Рабочая площадка промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

На тему: "Рабочая площадка промышленного здания"



1. Конструирование и расчет балочной клетки

1.1 Задание на курсовую работу

Шифр задания - С7222342.

Исходные данные:

Размер рабочей площадки - 3АЧ3В (таблица П1 приложения 1).

Шаг колонн в продольном направлении А = 20 м (таблица П1 приложения 1).

Шаг колонн в поперечном направлении В = 6 м (таблица П1 приложения 1).

Строительная высота hстр= 2,35 м (таблица П1 приложения 1).

Отметка верха настила Hвн= 9,0 м (таблица П2 приложения 1).

Временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на площадку pн= 20 кН/м2(таблица П3 приложения 1).

Материал балок настила - сталь С245 (таблица П4 приложения 1).

Материал главной балки - сталь С245 (таблица П5 приложения 1).

Материал колонны - сталь С255 (таблица П6 приложения 1).

Бетон фундамента класса В25 (таблица П7 приложения 1).

Сечение колонны - сквозное сечение из 2 прокатных швеллеров или двутавров (таблица П8 приложения 1).

1. Проектирование балочной клетки

Принимаем:

1 вариант - а1= 1,0 м, n1 = 20 балок.

2 вариант - а2= 1,25 м, n2 = 16 балок.

3 вариант - а3 = 1 м, авб= 2 м, n3 = 6 балок, nвб= 10 балок.

Вариант 1

Для нагрузки pн = 20 кН/м2 принимаем tн= 10 мм по сортаменту на толстолистовую сталь.

Предельное соотношение пролета настила к его толщине из условия жесткости определяем из выражения А.Л. Телояна:

где - a / tн предельное соотношение пролета настила к его толщине из условия жесткости; Е1 - цилиндрическая жесткость настила;

Собственный вес настила:

где сст = 78,5 кН/м3 - объемный вес стали.

Общая нагрузка на настил с учетом полезной нагрузки:

Нагрузка на 1 погонный сантиметр ширины настила:

При заданном пролете настила а1 = 1 м определяем его требуемую толщину:



По сортаменту принимаем tн1= 7 мм. Растягивающее усилие Н в настиле определяем по формуле:

Назначаем параметры сварных швов крепления настила к балкам настила. Принимаем автоматическую сварку под флюсом сварочной проволокой СВ-08А, флюс АН-348-А по таблице 55* [1], диаметр проволоки 3 мм, положение шва - нижнее, предварительно принимаем катет шва kf = 5 мм по минимально возможному значению (таблица 38* [1]). Значения расчетных сопротивлений:

где Rwf = 18 кН/см2 - по таблице 56 [1], Run = 36 кН/см2 - по таблице.

Значения коэффициентов проплавления шва f = 1,1, z = 1,15 (таблица 34*[1]). Определяем наиболее опасное сечение шва:

Таким образом, расчет ведем по металлу границы сплавления. Требуемый катет шва на один сантиметр ширины настила:



В соответствии с таблицей 38* [1] принимаем катет шва kf = 5 мм.

Подбираем сечение балки настила. Определяем нормативную и расчетную погонную нагрузку на балку:

где 1,02 - коэффициент, учитывающий собственный вес балки настила; f1 = 1,2 и f2 = 1,05 -коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для временной нагрузки и нагрузки от собственного веса металлических конструкций.

Расчетные значения изгибающего момента и перерезывающей силы:

Так как балка сплошного сечения и на нее действует статическая нагрузка, расчет ведем с учетом развития пластических деформаций, причем для прокатных двутавров принимаем c1 = 1,1. Требуемый момент сопротивления двутавра:



где Rу= 24 кН/см2 - по таблице 51* [1] для фасонного проката толщиной до 20 мм; с = 1 - коэффициент условия работы балки (в дальнейшем при написании формул опускается кроме оговоренных случаев).

По сортаменту ближайший больший момент сопротивления Wх= 472 см3 имеет двутавр №30, вес одного погонного метра двутавра gнс.в.= 0,365 кН/м, момент инерции Jх= 7080 см4.

Проверяем прочность балки:

Прочность балки обеспечена. Прогиб конструкции:

где fu - предельно допустимый прогиб балки настила, определяется по таблице 1.1: при пролете 6,0 м fu= l/200. Жесткость балки также обеспечена. Вес настила и балок настила на 1 м2 площади сооружения:

По формуле А.Л. Телояна:



где n0 =123,75- по интерполяции для пролета 1,25 м.

При заданном шаге балок настила а2 = 1,25 м определяем требуемую толщину настила:

По сортаменту принимаем tн2 =9 мм. Расчетная схема настила аналогична варианту 1. Распор настила:

Параметры сварки принимаем по варианту 1. Требуемый катет шва:

По таблице 38* [1] принимаем kf = 5 мм.

Аналогично варианту 1 рассчитываем балку настила. Нагрузки на балку:

Расчетные усилия в балке:

Определяем требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №33, Wх= 597,0 см3, gнс.в.= 0,422 кН/м, Jх= 9840 см4. Напряжения и прогиб:

Прочность и жесткость балки обеспечена.

Вес настила и балок настила на 1 м2 площади:

Так как шаг балок настила a3 = 1 м, то толщину настила и катет шва принимаем по 1 варианту. Нагрузку на балку настила также принимаем по варианту 1.

Усилия в балке:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем прокатный двутавр №12, Wх= 58,4 см3, Jх= 350 см4, gнс.в.= 0,115 кН/м. Напряжение и прогиб:

Жесткость и прочность балки обеспечены.

Подсчитываем нагрузку на второстепенную балку.

Так как балок настила в пролете более 4-х, то заменяем сосредоточенные силы от них равномерно распределенной нагрузкой:



Изгибающий момент и перерезывающая сила в балке:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутавр №40, Wх= 953 см3, Jх= 19062 см4, gнс.в.= 0,570 кН/м. Напряжения и прогиб:

Прочность и жесткость балки обеспечена. Расход стали:

Основные показатели балочных клеток по вариантам сводим в таблицу



Основные показатели балочных клеток

Показатель	Номер варианта
	1	2	3
Шаг балок настила (м)	1	1,25	1
Шаг второстепенной балки (м)			2
Толщина настила (мм)	7	9	7
№ двутавра балки настила	30	33	12
№ двутавра второстепенной балки			40
Расход стали Gi (кН/м2 )	0,91	1,04	0,95

На основе сравнения вариантов по материалоемкости для дальнейшей разработки принимаем 1-й вариант балочной клетки.



2. Конструирование и расчет главной балки

Требуется запроектировать составную сварную балку пролетом 20 м. Сечение балки - симметричный сварной двутавр. Предусматривается изменение сечения главной балки и укрупнительный стык в середине пролета.

2.1 Нагрузки на главную балку

Грузовая площадь и расчетная схема главной балки представлены на рисунке 2.1.

Подсчитываем нагрузку на главную балку:

где G1 = 0,91 кН/м2 - по таблице 1.2.

Максимальные изгибающий момент и перерезывающая сила в главной балке:

Требуемый момент сопротивления с учетом развития пластических деформаций:



где с1 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, предварительно принимаем с1 = 1,1.

Рисунок 2.1 - План раскладки главных балок и расчетная схема главной балки

Следующим этапом является компоновка сечения балки, которое принимаем составным из 3-х листов: стенки и двух поясов (рисунок 2.2). Их соединение осуществляется парными сварными поясными швами.



2.2 Определение высоты главной балки

а) Оптимальная высота балки определяется по формуле К.К. Муханова:

где w - гибкость стенки, принимается предварительно в пределах 120...150.

б) Минимальная высота главной балки определяется из условия ее жесткости (наименьшая рекомендуемая высота):

где l / fu = 238,9 - величина, обратная предельному прогибу главной балки при ее пролете 18 м (таблица 1.1).

в) Высота главной балки, определяемая из условия ограничения строительной высоты перекрытия при поэтажной схеме сопряжения балок (рисунок 2.3,а):

г) Высота главной балки, определяемая из условия ограничения строительной высоты перекрытия при схеме сопряжения балок в одном уровне (рисунок 2.3,б):



Рисунок 2.3 - Схемы сопряжения балок настила с главной балкой: а - поэтажная; б - в одном уровне

Представим результаты вычислений в табличной форме (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Высота главной балки (см)

hопт	hmin	h1	h2
183,5	106,9	204,3	234,3

Высота балки должна быть близкой к оптимальной (h hопт), больше или равна минимальной (h hmin), а также меньше одной из высот h1 или h2, вычисленных из условий сопряжения балок. Кроме того, стенку балки следует принимать в соответствии с шириной прокатных листов. Окончательно принимаем высоту стенки hw = 1800 мм. Предварительно назначаем толщину поясов tf = 30 мм, тогда высота балки:

Так как высота балки меньше высоты h1, принимаем поэтажную схему сопряжения балок.



2.3 Определение толщины стенки

Толщина стенки вычисляется исходя из трех условий:

Прочности стенки на срез в опорном сечении по формуле:

Местной устойчивости (без укрепления продольными ребрами жесткости) по формуле:

Опыта проектирования:

Толщина стенки должна быть: tw tw1; tw tw2; tw tw3. Принимаем окончательно толщину стенки tw = 13 мм.

2.4 Определение размеров поясов главной балки

Вычисляем требуемый момент инерции сечения:

Момент инерции стенки:



Требуемый момент инерции поясов:

Требуемая площадь одной полки:

где

h0 = h - tf = 183 см

- расстояние между центрами тяжести поясов.

Принимаем в соответствии с сортаментом поясной лист сечением 400х30 мм. Площадь пояса Аf = 120 см2 > Af тр = 114,9см2. Проверяем местную устойчивость пояса в соответствии с таблицей 30 [1]. Для двутавровых сечений с неокаймленным поясом при учете развития пластических деформаций:

где bef - свес пояса:



Условие выполняется. Определяем значение:

Условие выполняется. Таким образом, местная устойчивость пояса обеспечена.

Определяем геометрические характеристики сечения (рисунок 2.2):

Определяем соотношение площади пояса к площади стенки:

и по таблице 66 [1] для двутаврового сечения принимаем с1 = 1,08. Нормальные напряжения в балке:

Прочность обеспечена. Недонапряжение составляет:



.

Недонапряжение не более 5%, что свидетельствует о рационально подобранном сечении.

Проверку жесткости балки проводить не требуется, так как принятая высота h = 186 см больше минимальной hmin = 106,9 см.

2.5 Проверка местной устойчивости стенки в зоне развития пластических деформаций

В соответствии с п. 7.5 [1] необходимо проверить устойчивость стенки в зоне развития пластических деформаций. Должно выполняться условие:

где коэффициент определяется по формуле:

где - условная гибкость стенки:

Условие не выполняется. Увеличиваем размеры пояса в середине пролета до bf Ч tf = 420Ч30 мм. Тогда:



Условие выполняется. Проверяем местную устойчивость сжатого пояса при его ширине 420 мм:

.

Условие выполняется, следовательно, местная устойчивость пояса обеспечена. Определяем значение:

Условие выполняется. Оставляем сечение пояса в середине пролета bf Ч tf = 420Ч30 мм.

2.6 Изменение сечения главной балки

Так как сечение составной балки подобрано по максимальному моменту, то в местах снижения моментов у опор сечение можно уменьшить. Изменение сечения балки рационально проводить при пролетах не менее 10 м, при этом, как правило, изменяют ширину поясов.

При равномерно распределенной нагрузке для составных балок место изменения сечения принимают на расстоянии примерно 1/6l от опоры (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Изменение сечения главной балки

Определяем место изменения сечения:

Расчетные усилия в месте изменения сечения вычисляем по формулам:

Подбираем сечение исходя из прочности стыкового шва на растяжение при отсутствии физического контроля качества шва, при этом расчетное сопротивление шва на растяжение равно Rwy = 0,85Ry. Требуемый момент сопротивления сечения:

Требуемый момент инерции сечения:



Требуемый момент инерции поясов:

Требуемая площадь пояса:

Требуемая ширина пояса при его толщине tf = 3 см составляет:

По сортаменту на универсальную листовую сталь принимаем bf1 =24 см. Проверяем условия:

Проверяем местную устойчивость пояса в зоне упругих деформаций по формуле:

Местная устойчивость пояса обеспечена. Определяем геометрические характеристики уменьшенного сечения (рисунок 2.5):



Рисунок 2.5 - Уменьшенное сечение главной балки

Нормальные напряжения в стыковом шве равны:

Недонапряжение:



Прочность сечения обеспечена, недонапряжение не превышает 5%, что допустимо.

2.7 Проверка принятого сечения балки

Проверяем стенку на срез по максимальным касательным напряжениям:

где S1 - статический момент половины опорного сечения относительно нейтральной оси:

Поскольку изменение сечения осуществляется вблизи опор в месте фактического перехода от более мощного сечения к облегченному, в стенке развиваются не только значительные нормальные, но и касательные напряжения. Поэтому необходима проверка приведенных напряжений при их совместном действии в месте изменения сечений

Проверку проводим в точках А и Б сечения (рисунок 2.6) в месте соединения стенки с полкой по формуле:



Рисунок 2.6 - К определению приведенных напряжений в стенке главной балки

Определяем статический момент пояса относительно нейтральной оси:

Предварительно вычисляем местные напряжения в стенке главной балки (рисунок 2.7):

Рисунок 2.7 - Местные напряжения в стенке главной балки

где lef - расчетная длина действия местных напряжений:

,



F = 71,46 кН - опорная реакция балки настила по 1 варианту (пример 1).

а) Проверка приведенных напряжений в месте изменения сечения(точка А)

Расчетные усилия для этого сечения (х1 = 3,33 м) определены ранее в разделе изменения сечения балки: М1 = кНм, Q1 = кН. Напряжения в уровне низа полки (точка А на рисунке 2.6):

Так как в сечении х1 местные напряжения отсутствуют, формула определения приведенных напряжений преобразуется в следующую:

Прочность стенки в месте изменения сечения обеспечена.

б) Проверка приведенных напряжений под балкой настила (точка Б)

Определяем расчетные усилия в сечении х2 = 2,5 м:

Напряжения в точке Б:



Приведенные напряжения:

Прочность балки в сечении х2 обеспечена.

2.8 Проверка общей устойчивости балки

В соответствии с п. 5.16* [1] устойчивость балок проверять не требуется, если выполняются следующие условия:

1) Нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, что соответствует схеме сопряжения балок в одном уровне;

2) При отношении расчетной длины балки из плоскости lef к ширине сжатого пояса bf, не превышающих значений, определяемых по таблице 8*

За расчетную длину балки из плоскости принимается расстояние между элементами, препятствующими деформациям сжатого пояса из плоскости. Такими элементами при поэтажной схеме сопряжения являются балки настила, установленные по верхнему (сжатому) поясу через 1 м, следовательно, lef = 100 см. Соотношение по таблице 8* [1] равно:

.



Проверяем это условие в двух сечениях:

а) в области развития пластических деформаций в середине пролёта

Определяем коэффициент , который вводится при расчете балки с учетом развития пластических деформаций:

.

В данном случае с1 = с = 1,12 по пункту 5.18 [1] и таблице 66 [1] при Аf / Aw = 40Ч3 / 180Ч1,3 = 1,12. Проверяем условие:

Условие выполняется.

б) в области упругих деформаций по уменьшенному сечению:

где = 1 - в области упругих деформаций.

Оба условия выполняются, следовательно, общая устойчивость балки обеспечена.

2.9 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки

Устойчивость сжатого пояса была проверена при подборе сечения поясов.

Устойчивость стенки балки проводим в соответствии с п.п. 7.1...7.13 [1]. Определяем условную гибкость стенки:

Устойчивость стенки балки не следует проверять, если ее гибкость не превышает значений:

2,5 - при наличии местных напряжений в балках с двусторонними поясными швами (поэтажная схема сопряжения):

3,5 - при отсутствии местных напряжений в балках с двусторонними поясными швами (схема сопряжения в одном уровне).

Так как гибкость стенки более 2,5 необходимо проверять стенку на местную устойчивость. В соответствии с п. 7.10 [1], так как , устанавливаем поперечные ребра жесткости. Их размеры определяются по формулам:

- для одностороннего ребра (поэтажная схема сопряжения):

принимаем bh = 125 мм. Толщина ребра при поэтажной схеме сопряжения:

Окончательно толщину ребра при схеме сопряжения при поэтажной схеме сопряжения ts = 9 мм.

Расставляем поперечные ребра жесткости и проверяем местную устойчивость стенки. Рассмотрим расстановки поперечных ребер жесткости - при поэтажной схеме.

1) поэтажная схема сопряжения балок

В связи с тем, что в зоне пластических деформаций местные напряжения не допускаются, ребра жесткости в этой зоне ставим под каждой балкой настила (рисунок 2.8,а). Длина зоны развития пластических деформаций:

Так как значение а близко к 6 м, устанавливаем ребра жесткости под пятью балками настила в середине пролета. Для остальной части балки в соответствии с пунктом 7.10 [1] ребра жесткости ставятся на расстоянии не более 2hw = 3,4 м. Удобно ставить ребра под балками настила. Располагаем ребра жесткости через 2,5 м от опор, оставшийся отсек делим ребром жесткости пополам. За расчетные отсеки принимаем отсек 1, в котором изменяется сечение балки, и отсек 2.

Расчетные сечения принимаем следующие: х1 - в месте изменения сечения в отсеке 1; х3 - под ближайшей балкой настила в отсеке 2; х4 - на расстоянии hw/2 от правого края отсека 2

а) Сечение х1 = 3 м. Усилия в сечении были определены ранее и равны

Вычисляем напряжения в стенке балки в месте сопряжения стенки с поясом:

Так как в этом сечении loc = 0, то по п. 7.4* [1] устойчивость стенки проверяем по формуле:



.

Определяем коэффициент :

,

где = 0,8 - при поэтажной схеме сопряжения по таблице 22 [1]. Определяем критические нормальные и касательные напряжения:

где ссr = 32,06 по таблице 21 [1]; = а / hw = 200/180 = 1,11 - отношение большей стороны расчетного отсека к меньшей.

Проверяем местную устойчивость:

.

Местная устойчивость стенки в сечении х1 обеспечена.

б) Сечение х4 = 1,65 м. Усилия в сечении составляют:

Напряжения в сечении:



Так как в этом сечении loc = 0, то по п. 7.4* [1] устойчивость стенки проверяем по формуле:

.

Определяем коэффициент :

,

где = 0,8 - при поэтажной схеме сопряжения по таблице 22 [1]. Определяем критические нормальные и касательные напряжения:

где ссr = 32,06 по таблице 21 [1];

= а / hw = 250/180 = 1,39



- отношение большей стороны расчетного отсека к меньшей.

Проверяем местную устойчивость:

.

Местная устойчивость стенки в сечении х4 обеспечена.

в) Сечение x3 = 1,5 м под ближайшей балкой настила. Усилия в сечении составляют:

Напряжения в сечении:

где loc - местные напряжения, определены выше.

В соответствии с п. 7.6* [1] местная устойчивость проверяется по формуле:

.

Проверяем условие по п. 7.6*,б и п. 7.6*,в [1]:

где 0,42 - по таблице 24 [1] при = 2,5/1,8 = 1,39 и = 1,31

Расчет ведем по п. 7.6*,б [1]. Определяем критические напряжения:

где с2 = 52,42 - по таблице 25 [1] при соотношении сторон расчетного отсека м = а / hw = 2,5/1,8 = 1,39;

где с1 = 32,06 - по таблице 23 [1] при = 1,39, = 1,31; гибкость стенки по формуле (80) [1] равна:

Местная устойчивость стенки в сечении х3 обеспечена.

2.9 Расчет поясных соединений (сварных швов)

При поперечном изгибе пояса составной балки стремятся сдвинуться относительно стенки (рисунок 2.9).

Сила сдвига Т определяется по формуле:



где Sf1 - статический момент пояса в опорном сечении; J1 -момент инерции опорного сечения.

Рисунок 2.9 - К расчету поясных сварных швов

Усилие Т воспринимается сварными швами. Назначаем параметры сварки: сварка автоматическая под флюсом марки АН-348-А, сварочная проволока марки СВ-08А (таблица 55* [1]), расчетное сопротивление металла шва Rwf = 18,0 кН/см2 (таблица 56 [1]), металла границы сплавления Rwz = 0,45Run = 0,4538 = 17,1 кН/см2 (Run = 38 кН/см2 принимается по таблице 51* [1] для стали С245 толщиной 20...40 мм), диаметр сварочной проволоки 5 мм, положение шва - в лодочку (таблица 34* [1]). Назначаем предварительно катет шва минимальным kf = 7 мм (таблица 38*[1]). По таблице 34*[1] определяем коэффициенты проплавления шва:

Определяем расчетное сопротивление шва:

Таким образом, расчет ведем по металлу границы сплавления. Определяем требуемый катет шва:



где nw = 2 - количество поясных сварных швов.

В соответствии с требованиями таблицы 38* [1] оставляем катет шва kf min = 7 мм > kf = 1,3 мм.

2.10 Конструирование и расчет опорной части балки

Принимаем конструкцию опорной части главной балки по рисунку 2.10.

Рисунок 2.10 - Опорная часть главной балки

Определяем размеры сечения опорного ребра из условия смятия его торца. Требуемая площадь ребра:

где Rр = 33,6 кН/см2 - по таблице 52* [1]. Принимаем ширину опорного ребра равной ширине пояса bh = bf1 = 24 см. Отсюда требуемая толщина ребра:



Принимаем по сортаменту th = 2 см. Определяем напряжение смятия:

Определяем гибкость ребра относительно оси Z (рисунок 2.10). В работу ребра включается часть стенки балки длиной

Вычисляем геометрические характеристики заштрихованного сечения относительно оси Z:

Условная гибкость ребра относительно оси Z:

где hh - высота ребра с учетом выступающей части а, которая вычисляется по формуле:



Окончательно принимаем а = 3 см.

Проверяем местную устойчивость опорного ребра. Величина свеса:

По таблице 29* [1] для неокаймлённого тавра предельное соотношение не должно превышать:

Условие выполняется, следовательно, местная устойчивость опорного ребра балки обеспечена.

Проверяем общую устойчивость опорного сечения относительно оси Z. Гибкость:

По таблице 72 [1] z = 0,914 и напряжения:

Общая устойчивость опорного ребра обеспечена.

Проверяем шов, крепящий ребро к стенке балки (шов 1, рисунок 2.10).

Количество швов - 2, параметры сварки: сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа, сварочная проволока марки СВ-08Г2С (таблица 55* [1]), расчетное сопротивление металла шва Rwf = 21,5 кН/см2, металла границы сплавления Rwz = 0,45Run = 0,4538 = 17,1 кН/см2 (Run =38 кН/см2 принимается по таблице 51* [1] для стали С245 толщиной 10...20 мм), диаметр сварочной проволоки 2 мм, положение шва - нижнее (таблица 34* [1]).

Назначаем предварительно катет шва kf = 8 мм. По таблице 34*[1] определяем коэффициенты проплавления шва:

Расчетные сопротивления:

Расчет ведем по металлу границы сплавления. Длину шва назначаем максимально допустимую:

Напряжения в швах:

Прочность швов обеспечена, принимаем катет шва kf = 8 мм



2.12 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

Конструируем стык на высокопрочных болтах с накладками. Конструкция стыка показана на рисунке 2.12. Каждый пояс перекрываем тремя накладками: одна размером 420Ч20Ч800 мм, и две накладки размером 180Ч20Ч800 мм, стенку перекрываем парными накладками размером 1600Ч600Ч10 мм. П

ринимаем высокопрочные болты из стали марки 40Х "Селект" диаметром 24 мм, временное сопротивление болта растяжению Rbun = 110 кН/см2 (таблица 61* [1]), площадь болта нетто Аbn = 3,52 см2 (таблица 62* [1]). Диаметры отверстий под болты принимаем 27 мм.

Рисунок 2.12 - Укрупнительный стык главной балки

Определяем несущую способность одного болта на одну поверхность трения:

где Rbh = 0,7Rbun = 77 кН/см2 - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; b - коэффициент условия работы болта (принимается: 0,8 - при количестве болтов n < 5; 0,9 - при 5 n < 10; 1,0 - при n 10, предварительно принимаем b = 1,0); Аbn = 3,52 см2 - площадь болта нетто; = 0,42 - по таблице 36* [1] при газопламенной обработке поверхностей без консервации при способе регулирования натяжения болтов по моменту; h = 1,12 - по таблице 36* [1] для разности диаметров болта и отверстия = 3мм.

Определяем усилие, действующее в поясе:

где

Необходимое количество болтов для соединения поясов

где k = 2 - количество поверхностей трения соединяемых элементов. Окончательно принимаем n = 16 болтов с каждой стороны стыка. Располагаем болты в 4 ряда (рисунок 2.12) с учетом того, что расстояние между центрами болтов не должно быть менее 2,5db и не более 8db.

Момент, воспринимаемый стенкой:

где Jw - момент инерции стенки:

Усилие, приходящееся на один болт, не должно превышать несущей способности болта.

где m = 2 - количество вертикальных рядов болтов с каждой стороны стыка; amax = 1,5 м - расстояние между крайними болтами в ряду, k = 2 - количество плоскостей трения, ai.- расстояние между симметрично расположенными относительно нейтральной оси балки болтами (рисунок 2.12), Уаi2 - определяется как:

Условие выполняется, следовательно прочность стыка обеспечена.



3. Проектирование сквозной центрально сжатой колонны

Необходимо запроектировать стержень, оголовок и базу центрально сжатой сквозной колонны из прокатных профилей - двутавров или швеллеров. Все данные из примера 3.

3.1 Конструирование и расчет стержня сквозной колонны

Задаемся гибкостью стержня колонны = 40 и по таблице 72 [1] определяем значение коэффициента = 0,894 для стали класса С255 при Ry = 24 кН/см2. Требуемая площадь сечения:

Расчетная нагрузка на колонну:

Определяем фактическую длину колонны, учитывая, что база заглублена ниже отметки уровня пола на 600...800 мм

при поэтажной схеме сопряжения балок:

где Hвн - отметка верха настила; hбн = 300 мм - высота балки настила из примера 1; tн = 7 мм - толщина настила из примера 1; h = 1860 мм - высота главной балки из примера 2; a = 30 мм - выступающая часть опорного ребра главной балки из примера 2.

Принимаем шарнирное сопряжение колонны с фундаментом и с главной балкой. Расчетная длина колонны в обеих плоскостях при шарнирном опирании стержня в верхнем и опорном узлах равна:

Рисунок 4.1 - Сечение сквозной колонны

Принимаем сечение из двух двутавров №40 (рисунок 4.1). Геометрические характеристики сечения двутавра: Aдв= 72,6 см2, Jx дв = 19062 см4, ix дв = 16,2 см, Jy дв = 667 см4, iy дв = 3,03 см.

Проверяем сечение относительно материальной оси (ось Х). Гибкость колонны:

По таблице 72 [1] х = 0,864. Устойчивость колонны относительно материальной оси:

Недонапряжение составляет:



Не более 5%, такое недонапряжение допустимо, поэтому оставляем сечение из двух двутавров №40.

Из условия равноустойчивости колонны относительно обеих осей (Х и У) принимаем

х = ef.

Для двухветвевых стержней необходимо учитывать повышенную гибкость относительно свободной оси (ось У) за счет деформативности решетки. Задаемся гибкостью ветви 1 = 25 (рекомендуется 20…40) и определяем требуемую гибкость относительно оси У:

после чего вычисляем требуемый радиус инерции:

По таблице 3.1 определяем коэффициент y = 0,52 и вычисляем требуемую ширину сечения:

Принимаем b = 38 см. Зазор b1 между полками двутавров не должен быть менее 15,0 см из условия окраски внутренних поверхностей колонны. Проверяем условие:



где bп = 15,5 см - ширина полки двутавра №40.

Проверяем сечение относительно оси У. Требуемая длина ветви (расстояние между планками):

Принимаем окончательно длину ветви l1 = 75 см. Уточняем ее гибкость:

Задаемся сечением планки: hs = 0,5b = 0,538 = 19 см (рекомендуется hs = 0,5b...0,75b); ts = 10 мм (рекомендуется (1/10...1/25)hs или 6...10 мм). Момент инерции планки:

Длину планки принимаем на 8…12 см больше величины зазора:

Определяем момент инерции сечения колонны относительно оси У:



Определяем соотношение погонной жесткости планки к погонной жесткости ветви:

В соответствии с таблицей 7 [1] при таком соотношении приведенная гибкость определяется по формуле:

где y - гибкость стержня относительно свободной оси:

n - коэффициент, равный:

По таблице 72 [1] по приведенной гибкости вычисляем коэффициент у = 0,857 и проверяем устойчивость стержня относительно свободной оси:

Устойчивость стержня относительно свободной оси обеспечена.



3.2 Расчет планок сквозной колонны

Расчет планок выполняем на условную перерезывающую силу Qfic, которая вычисляется согласно п. 5.8* [1] по формуле:

Условная поперечная сила распределяется поровну между планками и их расчет сводится к расчету элементов безраскосных ферм (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - К расчету планок сквозной колонны

Планки рассчитываются на следующие усилия:

а) на силу среза планки FS, определяемую по формуле:

б) на момент в планке MS



Рисунок 4.3 - К расчету сварных швов планки

Планка приваривается к полкам двутавров угловыми швами (рисунок 4.3). Задаемся параметрами сварки: сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа, положение шва - нижнее, диаметр сварочной проволоки 2 мм. Сварочная проволока марки СВ-08Г2С (таблица 55* [1]), расчетное сопротивление металла шва Rwf = 21,5 кН/см2 (таблица 56 [1]), расчетное сопротивление металла границы сплавлении:

где Run = 39 кН/см2 - нормативное сопротивление листового проката стали С255 толщиной 10...20 мм по временному сопротивлению (таблица 51*

Предварительно задаемся катетом шва kf = 9 мм, тогда коэффициенты проплавления шва по таблице 34* [1] равны f = 0,9, z = 1,05. Сравниваем расчетные сопротивления шва с учетом этих коэффициентов:

следовательно, расчет ведем по металлу границы сплавления. Расчетная длина шва при высоте планки hs = 19 см равна:



Определяем напряжения в шве от силы FS:

и от момента MS:

где момент сопротивления шва:

Суммарные напряжения в шве:

Прочность шва обеспечена.

3.3 Конструирование и расчет оголовка колонны

Конструкция оголовка сквозной колонны представлена на рисунке 4.4. Вертикальная нагрузка N = 2931,02 кН.

Назначаем конструктивно толщину опорной плиты tпл = 20 мм, размером в плане на 3...5 см больше габарита сечения колонны, равного:



тогда размер плиты принимаем bпл = 58 см, lпл = 45 см.

Рисунок 4.4 - Оголовок сквозной колонны

Давление от главных балок передается на стержень колонны через ребро, приваренное к стенкам двутавров четырьмя угловыми швами (швы 1). Определяем длину участка смятия ребра оголовка:

где bf1 = 24 см - ширина опорного ребра главной балки по примеру 2.

Из условия смятия определяем требуемую толщину ребра:

где Rр = 34,6 кН/см2 - расчетное сопротивление стали класса С255 смятию по таблице 52* [1].

Принимаем толщину ребра th = 32 мм. Проверяем швы 1, крепящие ребро оголовка к стенкам двутавров. Параметры сварки принимаем такие же, как при расчете планок стержня колонны. При толщине стенки двутавра 8,3 мм катет шва не должен превышать kf 1,2t = 1,28,3 = 9,9 мм. Принимаем kf = 9 мм, требуемая длина шва:

Условие выполняется. Высота ребра должна быть не менее:

Принимаем по сортаменту lh=46 см.

Проверяем ребро оголовка на срез:

Прочность ребра оголовка на срез обеспечена. Проверяем прочность шва 2, крепящего опорную плиту к ребру оголовка. Длина одного шва:

Расчетная длина шва меньше фактической на 1 см

Определяем требуемый катет шва



Принимаем катет шва kf = 22 мм, что меньше допустимого по таблице 38* [1].

3.4 Конструирование и расчет базы сквозной колонны

Конструируем базу с траверсами, сопряжение колонны с фундаментом - шарнирное (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 - База сквозной колонны

Определяем размеры опорной плиты Lпл и Впл из конструктивных соображений, то есть из условия размещения стержня колонны на плите. Принимаем свесы плиты минимально допустимыми с = 40 мм, толщину траверсы tтр = 14 мм.

Размеры плиты:

где bдв = 155 мм - ширина полки двутавра №40.

Принимаем по сортаменту Впл = 530 мм. Тогда свес плиты c одной стороны равен с2 = 5,1 см. Длину плиты оставляем без изменений. Проверяем напряжение в бетоне фундамента:

где Rb = 1,45 кН/см2 - прочность бетона В25 на сжатие [4]. Прочность бетона обеспечена.

Определяем изгибающие моменты в плите.

Участок 1, опирается на 4 канта. Размеры участка: а1 = 400 мм,

Соотношение сторон участка:

Отсюда коэффициент = 0,053 (таблица 3.2). Тогда изгибающий момент:

Участок 2, опирается на 3 канта. Размеры расчетного участка: а2 = 113,35 мм, b2 = 400 мм. Соотношение:

следовательно, данный участок в соответствии с таблицей 3.3 рассчитываем как консольный. Изгибающий момент в плите:



Участок 3 консольный, вылет консоли с2 = 5,1 см. Изгибающий момент в плите:

Подбираем толщину опорной плиты по максимальному моменту:

Уточняем расчетное сопротивление стали: для проката толщиной от 20 до 40 мм Ry = 23 кН/см2.

Принимаем по сортаменту tпл = 4,2 см.

Определяем необходимую длину шва 1, крепящего траверсу к стержню колонны. Параметры сварки принимаем такие же, как при расчете оголовка. Принимаем kf = 8 мм, тогда длина шва:

балочный строительный сварной опорный

Требуемая высота траверсы:



Принимаем высоту траверсы по сортаменту hтр = 53 см.

Определяем необходимый катет шва 2, крепящего траверсы к опорной плите. Суммарная длина шва 2:

Требуемый катет шва:

Так как kf > 10 мм, по таблице 34* [1] уточняем коэффициенты проплавления шва f = 0,8, z = 1. Тогда:

следовательно, расчет ведем по металлу шва. Катет шва:

Принимаем катет шва kf = 13 мм.

Размещено на Allbest.ru

...