Рабочая площадка промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Архитектруно-строительный институт (наименование института полностью)

Кафедра «Промышленное, гражданское строительство и городское хозяйство» 08.03.01

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Металлические конструкции (наименование дисциплины (учебного курса)

на тему: «Рабочая площадка промышленного здания»



Содержание

Введение

1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

1.1 Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки

1.2 Конструирование и расчет главной балки

2. Конструирование и расчет колонны

2.1 Стержень колонны

2.2 Оголовок колонны

2.3 База колонны

Заключение

Библиографический список

Приложение



Введение

Курсовая работа выполнена на основании исходных данных задания на проектирование.

Оно содержит параметры необходимые для расчета:

· размеры рабочей площадки в плане;

· шаг колонн в продольном и поперечном направлении;

· отметки верха габарита площадки и оборудования под перекрытием;

· временная нормативная нагрузка;

· класс стали для основных несущих конструкций;

· тип монтажного стыка главной балки и т.д.

В записке приведено краткое описание и обоснование основных архитектурно-строительных решений. На основании расчетов разрабатываются основные чертежи.

В проектировании учитываются следующие требования: выбираются наиболее рациональные конструктивные решений, обеспечивающие экономию металла, минимальную трудоемкость при изготовлении, унификацию и типизацию конструкций, а также и скорость монтажа.

Конструкционная сталь

Конструкционная сталь по праву занимает важное место среди материалов, которые приспособлены для использования в строительстве промышленных зданий. Его основная функция заключается в создании каркаса скелета, который поддерживает крышу и боковые покрытия вместе с другими частями или оборудованием, которые прикреплены к стальной конструкции или поддерживаться ею. Сталь является негорючим, прочным, но относительно легким по весу для своей прочности материалом, также это пластичный, надежный и общедоступный материал. Элементы требуемой прочности и размеров могут быть изготовлены заранее заводом изготовителем, чтобы можно быстро установить их на стройплощадке.

В качестве материала для каркаса промышленных зданий сталь имеет два очень важных преимущества:

1. Почти любая структура может быть построена из конструкционной стали из-за большого разнообразия форм и размеров, определяемых требованиями различных отраслей.

2. Стальной каркас часто может быть реконструирован в соответствии с новыми условиями, новыми процессами и даже совершенно новыми способами применения. При использовании сварки и клепания могут быть сделаны значительные изменения в условиях стройплощадки без чрезмерных затрат.

Еще одним преимуществом, которое хоть и незначительно, но может быть важным в особых условиях, является тот факт, что все здание может быть демонтировано и вновь установлено в другом месте, если этого требуют обстоятельства.

Что представляет собой промышленное здание с металлическим каркасом. Это в большинстве случаем одноэтажное здание, имеющее один или несколько широких пролетов и значительную длину. Стены и кровля могут быть выполнены из самых разнообразных материалов, однако, вся конструкция здания относительно легкая. Здание может иметь или не иметь крановое оборудование и подкрановые балки, троллейные балки или другое оборудование для транспортировки материалов. Производственные операции внутри здания обычно требуют больших площадей на одном этаже и обработки тяжелых или объемных объектов. Очевидно, что для такого сооружения требуются длинные балки или фермы. При этом конструкционная сталь превосходно подходит для выполнения этих задач.



1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

1.1 Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки

Вариант 1: Балочная клетка нормального типа

Компоновка ячейки

Примем шаг балок настилаа = 0,8 м, кратный пролету главной балки. Частное от деления L/a = 20 - четное число. Ячейка балочной клетки нормального типа приведена в прил.1.

Расчет настила

Конструктивная и расчетная схема настила представлена в данном случае на рис. 6. Расчет выполняем по аналогии с расчетом настила балочной клетки нормального типа.

Нормативная величина нагрузки от массы настила:

= p • t = 78,5 кН/ • 0,009 м = 0,707 кН/

Расчет балок настила

Конструктивная схема сопряжения балок настила с главными представлена в прил.3. В запас прочности и жесткости в качестве расчетной схемы принимаем однопролетную балку с шарнирными опорами (прил.3).

Нормативная нагрузка, действующая на балку настила:

Расчетная нагрузка определяется с учетом коэффициентов надежности: по переменной нагрузке и постоянной нагрузки :



.

Коэффициенты надежности по нагрузке приведены в табл.1 [7]. Для стального листа = 1,05. Коэффициент надежности по временной нагрузке условно примем = 1,2.

Определяется величина расчетной погонной нагрузки, действующей на балку настила:

Определяется величина максимального изгибающего момента, действующего в середине пролета рассматриваемой балки:

Определяется величина максимального перерезывающего усилия действующего на опорах:

Подбор сечения балки производится с учетом возможности развития в ней пластических деформаций ([6], п.5.18):



где: Ry - расчетное сопротивление стального проката на сжатие, растяжение и изгиб ,= 24 кН/см2. с1=1,1;

- коэффициент условий работы, = 1,0.

С учетом конкретных значений , с1, определяем требуемый момент сопротивления:

Принимаем двутаврI33, имеющий см3 >557,27см3, и линейную плотность

Прочность принятой балки обеспечена, так как .

Проверяется жесткость балки. Для этого определяется относительный прогиб f / l1 и сравним его с предельно допустимым значением [f / l1] =1/250:

>

Жесткость балки не обеспечена. Принимаем больший двутавр: I36, имеющий= 743см3, и линейную плотность

Определяем его относительный прогиб:



В этом случае относительный прогиб меньше предельно допустимой величины.

Таким образом, балка отвечает предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям по 1-й, и 2-й группам предельных состояний.

Определение ТЭП

1. Расход стали на 1 м2 ячейки.

Расход стали на балки настила, отнесенный к 1 м2 ячейки:

gбнп/а =48,6 кг/м /0,8 м = 60,75 кг/м2.

Суммарный расход стали на квадратный метр ячейки определяется, как:

2. Количество отправочных марок балок в ячейке - 20 штук (БН).

3. Количество типоразмеров балок в ячейке - 1шт, балка I 36 конструктивной длиной 6980 мм (пролет в осях 7000 мм, по 10 мм привязка с двух сторон).

Вариант 2: ячейка балочной клетки усложненного типа

Компоновка ячейки

Вспомогательные балки размещаем с шагом l2 = 3.2 м, кратным пролету главных, рисунок показан в прил.4

Частное от деления L/l2 =16/3,2 = 5 - нечетное число. Отсюда,учитывая нежелательность попадания ВБ на монтажный стык ГБ, принимаем вариант с совмещением крайних вспомогательных балок в ячейке с поперечными осями (рис. 4).

Балки настила располагаем вдоль главных балок с шагом а1 = 1,0 м, кратным пролету вспомогательных балок.

Расчет настила

Рисунок представлен в прил.5.

Нормативная величина нагрузки от массы настила будет равна:

Расчет балок настила

Рисунок представлен в прил.6.

Определяется нормативная и расчетная нагрузки, действующие на балку настила. Затем вычисляется максимальный изгибающий момент:

Сечение балки подбирается с учетом возможности появления пластических деформаций ([5].п.5.18):



Принимаем I20, имеющийWxф=184 см3, Ixф = 1840 см4, линейную плотность21кг/м = 0,21 кН/м

Проверка жесткости балки настила:

Проверка выполняется, значит жесткость балки обеспечена. Принимаем для балки настила двутавр I 20.

Расчет вспомогательных балок

Рисунок представлен в прил.7.

Определяется нормативная величина нагрузки:

Вычисляется расчетная нагрузка, действующая на вспомогательную балку:

Определяем максимальный изгибающий момент:



Определяется требуемый момент сопротивления сечения вспомогательной балки учитывая ее работу в упругопластической стадии:

Принимается двутаврI60, имеющий и линейную плотность 108 кг/м.

Прочность двутавра обеспечена, так как >

Вспомогательную балку необходимо проверить на предмет обеспеченности её общей устойчивости.

Общая устойчивость балки обеспечена, если отношение её расчетной длины lefк ширине сжатого пояса b не превышает предельно допустимых значений [lef/b].

Расчетную длину находим как шаг балок настила lef =a=1,0 м.

Определяем предельное отношение [lef / b] и производится проверка устойчивости вспомогательной балки.

По ГОСТ 8239 - 89 I60:b= 19 см, t= 1,78 см, h = 60 - 1,78 = 58,22 см.

Определяется действительное отношение расчетной длины балки к ширине сжатого пояса:



Рассчитывается предельно допустимое значение отношения и сравнивается с предельным:

5,26 < 25,73 - таким образом, общая устойчивость вспомогательной балки обеспечена.

Проверяется жесткость вспомогательной балки:

Принятая вспомогательная балка отвечает условиям прочности, общей устойчивости и жесткости. Требования и 1-ой и 2-ой групп предельных состояний выполняются.

Определение ТЭП

Вычисляетсярасход стали на 1 м2 настила

Вычисляетсярасход сталина балки настила, отнесенный к 1 м2 ячейки:

Вычисляется расход стали на вспомогательные балки, отнесенный к 1 м2 ячейки:

Рассчитывается расход стали на 1 м2 балочной ячейки усложненного типа:

Отправочных марок балок в ячейке: 36 штук( 30 штук БН и 6 штук ВБ)

Типоразмеров балок в ячейке - 2 шт. (1 шт. БН и 1 шт. ВБ)

Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки

Сравниваются технико-экономические показатели для балочных клеток нормального (I) и усложненного (II) типов. Сведем технико-экономические показатели двух вариантов в таблицу 1, которая приведена в прил.28.

По показателям таблицы первый вариант более выгодный по сравнению со вторым, т.к. выгодна с экономической точки зрения и менее трудоемкая.

1.2 Конструирование и расчет главной балки

Подбор основного сечения

Расчетная схема для главной балки представлена в прил.8.

Требуемый момент сопротивления:



Где: гс=1

Определяется нормативная нагрузка на главную балку:

=( 1-2% от )

= 0,01* 24,4=0,244 кН/м2

Определяется расчетная нагрузка на главную балку:

Определяется расчетный изгибающий момент в середине пролета:

Вычисляется поперечная сила на опоре:

Главная балка рассчитывается с учетом развития упругих деформаций. Определяется требуемый момент сопротивления балки:



Двутавр с таким значение подобрать нельзя, значит, надо будет использовать балку составного сечения.Изображение балки прил.9

Определяется оптимальная высота главной балки. Предварительно задается ее высота и рассчитывается толщина стенки

.

Принимается толщина стенки 12 мм.

Определяется оптимальная высота балки:

.

Определяется минимальная высота главной балки :

Строительная высота балки находится исходя из заданных отметок верха габарита площадки H1 и верха габарита оборудования под перекрытием Н2, а также конструкции перекрытия:

,

гдеhБН - высота балки настила, соответствующая принятому для нее номеру двутавра (см. пункт 1.1.1.3).

Высота главной балки принимается исходя из сравнения полученных высот: hГБ = h = 160 см.

Проверяется толщина стенки:

§ из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре:

,

где Rs = 0,58·Ry =0,58·24 кН/см2= 13,92 кН/см2;

§ из условия местной устойчивости в середине пролёта:

= 0,983 см

Принимаем tw = 10 мм.

Сравнив полученные данные с принятой толщиной стенки (10 мм), делаем вывод, что она соответствует условиям прочности и обеспечению местной устойчивости.

,

Вычисляется момент инерции стенки балки :

,

Находится момент инерции стенки балки при толщине поясов 3 см:



Рассчитывается момент инерции поясных листов:

;,

Необходимая площадь сечения поясов балки:

,

где hf= hГБ - tf = 160 см - 3 см = 157 см.

,

Принимаются стальные пояса шириной .Принятое сечение главной балки изображено в прил.10.

Принятое сечение проверяется на прочность.

.

Определяем максимальные нормальные напряжения в поясах балки:

Полученное сечение балки удовлетворяет условию прочности. Недонапряжения <2,8 %.

Принятая высота сечения балки больше минимальной, значит регламентируемый прогиб не будет превышен и его проверку выполнять не требуется.

Проверка стенки на местное давление

При этажном сопряжении балок настила с главными при отсутствии в сечении ребер жесткости стенка главной балки будет испытывать местное сжатие. Требуется проверить прочность стенки на пластические деформации.

Опирание балки настила представлено в прил.11.

Производится проверка прочности стенки на местное сжатие:

,

где расчетное значение сосредоточенной силы, равное двум реакциям от балок настила;- условная длина распределения сосредоточенной нагрузки; Проверка показала, что прочность стенки на сжатие балки обеспечена.

Конструирование и расчет опорной части главной балки

Опорная часть главной балки показана в прил.12.

Опорное ребро привариваем к торцу балки в пределах стенки с выпуском а1 за нижнюю полку, для передачи нагрузки через строганный торец.

Определяем размеры торцевого ребра.

Толщину принимаем конструктивно tр = 2см.

Нагрузка Qmax передается через торец, размеры которого определяем по его напряженному состоянию. При а1 > 1,5tр- расчет ведется по условию сжатия по Ry. Определяем требуемую ширину ребра



,

где (табл.51 [2]).

tр = 240 мм.

Выступающая вниз часть опорного ребраа = 20 мм < 1,5 *tо.р. = 30 мм.

Устойчивость опорной части балки изображена в прил.13.

В расчетное сечение стойки следует включать ребро и полосу стенки шириной

Находим геометрические характеристики сечения стойки:

- площадь сечения

,

;

- момент инерции сечения относительно оси «у»:

;

- радиус инерции сечения относительно оси «у»

,

.,

Гибкость стойки в плоскости перпендикулярной оси «у»:

лy= hщ/iy = 154/5,86 = 26,3.



Коэффициент продольного изгибазависит от расчетного сопротивления и гибкости стойки лy.

Проверяем устойчивость:

,

что больше , что недопустимо.

Принимаем новое сечение -300х20. Производим проверку устойчивости в той же последовательности:

;,

;,

;,

лy= hщ/iy = 154/7,54 = 20,42.,

Проверка устойчивости стойки:

,

Устойчивость стенки обеспечена. Принимаем опорное ребро из листа широкополосной универсальной стали сечением -300х20.

Конструирование и расчет узла изменения сечения

Принимаем по одному изменению сечения поясов с двух сторон от середины пролета балки. При равномерной нагрузке наиболее выгодно изменение сечения на расстоянии 1/6 пролета от опор

Схема изменения сечения балки изображена в прил. 14.

При применении прямого стыка в растянутом поясе без физических способов контроля качества шва расчетное сопротивление сварных соединений при растяжении принимается пониженным: Rwy = 0,85Ry; в рассматриваемом случаеRwy = 0,85•24=20,4 кН/см2.

Определяем привязку измененных сечений: x = L/6 = 16/6 = 2.67 м. Примем x = 2.7 м.

Расчетный момент Mх и перерезывающая силы Qх на расстоянии x = l/6 от опоры определяется по формулам:

,

,

,

- момент сопротивления измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

,

- момент инерции измененного сечения:

,

- момент инерции пояса:

,

- площадь пояса:



,

- ширину пояса:

,

По конструктивным требованиям ширина пояса должна отвечать условиям:

,

Принимаем пояса из универсальной стали по ГОСТ 82-70 сечением -340x30 мм.

Проверка прочности измененного сечения

В рассматриваемом сечении действует местная нагрузка Fb.Поэтому проверка прочности стенки выполняется с учетом локальных напряжений уloc по формуле:

,

Распределение напряжений в месте изменения сечения балк показано в прил. 15.

Вычисляем нормальные напряжения:

,

где: - момент инерции уменьшенного сечения относительно оси «Х», определяемый по формуле:

,

Вычисляем нормальные напряжения:

,

Определяем касательные напряжения:

,

где: - статический момент уменьшенного пояса относительно оси «Х», определяемый по формуле:

,

Вычисляем касательные напряжения:

,

Выполняем проверку прочности стенки:

,

что меньше , следовательно, прочность уменьшенного сечения обеспечена.

Обеспечение местной устойчивости

Потеря устойчивости сжатого пояса и стенки визуально выглядит как местные изгибные деформации. Они часто несимметричны, что приводит к потере несущей способности балки в целом.

Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений

Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте максимальных напряжений в нем - в середине пролета балки.

Потеря устойчивости стенки от действия у представлена в прил.16.

Рассчитываем:

,

,

Местная устойчивость стенки не обеспечена и требуются продольные ребра жесткости.

Исключить появление выпучины можно двумя способами: принятием достаточной толщины стенки или постановкой продольных ребер жесткости. Постановка ребер эффективна при высоте главной балкиhгб? 2,0 м.

В рассматриваемом случае hГБ< 2,0 м, значит, устойчивость стенки от действияследует путем принятия достаточной для обеспечения устойчивости толщины:

= 0,983 см.

При компоновке сечения принята толщина , что больше, чемтребуемая с позиции обеспечения местной устойчивости стенки.

Проверка устойчивости стенки от действия касательных напряжений

Необходимо проверить условие .

Для этого определяется значение условной гибкости стенки:

.,

> 3,2

Согласно[п. 7.10, 6]требуется постановка поперечных ребер жесткости:при >3,2 максимальное расстояние между ними 2.

- при отсутствии подвижной нагрузки, если гибкость стенки превышает 3,2;

-при отсутствии подвижной нагрузки, если гибкость стенки превышает 2,2.

Потеря устойчивости стенки от действия ф изображена в прил.17.

Расстояние между основными ребрами жесткости не должно превышать 2hщ при щ>3,2.

2hщ=2•154=308 см

Принимается расстояние между ребрами жёсткости а=240 см по всему пролету балки за исключением двух опорных отсеков. Схема расстановки рёбер жёсткости представлена в прил. 18.

Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений

Изображение потери устойчивости сжатой полки представлено в прил.19.



Определяем свес полки:.

Условие выполняется, таким образом, местная устойчивость полки обеспечена.

Местная устойчивость стенки от совместного действия нормальных, касательных и местных напряжений

Проверяем устойчивость стенки на совместное действие напряжений в наиболее напряженном отсеке, под балкой настила на расстоянии х1= 3,6 м от опоры, изображение прил. 20.

Устойчивость стенок обеспечена при:

,

Определяется изгибающий момент и перерезывающая сила в сечении на расстоянии х1 = 3,6 м от оси:

В соответствии с [п. 7.2*, 6]напряжения и вычисляются по формулам:

;

;

Определяются критические касательные напряжения:

,,

Где:где: - отношение большей стороны пластинки к меньшей; - расчетное сопротивление срезу; где - меньшая из сторон пластинки.

,,

;

Коэффициент определяется по формуле 77 [6]:

3 =0,8•(56/154)•(3/1)3= 7,85 (Табл. 21[2])

где коэффициент (для прочих балок в прочих случаях).

[]== 0,428

Определяем значениепоформуле 75 [6]:



,

по (Табл.21[6]),

где = 5,19;

Нормальное местное критическое напряжение определяем по формуле (80) [6]:

(Табл.23 [6]);,

где условная гибкость:

,

Проверка:

,

,

Местнаяустойчивость стенки не обеспечена.

Жесткость стенки можно увеличить путем увеличения ее толщины или уменьшением длины отсека.

Принимаем толщину стенки tщ = 11 мм.



,

,

,

,

3 =0,8•(56/154)•(3/1,1)3= 5.91.,

4.74;,

.

,

4,74,

.

,

,

Проверяем устойчивость стенки:

,

Отсюда следует, что устойчивость стенки обеспечена.

Расчет поясных швов

Поскольку на балку опираются балки настила, то швы выполняем двусторонние, автоматической сваркой,положение в лодочку, при климатическом районе рассчитываемой группы конструкций относящейся к графе «2, 3 и 4-во всех районах, кромеI1, I2, II2 иII3 , и сталь класса С245. Примем марку сварочной проволоки Св-08А.

По пределу текучести = 38, стали С245.

Вычисляем расчетное сопротивление в соответствии с требованиями (табл. 3 [6]):

.

По табл. 34 [6] определяем вf = 1,1 вz = 1,15; ( табл. 56 [6]) находим Rwf = 18,5 кН/см2;

Произведения коэффициентов проплавления на расчетные сопротивления:

,

,

Таким образом, минимальное произведение равно

.,

,

,

Максимально допустимые катеты определяются в соответствии с [6, п. 12,8, а] как В нашем случае свариваем полку и стенку; стенка имеет меньшую толщину отсюда

По табл. 38*определяем минимальный катет шва kf,min=7 мм, при

tf=30 мм. балка настил сечение колонна

Принимаем поясные швы с катетом что больше по расчету и меньше максимально возможного

Расчет швов прикрепления опорных ребер к торцам балки

Прикрепление опорного ребра к стенке проектируем двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Св-08А.Изображение представлено в прил. 21.

Для полуавтоматической сварки проволокойd =1.4-2 мм с нижним положением шва при катетах 9-12 мм:

,

Расчетные сопротивление ,.

Определяем катеты:

- из расчета на срез по металлу шва

,

- из расчетана срез по металлу границы сплавления

,

Максимально возможный катет, где - минимальная толщина свариваемых элементов, , то есть, .

Минимально возможный катет по табл. 38

Принимаем катет швов ,

<8<.,

Проверяем длину рабочей части шва:

.,

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

Конструирование монтажного стыка

Принимаем: сжатый (верхний) пояс и стенку соединяем прямым швом встык, а растянутый (нижний) пояс - косым швом с заложением 1:2. Монтажный стык главной балки представлен в прил.22. В этом случае принимаем визуальный метод контроля качества шва нижней полки.



2. Конструирование и расчет колонны

2.1 Стержень колонны

Колонну проектируем сквозного сечения в виде сварного двутавра из трех листов.Конструктивная и расчетная схемы колонн представлены в прил. 23.

Расчетная длина колонны:

Расчетная осевая нагрузка на колонну:

В соответствии с нагрузкой задаемся гибкостью л = 80 и коэффициентом продольного изгиба ц = 0,686:

,

Требуемые значения радиусов инерции сечения колонны и :

,

Требуемые габаритны сечения колонны:

,

,

С учетом требований автоматической сварки (hk ? bf), применения для полок стандартных элементов (ГОСТ 82-70*) и модульности высоты сечения колонны (М = 10 мм) примем в первом приближении hk= 38 см и bf= 34 см.

Примем толщину стенки tщ = 1 см, толщину полки tf = 2,5 см, что даёт площадь сечения близкую к требуемой величине:

А = = 33•1+2•34•2,5 = 203 см2,

4Характеристики жесткости сечения и в целом колонны:

Iy , - момент и радиус инерции сечения относительно оси «y»;

лy - гибкость колонны в плоскости, перпендикулярной оси «y».

,

,

,

Полученная гибкость меньше предельно допустимой гибкости

[] = 120.

В зависимости от гибкости и расчетного сопротивления , определяем минимальное значение коэффициента продольного изгиба .

Проверяем устойчивость стержня:



,

Недонапряжение составляет 2,1 %, что меньше предельно допустимой величины 5%. Таким образом, общая устойчивость колонны обеспечена.

Производим проверку местной устойчивости отдельных элементов колонны: стенки и полки.

Для этого предварительно определим условную гибкость колонны:

= 79,8 = 2,64,

Проверяем устойчивость стенки. Она будет обеспечена, если действительная гибкость стенки не будет превышать предельно допускаемую величину:

? uщ,

Действительная гибкость стенки равна:

= =33,

Предельно допускаемая величина гибкости определяется как uщ.

Так как условная гибкость колонны = 2,64 больше 2,0, uщ определяется по формуле :

uщ = 1,20 + 0,35 ,но не более 2,3.

В нашем случае uщ = 1,2 + 0,35•2,64= 2,12< 2,3;

uщ=2,12



Проверим стенку колонны на предмет необходимости постановки поперечных ребер жёсткости.

В соответствии с п. 7.21* [6] стенку колонны следует укреплять такими рёбрами в случае выполнения неравенства:

? ,

В нашем случае =33,

,

Условие не выполняется (33< 68,03), необходима постановка парных поперечных рёбер жёсткости только в двух сечениях по высоте колонны. Проверяем местную устойчивость полки

В нашем случае:

- условная гибкость ;

- расчётная ширина свеса полки ;

- отношение свеса к толщине

Предельно допускаемую величину отношения свеса к толщине определяем как для полок, окаймленных ребрами, по формуле :

,

Следовательно, условие выполняется. Устойчивость полки будет обеспечена.



2.2 Оголовок колонны

Расчёт оголовка колонны в случае опирания главных балок сверху

Узел опирания главных балок на колонну представлен в прил.24.

Плита принимается конструктивно толщиной

Требуемая площадь смятия определится по формуле:

,

Учитывая наличие двух балок, расчетная нагрузка на плиту будет равна

Расчетное сопротивление стали на смятие Rp = Ru = 36.

Таким образом, требуемая площадь смятия будет равна:

,

Схема к расчёту рёбер оголовка представлена в прил.25.

Учитывая распределение нагрузки от опорного ребра главной балки через плиту под углом, равным 450, требуемую ширину ребра оголовка bропределяем конструктивно:

,

По ГОСТ103-76 «Полоса стальная общего назначения»

Тогда требуемую толщину одного ребра можно определить по формуле:



,

Окончательно принимаем в соответствии с ГОСТ 103-76.

Высота ребер определяется из условия среза четырех швов, прикрепляющих ребра к стенке колонны и передающих нагрузку от двух главных балок.

Определяем длину этих швов по формулам:

- из условия работы на срез по металлу шва

,,

- из условия работы на срез по металлу границы сплавления

,

Катет швов принимем в пределах его возможных величин: - .

Минимальный катет определяется по табл. 38 [6]: в нашем случае соединение тавровое с двусторонними угловыми швами, сварка полуавтоматическая, предел текучести до 430 МПа (Ry = 270 МПа), толщина наиболее толстого элемента Таким образом, принимаем = 8 мм.

Максимальный катет определяем в соответствии с п. 12,8, а, как 1,2, где - наименьшая толщина соединяемых элементов. В рассматриваемом случае отсюда 1,2.

В первом приближении примем катет швов, прикрепляющих рёбра к стенкам колонны

Коэффициенты проплавления определяем по табл. 34 [6] для полуавтоматической сварки проволокой d = 1,4 - 2 мм, нижнего положения шва при катете 10 мм.

Расчетные сопротивления угловых швов на срез по металлу шва и металлу границы сплавления принимаем из предыдущего примера:

,.

Подставляем полученные величины в следующие формулы и получаем длины швов:

,

,

Полученные длины швов необходимо проверить.

85вf kf = 85•0,9•1= 76,5 см.,

В нашем случае 52,99 см < 6 76,5 см, то есть проверка выполняется. Высота ребра по наибольшей из расчётных длин швов.

2.3 База колонны

Шарнирная база центрально-сжатой сплошной колонны показана в прил.26.

1. Расчет опорной плиты

Нагрузка, воспринимаемая базой колонны:



.,

Требуемая площадь опорной плиты:,

,

Ширина опорной плиты:

Ширину универсальной стали принимаем .

Длина опорной плиты:

Длину универсальной стали принимаем .

Принимаем плиту размером ВЧL=600Ч560 мм.

Определение фактической площади опорной плиты

,

Это меньше расчетного сопротивления бетона смятию .

Наибольший момент в консоли.



,

В пластине, опертой на четыре канта, имеет длинную сторону и короткую сторону Соотношение их .

,,

где из таблицы «Коэффициенты для расчета пластин, опертых на четыре канта».

Определяем требуемую толщину плиты:

= 3,98 см.,

Принимаем по ГОСТ 82-70*.

Определив геометрические параметры плиты, перейдем к определению размеров траверсы.

Вычисляем их по формулам:

,

,

Катет швов принимаем в пределах - .

Минимальный катет: в нашем случае соединение тавровое с двусторонними угловыми швами, сварка полуавтоматическая, предел текучести до 430 МПа (Ry = 240 МПа), толщина наиболее толстого элемента Таким образом, принимаем = 7 мм.

Максимальный катет определяется в соответствии с п. 12,8, а [6] как 1,2, где - наименьшая толщина соединяемых элементов. В рассматриваемом случае отсюда 1,2.

,

.,

,

Подставляем полученные величины в формул и получаем длины швов:

- из условия работы на срез по металлу шва

,

- из условия работы на срез по металлу границы сплавления

,

Проверяем длину наибольшего шва. В соответствии с п. 12.8, г [6] она должна быть в пределах = 85. Проверка удовлетворяется:.

Принимаем высоту траверсы несколько больше =

Рисунок к расчёту траверсы шарнирной базы представлен в прил.27.

,

Определяем максимальные усилия, действующие в траверсе:

- максимальное перерезывающее усилие будет на опоре

,

- максимальный изгибающий момент будет в середине пролёта

.,

Проверяем прочность по нормальным и касательным напряжениям.

,

,

Производим проверку сечения по нормальным напряжениям:

,

Проверка касательных напряжений:

,

Касательные напряжения не больше расчетного сопротивления срезу, определяемого по табл. 1 [6], как

,



Принимаем толщину траверсы проверку на срез:

,

Касательные напряжения в пределах расчётного сопротивления стали срезу.Предъявляемые требования к траверсе сечением - 630х12 мм удовлетворяются



Заключение

Большинство стальных конструкций производятся из типа стали называемого мягкой сталью. Мягкая сталь - очень прочный материал. Например, если взять круглый стержень диаметром 25 мм и надежно закрепить его, то можно повесить на него 20 000 кг.

Это свойство стали очень выгодно при строительстве зданий.

Другая важная особенность стального каркаса - его гибкость. Он может изгибаться без трещин, что является еще одним большим преимуществом, поскольку здание со стальным каркасом может деформироваться от воздействия ветра или землетрясения. Третьей характеристикой стали является ее пластичность. Это означает, что, когда стальной элемент подвергается сильной нагрузке, он не будет внезапно трескаться, как стекло или бетон, а начнет медленно изгибаться. Это свойство позволяет стальным конструкциям изгибаться или деформироваться, тем самым предупреждая об опасности разрушения. Излом в стальных рамах не является неожиданным - стальная конструкция редко разрушается. Благодаря этим свойствам сталь в большинстве случаев намного превосходит большинство других материалов при землетрясении.

Однако одним из важных свойств стали является то, что она быстро теряет свою прочность при пожаре. При 500?С мягкая сталь может потерять почти половину своей прочности. Именно это произошло с башнями всемирного торгового центра в 2001 году. Поэтому сталь в зданиях должна быть защищена от пожара и высокой температуры. С этой целью ее обычно закрывают досками или другими материалами.

Стальная конструкция чаще всего используется в

* В высотных зданиях из-за ее прочности, малой массы и высокой скорости строительства

* В промышленных зданиях из-за ее способности создавать большие пространства пролета при низкой стоимости

* В складских зданиях по той же причине

* В жилых зданиях

* В временных постройках, поскольку они быстро строятся и удаляются

Существует несколько типов стальных строительных конструкций.

Обычная стальная конструкция - когда изготовители стали разрезают элементы на требуемую длину, а затем сваривают их вместе, чтобы собрать конструкцию. Это можно сделать полностью на строительной площадке, что является трудоемкой задачей или частично на заводе изготовителе, что обеспечивает лучшие условия работы и сокращает время.

Болтовая стальная конструкция - когда изготовители стали производят готовые и окрашенные стальные элементы, которые затем устанавливаются в проектное положение и соединяются на месте. Это более точный метод изготовления стальной конструкции, так как основная часть работы может быть выполнена в мастерских, на точном оборудовании. Размер компонентов определяется размером грузовика или прицепа, в который они загружаются, обычно с максимальной длиной 6 м для обычных грузовиков или 12 м для длинных прицепов. Так как единственная работа, выполняемая на месте, это подъем стальных элементов на место кранами и их болтовое соединение, работа на строительной площадке происходит чрезвычайно быстро.

Небольшой вес стальных конструкций является большим преимуществом. Например, если сравнить два одноэтажных здания с размерами 5 х 8 м, построенных из бетона и из стали, с четырьмя колоннами по углам, и балками между колоннами, то здание, выполненное из бетона, будет весить около 800 кг/мІ или 32000 кг (32 тонны), в то время как здание со стальным каркасом и односкатной крышей, покрытой металлическим настилом с изоляцией, будет весить всего около 65 кг/мІ. Стальное каркасное здание будет весить всего 2600 кг (2,6 тонны). Таким образом, конкретное здание более чем в 12 раз легче. Это для одноэтажных сооружений. В многоэтажных строениях разница будет меньше, так как этажи в многоэтажных стальных зданиях построены из бетонных плит для экономии металла, но разница все равно будет значительной.

Низкий вес стальных каркасных зданий требует прочного закрепления у основания, чтобы противостоять ветровым нагрузкам, иначе возможно их опрокидывание.

Стальные конструкции имеют следующие преимущества:

* Скорость монтажа, так как многие работы могут быть предварительно проведены на заводе.

* гибкость, что позволяет им очень хорошо сопротивляться динамическим (изменяющимся) воздействиям, таким как ветер, производственные вибрации или землетрясение.

* Широкий выбор готовых конструкционных профилей, таких как двутавр, швеллер и уголок.

* Широкий диапазон способов соединения, таких как болтовое соединение, сварка и клепка.

Стальные конструкции имеют следующие недостатки:

* Они теряют прочность при высоких температурах.

* Они подвержены коррозии во влажной среде.

Использование стали в качестве строительного материала не ограничивается промышленными зданиями или временными постройками. Сталь зарекомендовала себя как один из самых универсальных строительных материалов, доступных для использования. Ее выбирают благодаря ее долговечности, прочности и устойчивости.

Сталь также считается «зеленым продуктом». Бетон и дерево нельзя использовать повторно, сталь может быть переработана, поэтому она более экономична.



Библиографический список

1. Конструктивные решения элементов и узлов рабочих площадок промышленных зданий: Приложение к методическим указаниям (графическая часть). Родионов И.К. - Тольятти: ТГУ, 2005.

2. Конструктивные решения элементов и узлов рабочих площадок промышленных зданий: Методические указания. Родионов И.К. - Тольятти: ТГУ, 2005

3. Металлические конструкции. Кудишин Ю.И., Беленя Е.И.Учебник под ред. Ю. И. Кудишина. 10-е издание. М: Академия, 2007.

4. ГОСТ 82-70 Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный сортамент. 2009

5. СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*". -М.: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - институт ОАО «НИЦ «Строительство», ЦНИИПСК им. Мельникова и др., 2011.

6. СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*".- М.: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - институт ОАО «НИЦ «Строительство», при участии РААСН и ГГО им. А.И. Воейкова, 2011.

7. ГОСТ 8239 - 89 Двутавры стальные горячекатаные сортамент. 2012



Приложение

Рис. 1. Ячейка балочной клетки нормального типа

Рис. 2. К расчету настила:

а) конструктивная схема;б) расчетная схема.

Рис. 3. К расчету балки настила:

а) конструктивная схема;б) расчетная схема;

в) эпюра изгибающих моментов;г) эпюра перерезывающих усилий.

Рис. 4. Ячейка балочной клетки усложненного типа

Рис. 5. К расчету настила:

а) конструктивная схема;б) расчетная схема.

Рис. 6. К расчету балки настила:



а) конструктивная схема; б) расчетная схема;в) эпюра изгибающих моментов;г) эпюра перерезывающих усилий.

Рис. 7. К расчету вспомогательной балки:

а) конструктивная схема; б) схема передачи нагрузки;

в) расчетная схема; г) эпюра изгибающих моментов;

д) эпюра перерезывающих усилий.

Рис.8. Расчётная схема



Рис. 9. Сечение главной балки

Рис.10. Принятое сечение главной балки

Рис.11. Опирание балки настила



Рис. 12 Опорная часть главной балки

Рис. 13. Устойчивость опорной части балки

Рис. 14. Схема изменения сечения балки



Рис. 15. Распределение напряжений в месте изменения сечения балк

Рис. 16. Потеря устойчивости стенки от действия у

Рис. 17. Потеря устойчивости стенки от действия ф

Рис. 18. Схема расстановки рёбер жёсткости



Рис. 19. Потеря устойчивости сжатой полки

Устойчивость стенки на совместное действие напряжений в наиболее напряженном отсеке

Рис.21. Прикрепление ребра к торцам балки



Рис. 22. Монтажный стык главной балки

Рис. 23. Конструктивная и расчетная схемы колонн



Рис.24.Узел опирания главных балок на колонну

Рис.25. Схема к расчёту рёбер оголовка



Рис.26. Шарнирная база центрально-сжатой сплошной колонны

Рис. 27. К расчёту траверсы шарнирной базы



Таблица 1 - Сравнение технико-экономических показателей вариантов ячеек балочной клетки

№ п.п.	ТЭП	Размерность	Вариант 1	Вариант 2
1	Расход стали на 1 м2 ячейки	кг/м2	131,4	141,1
2	Количество отправочных марок балок в ячейке	шт.	20	36
3	Количество типоразмеров балок в ячейке	шт.	1	2

Размещено на Allbest.ru

...