Расчет стальной балочной клетки

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Металлические конструкции

На тему:

Расчет стальной балочной клетки

Хабаровск - 2022 г.



Содержание

• Исходные данные для расчета
• 1. Расчет элементов стальной балочной клетки производственного здания
• 1.1 Балочная клетка нормального типа
• 1.1.1 Расчет настила
• 1.1.2 Расчет балки настила
• 1.2.2 Расчет балки настила
• 1.2.3 Расчет вспомогательной балки
• 1.3 сравнение вариантов балочной клетки
• 2. Расчет главной балки
• 2.1 Сбор нагрузок на главную балку
• 2.2 Подбор сечения балки
• 2.3 Проверки принятого сечения главной балки по прочности и жесткости
• 2.4 Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок
• 2.5 Расчет узла изменения сечения
• 2.6 Проверка общей устойчивости балки
• 2.7 Расчет поясных швов
• 2.8 Проверка местной устойчивости сжатой полки
• 2.9 Проверка местной устойчивости стенки
• 2.10 Проверка местной устойчивости стенки на совместное действие нормальных и касательных напряжений
• 2.11 Расчет опорной части
• 2.12 Укрупнительный стык главной балки на высокопрочных болтах
• 2.13 Расчет болтового соединения в месте примыкания вспомогательной балки к главной
• 3. Расчет колонны сплошного сечения
• 3.1 Подбор сечения колонны
• 3.2 Проверка местной устойчивости полки и стенки
• 3.3 Расчет оголовка
• 3.4 Расчет базы
• Список используемой литературы
• 
• Исходные данные для расчета
• - временная нагрузка 20 кН/м²;
• - толщина настила площадки нормального типа 12 мм;
• - толщина настила площадки усложненного типа 10 мм;
• - пролет главной балки 15 м;
• - шаг главных балок 6 м;
• - габарит помещения под перекрытием 9 м;
• - отметка верха настила (ОВН) 10,4 м;
• - тип сечения колонны сплошная
• - сталь С285;
• 
• 1. Расчет элементов стальной балочной клетки производственного здания

1.1 Балочная клетка нормального типа

1.1.1 Расчет настила

Сбор нагрузки на 1 м² настила приведен в табл. 1.

Таблица 1

Сбор нагрузки на 1 м² настила

	Наименование нагрузки	Нормативная (кН/м2)	f	Расчетная (кН/м2)
1	Временная P	20	1.2	24
22 2	Собственный вес настила , где удельный вес стали -	0.924	1.05	0.97
	Итого:

Средний коэффициент надёжности по нагрузке

Принимаем расчетную схему настила (рис. 4).

Рис. 1. Расчетная схема настила: 1 - настил; 2 - балка настила; 3 - сварные швы

При расчёте настила учитываются следующие особенности его конструкции и работы:

1) сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные усилия Н;

2) защемление настила сварными швами на опорах в запас не учитывают, считая опоры шарнирно неподвижными;

3) изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности.

Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле

В расчете определяется наибольший пролет полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа и предельном прогибе

.

Принимаем В этом случае пролет укладывается десять раз по длине главной балки: По [2.табл. Д.1] интерполяцией находим предельный прогиб для пролета :

Наибольший пролет:

Так как на этом расчет заканчиваем.

Разбивка главной балки на панели имеет вид:

(рис. 2).

Рис. 2. Схема балочной клетки нормального типа (1 вариант)

Проверка прогиба настила

Вначале вычисляется балочный прогиб, то есть прогиб от поперечной нагрузки в середине полосы шириной метр, имеющей цилиндрическую жесткость , без учета растягивающей силы

Прогиб настила с учетом растягивающей силы определим по формуле:

Коэффициент находится из решения кубического уравнения:

Для решения примем

, тогда ,

где

В нашем случае: ;

;

;

прогиб настила

относительный прогиб

предельный прогиб

Так как проверка прогиба удовлетворяется.

Проверка прочности настила

Изгибающий момент с учетом приварки настила на опорах:

.

Растягивающая сила



,

Проверка прочности полосы настила шириной

Здесь площадь сечения настила

момент сопротивления настила

Расчет сварного шва крепления настила к балке

1) Расчет по металлу шва

Коэффициент глубины провара шва (3, табл.39).

Коэффициент условия работы шва .

В соответствие с (3, табл.Г.2) принимаем электроды типа Э42. Расчетное сопротивление металла шва при ручной сварке с электродами Э42 (3, табл.Г.2).

2) Расчет по металлу границы сплавления

Коэффициент глубины провара шва [3, табл.39].

Коэффициент условия работы шва

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления

Здесь - нормативное сопротивление проката.

Сравнивая полученные величины при расчете по металлу шва и по металлу границы сплавления, находим минимальную из них:

Требуемый катет шва

Принимаем

1.1.2 Расчет балки настила

Балка рассчитывается как свободно опертая, загруженная равномерно распределенной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок

Погонная - нагрузка собирается с полосы шириной, равной пролету настила :

а) Нормативная нагрузка

Здесь в первом приближении вес балки настила принят равным 2% от нагрузки;

б) Расчетная нагрузка

Изгибающий момент от расчетной нагрузки

Требуемый момент сопротивления

.

Коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении.

Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при пролете по [2. табл. Д.1] находим n₀ = 200):

Принимаем двутавр № 35Б1 ГОСТ 26020-83 (

масса ).

Уточняем коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в зависимости от отношения площадей сечения полки и стенки площадь сечения стенки

площадь сечения полки

По [3, табл.E1 ] интерполяцией определяем коэффициент В нашем случае .

Уточняем собственный вес балки и всю нагрузку:

а) нормативная

б) расчетная

Максимальный изгибающий момент

Проверка нормальных напряжений:

Условие прочности удовлетворяется с недонапряжением

Расчетная перерезывающая сила на опоре:

Проверка касательных напряжений на опоре

Где

Условие прочности выполняется с большим запасом.

Проверка прогиба балки:

Проверка удовлетворяется.

Проверка общей устойчивости балки

В соответствии с [3. п.8.4.4.(а)] при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надежно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.

Высота покрытия по главным балкам и расход стали по первому варианту

Высота балки настила, плюс толщина настила

Расход стали на настил и балки настила:

1.2 Вариант 2. Балочная клетка усложненного типа

1.2.1 Расчет настила

Сбор нагрузки на 1 м² настила приведен в табл. 2.

Таблица 2

Сбор нагрузки на 1 м² настила

	Наименование нагрузки	Нормативная (кН/м2)	f	Расчетная (кН/м2)
1	Временная P	20	1.2	24
2	Собственный вес настила где удельный вес стали -	0.77	1.05	0.81
	Итого

Средний коэффициент надёжности по нагрузке

Наибольший пролет полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа и предельном прогибе

Принимаем В этом случае пролет укладывается шесть раз по длине вспомогательной балки: По [2.табл. Д.1] предельный прогиб для пролета :

Наибольший пролет:

Так как на этом расчет заканчиваем.

Разбивка вспомогательной балки на панели имеет вид: (рис.3).

Проверка прогиба настила

Балочный прогиб.

Коэффициент

, где

;

.

прогиб настила

относительный прогиб

предельный прогиб

Так как проверка прогиба удовлетворяется.

Проверка прочности настила

Изгибающий момент с учетом приварки настила на опорах:

Растягивающая сила

, где

Проверка прочности полосы настила шириной

Здесь площадь сечения настила

момент сопротивления настила

Рис. 3. Схема балочной клетки усложненного типа (2 вариант)

Расчет сварного шва крепления настила к балке

1) Расчет по металлу шва

Коэффициент глубины провара шва (3, табл. 39).

Коэффициент условия работы шва .

В соответствие с (3, табл. Г.2) принимаем электроды типа Э42. Расчетное сопротивление металла шва при ручной сварке с электродами Э42 (3, табл. Г.2).

2) Расчет по металлу границы сплавления

Коэффициент глубины провара шва [3, табл.39].

Коэффициент условия работы шва

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления

Здесь - нормативное сопротивление проката.

Сравнивая полученные величины при расчете по металлу шва и по металлу границы сплавления, находим минимальную из них:

Требуемый катет шва

Принимаем (3, табл.38).

1.2.2 Расчет балки настила

Балка рассчитывается как свободно опертая, загруженная равномерно распределенной нагрузкой. Назначаем пролет балки настила равный шагу вспомогательных балок, кратный длине главной балки. Вспомогательные балки укладываются целое количество раз: .

Погонная - нагрузка собирается с полосы шириной, равной пролету настила :

а) Нормативная нагрузка

б) Расчетная нагрузка

Изгибающий момент от расчетной нагрузки

Требуемый момент сопротивления

.

Коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении.

Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при пролете по [2. табл. Д.1] находим n₀ = 150):

Принимаем двутавр № 16 ГОСТ 26020-83 (

масса ).

Уточняем коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в зависимости от отношения площадей сечения полки и стенки площадь сечения стенки

площадь сечения полки

По [3, табл. E1] интерполяцией определяем коэффициент В нашем случае

Уточняется собственный вес балки и всю нагрузку:

а) нормативная

б) расчетная

Максимальный изгибающий момент



Проверка нормальных напряжений:

Условие прочности удовлетворяется с недонапряжением

Расчетная перерезывающая сила на опоре:

Проверка касательных напряжений на опоре

Где

Условие прочности выполняется с большим запасом.

Проверка прогиба балки:

Проверка удовлетворяется.

Проверка общей устойчивости балки

В соответствии с [3. п.8.4.4.(а)] при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надежно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.

1.2.3 Расчет вспомогательной балки

Нагрузки передаются на балку в местах опирания балок настила. Сосредоточенные силы определяются по грузовой площади, равной

Рис. 4. Расчетная схема вспомогательной балки

Сбор нагрузки на вспомогательную балку

№	Наименование нагрузки	Нормативная кН		Расчетная, кН
11	Временная нагрузка	60,0	1,2	72,0
22	Вес настила	2,31	1.05	2,426
23	Вес балки настила	0.468	1.05	0.491
44	Вес вспомогательной балки (Принимаем вес двутавра №35Б1)	0,359	1.05	0,377
	Итого	63,14		75,29

Средняя величина коэффициента

Изгибающий момент от расчетной нагрузки при пяти грузах в пролете:

Требуемый момент сопротивления при c₁ = 1.1 в первом приближении:

Требуемый момент инерции по предельному прогибу:

(При пролете балки предельный прогиб

По сортаменту принимаем двутавр № 45 Б1 ГОСТ 26020-83:

Уточняем коэффициент , учитывающий развитие пластических деформаций по высоте сечения балки, интерполяцией по [3 , табл.Е.1 ] при

Здесь в расчетах: площадь сечения стенки

площадь сечения полки

определяем коэффициент В нашем случае .

Уточняем нагрузку на балку

Вес вспомогательной балки:

нормативный

расчетный

Полная нагрузка c учетом данных табл.:

нормативная

расчетная

Изгибающий момент от расчетной нагрузки при пяти грузах в пролете:

Проверка прочности

Недонапряжение 4,2%.

Проверка касательных напряжений с учетом ослабления сечения на опоре выполняется при расчете стыка с главной балкой.

Проверка прогиба балки

Проверка проходит.

Проверка общей устойчивости балки

Сжатый пояс в направлении из плоскости изгиба балки раскрепляется балками настила, расстояние между которыми равно

В соответствие с [3 , табл.11(71) ] наибольшее значение отношения к ширине сжатого пояса , при котором не требуется проверка общей устойчивости, определяется по формуле:

Так как условие расчет на общую устойчивость балки выполнять не требуется.

Высота покрытия по главным балкам и расход стали по второму варианту

Высота покрытия по главным балкам:

Расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки, приходящийся на 1 м² балочной клетки:



1.3 Сравнение вариантов балочной клетки

Критерием при выборе варианта принимаем расход стали. Сравнивается расход стали на 1 м² площади балочной клетки покрытия по главным балкам:

По первому варианту .

По второму варианту

Вывод: по расходу стали более экономичен второй вариант. Поэтому к дальнейшему проектированию принимаем второй вариант усложненной балочной клетки. Сопряжение вспомогательной и главной балок может быть поэтажное или в пониженном уровне. Тип сопряжения определится после расчета высоты главной балки.



2. Расчет главной балки

2.1 Сбор нагрузок на главную балку

Разрезная главная балка загружена сосредоточенными нагрузками. Нагрузки на балку передаются в местах опирания на нее вспомогательных балок. Сосредоточенные силы (- от постоянной нагрузки и от временной) подсчитаем по грузовой площади, равной произведению пролетов вспомогательной балки и балки настила (рис.5):

Сбор нагрузки на главную балку

	Наименование нагрузки	Нормативная (кН)		Расчетная (кН)
1	Временная нагрузка	360	1.2	432
2	Собственный вес настила и балок	20,18	1.05	21,19
3	Собственный вес главной балки (предварительно принимаем 3% от временной нагрузки)	10,8	1.05	11,34
	Итого	390,98		464,53

Рис. 5. Расчетная схема главной балки

Коэффициент .

Изгибающий момент от расчетной нагрузки при четырех грузах в пролете:

Для принятой толщины листов полок расчетное сопротивление стали С285 равно

Коэффициент условия работы В первом приближении

Требуемый момент сопротивления

2.2 Подбор сечения балки

Высота сечения балки предварительно подбирается по соотношению между

и , где

- оптимальная высота сечения из условия прочности;

- оптимальная высота сечения из условия жёсткости;

- высота сечения из условия минимальной жёсткости, при обеспечении прочности.

1. Оптимальная высота балки из условия прочности:

где отношение высоты балки к толщине стенки ( = 125….140).

2. Оптимальная высота из условия жёсткости:

=

где

Величина получена для пролёта L = 15 м линейной интерполяцией по приложение, [2.табл. Д1]

3. Высота балки из условия минимальной жёсткости при обеспечении прочности:

Правила выбора высоты балки:

Если h_min < h_опт,w < h_опт,f , следует принять h = h_опт,w ;

Если h_опт,w < h_опт,f < h_min , следует принять h = h_опт,f ;

Если h_опт,w < h_min < h_опт,f , следует принять h = h_min .

В нашем расчёте:

h_min = 85 cм < h_опт,w = 139.9 см < h_опт,f = 145.7 см.

Применяя правило, выбираем высоту балки h = h_опт,w = 139.9 cм.

Наибольшая строительная высота перекрытия согласно заданию:

h_c,max = H - Hо = 10.4 - 9,0 = 1.4 м.

Так как h = 1301 мм > h_{c max} - tб - t_н - tв = 1400 - 160 - 10 - 443 = 787 мм, принимаем высоту балки h = 139.9 мм. Принимаем вариант пониженного сочленения вспомогательных и главных балок.

Поэтому высоту стенки h_w назначаем близко к высоте балки, ориентируясь на ширину листов. Принимаем толстостенную сталь шириной 1300 мм. С учётом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм: h_w = 1300 - 10 = 1290 мм.

По ранее принятому коэффициенту k_w = 125 определяем толщину стенки: мм. Принимаем .

Толщину полок назначаем равной мм , тогда полная высота балки равна: h = h_w +2t_f = 1290 + 50 = 1340 мм.

Момент инерции стенки:

Требуемый момент инерции полок:

- = 979406 - 214669 = 764737 см⁴

Здесь наибольший требуемый момент инерции балки J_тр.max определяется по двум значениям из условия прочности и жёсткости:

- из условия прочности:

J_тр = 0.5 W_тр h =

- из условия жёсткости: J_тр = 600586 см⁴ - вычислен ранее.

Требуемая площадь сечения полки



Толщина полки из условия обеспечения её местной устойчивости:

В расчёте было принято t_f = 2,5 см > 1.74 см.

Ширину полки рекомендуется назначать равной b_f = .

Вычисляем b_f = мм. Принимаем b_f = 400 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту.

Рис. 6

устойчивость балка колонна производственный здание

2.3 Проверки принятого сечения главной балки по прочности и жесткости

Уточняем собственный вес балки по принятым размерам. Площадь поперечного сечения:

А = 2А_f + A_w =

Вес погонного метра балки:



здесь удельный вес стали;

- конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер жёсткости и сварных швов.

Вес главной балки на участке между вспомогательными балками

Уточняем нагрузку на балку:

Нормативная

Расчетная

Уточняем усилия:

Изгибающие моменты от нормативных и расчетных нагрузок:

Перерезывающая сила на опоре (для четырех грузов в пролете):



Геометрические характеристики поперечного сечения балки.

Момент инерции:

Момент сопротивления:

В зависимости от соотношения площадей сечения полки и стенки A_f/A_w уточняется коэффициент с₁, учитывающий развитие пластических деформаций.

Интерполируя по [3, табл. Е1], находим с₁ = с = 1.1054.

Так как при четном количестве грузов на балке имеется зона чистого изгиба, в соответствии вместо коэффициента следует принимать:

коэффициент

Проверка прочности главной балки

1. Нормальные напряжения:



Недонапряжение:

допустимо

2. Касательные напряжения (проверка стенки на срез).

Касательные напряжения проверяются в стенке, в месте крепления опорного ребра без учёта работы на срез полок:

Проверка проходит

Рис. 7

Проверка прогиба главной балки

Условие жёсткости балки удовлетворяется.

2.4 Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок

Cуммарная высота элементов перекрытия: настила, балки настила, вспомогательной и главной балок

Ранее была найдена наибольшая строительная высота перекрытия

мм.

Так как поэтажное сопряжение невозможно. Принимаем сопряжение вспомогательной и главной балок в пониженном уровне.

2.5 Расчет узла изменения сечения

Уменьшаем сечение балки в месте снижения изгибающего момента.

Привязка изменения сечения:

Принимаем

По конструктивным требованиям:

Принимаем пояса из листа широкополосной универсальной стали, сечением 210 х 25.

Геометрические характеристики уменьшенного сечения:

- площадь сечения:

- момент инерции:

- момент сопротивления:

- статический момент уменьшенного пояса относительно оси Х:

- статический момент полусечения относительно оси Х:

Изгибающий момент и перерезывающая сила в сечении х:

Проверка напряжений

максимальные нормальные напряжения

Рис. 8

нормальные напряжения в стенке под полкой (сечение а - а, рис. 14)

касательные напряжения в стенке под полкой

Приведенные напряжения в стенке под полкой

б) касательные напряжения в опорном сечении балки



Прочность уменьшенного сечения обеспечена.

2.6 Проверка общей устойчивости балки

В соответствии с [3. п.8.4.4.(а)] при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надежно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.

2.7 Расчет поясных швов

Соединение пояса балки со стенкой выполняется двусторонними сварными швами на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила, на единицу длины одного шва:

, где

Для стали С285 по [3, табл. Г2] принимаем сварочную проволоку марки Св-08А для выполнения сварки под флюсом.

Определяется требуемая высота катета k_f поясного шва “в лодочку”.

1. Расчёт по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва

Коэффициент условия работы шва

Расчётное сопротивление металла шва R

То же, с учётом коэффициентов:

2. Расчёт по металлу границы сплавления.

Коэффициент провара шва

Коэффициент условия работы шва

Расчётное сопротивление по металлу границы сплавления:

То же, с учётом коэффициентов:

Сравнивая полученные величины, находим, что (

Поэтому высота катета поясного шва должна быть не менее

Принимаем k_f = 8 мм.

2.8 Проверка местной устойчивости сжатой полки

Местная устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки к ее толщине не превышает предельного значения [3, п. 8.5.1]:

Определяем свес полки:

Условная гибкость свеса:

Предельно допускаемая условная гибкость:



Устойчивость пояса обеспечена

2.9 Проверка местной устойчивости стенки

Для обеспечения местной устойчивости стенки устраиваются поперечные рёбра жёсткости.

Для проверки шага рёбер определяется условная гибкость стенки:

Принимаем шаг рёбер 150 см (кратно шагу вспомогательных балок) не более

2h_w = 258 см, дополнительных рёбер устанавливать не требуется.

Ширина ребра должна быть не менее

Принимаем b_n = 90 мм.

Толщина ребра

Принимаем t_s = 8 мм.

2.10 Проверка местной устойчивости стенки на совместное действие нормальных и касательных напряжений

На совместное действие напряжений проверим устойчивость во втором от опоры отсеке, в месте изменения сечения.

Определение изгибающего момента и перерезывающей силы:

Нормальное и касательное напряжения:

Действительная условная гибкость стенки:

Так как местные напряжения отсутствуют проверку проводим по формуле:

Критические касательные напряжения:

где

- отношение большей стороны отсека к меньшей,

меньшая из сторон отсека



Определение нормальных критических напряжений

, где по [3.таб. 12.]

, где по [3.таб. 13]

Проверка:

Устойчивость стенки обеспечена.

Окончательно принимаем

2.11 Расчет опорной части

Толщину опорного ребра принимаем . Нижний торец строгать. Выпуск ребра за нижнюю полку принимаем

Ширина опорного ребра из условия смятия.

, где расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности



Принимаем

Опорную часть балки рассчитываем на продольный изгиб из плоскости, как стойку, нагруженную опорной реакцией.

Рис. 9

В расчетное сечение включаем ребро и полосу стенки шириной:

Расчетную высоту стойки принимаем равной высоте стенки

Проверку устойчивости проводим из условия:

Рис. 10

Площадь сечения стойки:

Момент инерции относительно оси У:

Радиус инерции относительно оси У:

Гибкость стойки в плоскости, перпендикулярной оси У:

Условная гибкость:

Коэффициент продольного изгиба для сечения типа с:

Проверяем устойчивость:

Устойчивость обеспечена. Принимаем опорное ребро из листа широкополосной универсальной стали, сечением 210 х 20.

Прикрепление опорного ребра к торцу балки осуществляется двумя угловыми швами, наплавляемыми полуавтоматической сваркой по всей высоте стенки.

Полуавтоматическая сварка проволокой с нижним положением шва при катетах

Катет шва:

- из расчета на срез по металлу шва:

- из расчета на срез по металлу границы сплавления:

Максимальный катет шва:

Минимальный катет шва:

По [3.таб. 38.]

Принимаем .



2.12 Укрупнительный стык главной балки на высокопрочных болтах

Стык главной балки проектируем на высокопрочных болтах d = 20 мм из стали 40Х «Селект», R_bun = 110 кН/см². Стык расположен в середине пролета главной балки. Изгибающий момент в сечении М = 349758 кН см.

Обработка поверхности - газопламенная, _в = 0,9, _h = 1.02, = 0,42.

Определяем несущую способность одного высокопрочного болта по:

где R_bh - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, определяемое по формуле R_bh = 0,7R_bun, где R_bun - наименьшее временное сопротивление болта разрыву; - коэффициент трения; - коэффициент надежности; А_bh - площадь сечения болта нетто; _b - коэффициент условий работы соединения, зависит от количества болтов необходимых для восприятия расчетного усилия.

Назначаем размеры сечения накладок, перекрывающих пояса балки: верхняя накладка 40 х 2,0 (см) и две нижние 15 х 2,0 (см).

Изгибающий момент, воспринимаемый поясами:

, где

Расчетное усилие в поясе: N_f = 280198 / 131,5 = 2131 кН.

Количество болтов для крепления накладок с одной стороны стыка:

Принимаем 12 болтов.

Площадь сечения пояса на краю стыка с учетом ослабления двумя отверстиями d₀ = 2,2 см:

Ослабление пояса можно не учитывать.

Площадь сечения накладок в середине стыка с учетом ослабления четырьмя отверстиями d₀ = 2,2 см:

Ослабление накладок можно не учитывать.

Назначаем размеры накладок для стыка стенки:

Принимаем в соответствии с сортаментом на листовую сталь t = 0,8 см;

h_н = 121 см.

Изгибающий момент, приходящийся на стенку:

Расстояние между двумя крайними рядами болтов:

Принимаем а_max = 112 см. Назначаем два вертикальных ряда болтов на полунакладке и вычисляем коэффициент стыка:

По [1 Таб. 7.9] определяем количество горизонтальных рядов k = 8; шаг болтов в вертикальном ряду:

Принимаем шаг 160 мм

Вычисляем

Проверяем прочность наиболее нагруженного крайнего болта:

Прочность обеспечена.

2.13 Расчет болтового соединения в месте примыкания вспомогательной балки к главной

Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется в пониженном уровне.

При пяти грузах в пролете опорная реакция вспомогательной балки равна

Принимаем болты нормальной точности ( класс точности В ), класс по прочности - 5.6, диаметром 20 мм (Номинальные диаметры болтов в мм: 10,12,16,20,24,30.). По [3 ,табл.Г.5] определяем расчетное сопротивление срезу болтов для класса по прочности 5.6:

Расчетные усилия, которые может выдержать один болт:

а) На срез

где - коэффициент условия работы соединения;

- число срезов болта;

- расчетная площадь сечения болта.

б) На смятие

где - коэффициент условия работы соединения;

- расчетное сопротивление на смятие для стали при

по [3, табл.Г.6]; -толщина стенки балки (принимается меньшая из толщин: стенки балки или ребра).

Сравнивая п.п. а) и б), выбираем меньшее: Требуемое количество болтов в соединении:

Принимаем 4 болта диаметром 20 мм, диаметр отверстия d = 22 мм.

Размещая болты, назначаем расстояния вдоль и поперек усилия (опорной реакции вспомогательной балки ): от центра болта до края элемента вдоль усилия ; между центрами болтов вдоль усилия от центров болтов до торца балки (поперек усилия)

(); по : ( ();

по

Проверка касательных напряжений в стенке вспомогательной балки с учетом ослабления отверстиями диаметром под болты, а также с учетом ослабления сечения балки из-за вырезки полки в стыке по формуле:

Здесь - перерезывающая сила,

- высота стенки балки,

- коэффициент ослабления сечения стенки,

- шаг отверстий,

- диаметр отверстий.



3. Расчет колонны сплошного сечения

Высота колонны:

Полная:

H' = h - hБН - hВБ - hН + 0.6 м = 10,4 - 0,16- 0,443 - 0.01 + 0.6 =

= 10,387 м.

От фундамента до опоры главной балки (опирание главных балок сбоку)

Н = h - hн - hгб - 0,02 + 0,6 = 10,4- 0,010 - 1,34 - 0,02 + 0,6 = 9,63 м

Расчётная длина колонны

Расчётная нагрузка

3.1. Подбор сечения колонны

Принимаем гибкость

Условная гибкость:

Коэффициент ц (3. Таб Д1, кривая b)

Требуемая площадь сечения колонны:

Требуемый радиус инерции сечения

Ширина полки:

Ширину полки назначаем в соответствии с сортаментом универсальной стали равной 420 мм. Высоту стенки назначаем так, чтобы выполнялось условие

Принимаем:

, тогда

Свес полки:

Предельное значение из условия возможности применения автоматической или полуавтоматической сварки. Проверку выполняем по графику: при условие технологичности сварки выполняется.

Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:

. Принимаем

Характеристики сечения:

Условная гибкость:

Коэффициент ц (3. Таб Д1, кривая b)

Определяем вес колонны



где - конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер, траверс и сварных швов.

Полная расчётная нагрузка N + G_k = 2310,25 + 15,02 = 2325,27 кН.

Проверка колонны на устойчивость относительно оси Х

Недонапряжение:

допустимо

Проверка предельной гибкости.

Предельная гибкость:

,где

проверка проходит

3.2 Проверка местной устойчивости полки и стенки

Условная гибкость колонны -

Расчетная ширина свеса полки:

Отношение свеса к толщине:

Предельно допускаемое отношение свеса к толщине:

Т.к. устойчивость полки обеспечена.

Условная гибкость колонны:

Условие устойчивости стенки колонны:

Действительная гибкость стенки:

Предельно допустимая величина гибкости стенки:

Т.к.

Условие выполняется. Устойчивость стенки колонны обеспечена. Ставим парные поперечные ребра жесткости в двух сечениях по высоте колонны для исключения потери общей устойчивости колонны в результате закручивания.

Ширина парного ребра

Толщина ребра

Принимаем парные ребра сечением 60 х 4 мм.

3.3. Расчет оголовка

Главная балка опирается на колонну сбоку. Давление от вышележащих конструкций (балок) передается на стержень колонны через опорный столик. Назначаем толщину опорного столика = 40 мм.

Ширина опорного столика:

Принимаем

Высоту опорного столика определим из расчета среза двух швов, прикрепляющих опорный столик к колонне.

Максимальный катет шва:

Минимальный катет шва: По [3.таб. 38.]

Примем

Полуавтоматическая сварка проволокой с нижним положением шва при катетах ,

Длина швов:

- из условия работы на срез по металлу шва:

- из условия работы на срез по металлу границы сплавления шва:

Проверка максимальной длины флангового шва:

Условие выполняется. Принимаем

3.4 Расчет базы

Расчетное давление на плиту с учетом собственного веса колонны:

Принимаем: Бетон фундамента В12,5, расчетное сопротивление на смятие R_пр = 7,5 МПа = 0,75 кН/см².

Требуемая площадь плиты базы:

Конструируем башмак с траверсой из листов толщиной 10мм с выпуском плиты за листы траверсы по 60мм.

Тогда ширина плиты:

Длина плиты:

Принимаем плиту с размерами в плане 560 х 560 мм.

Назначив размер фундамента 680 х 680 мм, корректируем коэффициент ₁:

Фактическое напряжение под плитой базы:



Конструируем башмак с траверсой из листов толщиной 10мм.

Привариваем их к полкам колонны и плите угловыми швами.

Определим изгибающие моменты в плите по трем участкам для определения толщины плиты.

Участок 1, опертый на 4 канта:

Длинная сторона:

Короткая сторона:

Отношение

Изгибающий момент определяем по формуле:

Участок 2, консольный:

Участок 3, опертый на 3 канта:

Отношение сторон b₁/a = 4,1/42 = 0,098 < 0.5 - рассчитываем как консоль

Определяем толщину плиты по максимальному моменту:

Принимаем по ГОСТ 19903-2015 лист толщиной 30 мм.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой сварочной проволокой С6-08Г2С. Толщину траверсы принимаем 10мм, высоту - 400мм.

Прикрепления рассчитываем по границе сплавления, принимая катет угловых швов .

Проверяем допустимую длину шва:

Требования к максимальной длине шва выполняются. Крепления траверсы к плите принимается угловыми швами .

Траверса сечением 400 х 10 мм удовлетворяет предъявленным к ней требованиям.



Список используемой литературы

1. Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И. Кудишина. 10 изд., стер. - Издательский центр «Академия», 2007. - 688 с.

2. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. / М.: ГУП ЦПП, 2016. - 79 с.

3. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. / М.: ГУП ЦПП, 2017. - 171 с.

4. Проектирование стальной балочной клетки: учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. ДВГУПС. Хабаровск 1999.- 95 с

Размещено на allbest.ru

...