого пояса расположен в зоне балки, где напряжения в поясе меньше , при использовании физических методов контроля качества сварного шва и выводов начала и конца шва на технологические планки. Т.к. на монтаже применение физических методов контроля качества шва затруднено, поэтому стык растянутого нижнего пояса устраивают косым с углом наклона скоса 60, т.к. в этом случае, стык является равнопрочным основному металлу и не рассчитывается.

Рис. Монтажный стык.

Для уменьшения сварочных напряжений при сварке монтажного стыка нужно придерживаться последовательности, указанной на рис.18 т.е. сначала сваривают стенку, потом полки, затем участки поясных швов оставленные не заваренными на заводе по 450 мм.



Список используемых источников

1. Евдокимцев О.В., Умнова О.В. Расчет и проектирование стальных балочных клеток. Учебное пособие. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 136 с.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования/ М.: ГП ЦПП Госстроя РФ. 2008-96с.

3. Металлические конструкции: Общий курс: Учебник для вузов / Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Ю.И. Кудишина.- М.: Академия, 2006. - 688 с.: ил.

4. Металлические конструкции. Т.1. Элементы конструкций: Учебник для строит. вузов/В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филипов и др.; Под ред. В.В. Горева.-М.: Высшая школа., 2004. - 551 с.: ил.

5. Конструктивные решения стальных балочных клеток: Метод. указ. /Сост. О.В. Умнова.- Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000 - 43с.

6. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования/ М.: ГП ЦПП Госстроя РФ. 2003-55с.

Размещено на Allbest.ru

...