Проектирование стальной балочной клетки
Знакомство с разработкой вариантов стальной балочной клетки. Рассмотрение основных этапов и проблем проектирования составной сварной главной балки, способы проверки прочности конструкции. Общая характеристика особенностей расчета поясных сварных швов.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 16.12.2019 |
Размер файла | 392,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Разработка вариантов стальной балочной клетки
1.1 Балочная клетка нормального типа
Расчет настила
Таблица 1.1 Сбор нагрузки на 1 м2 настила
Средняя величина коэффициента надежности по нагрузке:
Принимаем расчетную схему настила:
Рис.1
Сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные усилия Н. Защемление настила сварными швами на опорах в запас не учитывают, считая опоры шарнирно-неподвижными. Изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности. Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле:
МПа.
В расчете определяется наибольший пролет полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа tH и предельном прогибе :
(1)
В нашем примере после подстановки величин qn и tH в формулу (1) получаем:
(2)
В целях экономии стали пролет LH следует принимать как можно ближе к LMAX, так, чтобы длина главной балки была кратна пролету LH. Так как величина n0 зависит от пролета настила LH, задачу решаем попытками, принимая пролет настила в интервале от 0,5 до 2,5 м. Принимаем L=1,85 м. В этом случае пролет LH укладывается десять раз по длине главной балки:
По прил. табл. 1 интерполяцией находим предельный прогиб для пролета
LH =1,85 м:
Далее, по формуле (2) вычисляется наибольший пролет:
.
Так как принятый пролет настила превышает предельный (LH=1,85 м > LMAX=1,376 м), увеличиваем число пролетов настила на один и получаем:
м
м
Так как LH=1,682 м > LMAX=1,428 м, то увеличиваем число пролетов до 12
м
м
Так как LH=1,542 м > LMAX=1,472 м, то увеличиваем число пролетов до 13
м
м
Так как LH=1,423 м < LMAX=1,511 м, на этом расчет заканчивается.
В целях упрощения крепления балки настила к главной у ее опоры, смещаем на половину шага в пролет первую и последнюю балки настила. Тогда разбивка главной балки на панели будет иметь вид:
.
Проверка прогиба настила.
Вначале вычисляется балочный прогиб, то есть прогиб от поперечной нагрузки в середине полосы шириной b=1 м, имеющей цилиндрическую жесткость , без учета растягивающей силы H:
м
Прогиб настила с учетом растягивающей силы H определяется по формуле
Коэффициент находится из решения кубического уравнения
Для решения примем , тогда
, где
,
Прогиб настила:
м
Относительный прогиб:
Предельный прогиб:
Так как <, то проверка прогиба удовлетворяется.
Проверка прочности настила.
Изгибающий момент с учетом приварки настила на опорах:
кНм
Растягивающая сила
кН
Проверка прочности полосы настила шириной b=1 м:
кН
Здесь площадь сечения настила
м2,
момент сопротивления настила:
м3
=112,794 МПа < МПа.
Расчет сварного шва крепления настила к балке.
1. Расчет по металлу шва:
- коэффициент глубины провара шва
- коэффициент условия работы шва
В соответствие с СНиП II - 23 - 81* табл. 55 принимаем электроды типа Э42.
Расчетное сопротивление металла шва при ручной сварке с электродами Э42 Rwf =180 МПа
МПа
2. Расчет по металлу границы сплавления:
- коэффициент глубины провара шва
- коэффициент условия работы шва 3
Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления:
Здесь Run=360 МПа - нормативное сопротивление проката
МПа.
Сравнивая полученные величины при расчете по металлу шва и по металлу границы сплавления, находим минимальную из них:
МПа.
Требуемый катет шва:
м
Принимаем Kf=Kfmin=5 мм
1.2 Балочная клетка усложненного типа
Расчет настила
Таблица 1.2 - Сбор нагрузки на 1 м2 настила
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, кН/м2 |
Расчетная нагрузка, кН/м2 |
|||
1 |
Временная нагрузка - Р |
18 |
1,2 |
21,6 |
|
2 |
Собственный вес настила |
0,462 |
1,05 |
0,485 |
|
Итого q=g+P |
q=22,085 |
Средний коэффициент
Наибольший пролет настила в зависимости от n0:
Принимаем пролет настила LH=1,3 м.
Пролет укладывается целое число раз по длине вспомогательной балки: . Находим n0: n0=123,711.
Вычисляем наибольший пролет:
м
Так как LH=1,3 м > LH,MAX=0,944 м, то необходимо увеличить число пролетов на один:
м
n0=121,004
м
Так как LH=1,083 м > LH,MAX=0,991 м, то необходимо увеличить число пролетов на один:
м
n0=120
м
Так как LH=0,929 м < LH,MAX=1,009 м, то расчет можно продолжать.
Проверка прогиба настила.
Балочный прогиб:
м
Коэффициент находится как:
,
Прогиб настила:
м
Относительный прогиб:
Предельный прогиб:
Так как <, то проверка прогиба удовлетворяется.
Схема разбивки вспомогательной балки на панели:
В интервале от 2 до 5 м назначаем пролет балки настила, равный шагу вспомогательных балок, так, чтобы ему был кратен пролет главной балки:
Смещаем на половину шага в пролет первую и последнюю вспомогательные балки.
Схема разбивки главной балки на панели:
Проверка прочности настила.
Изгибающий момент:
кНм
Растягивающая сила
МН
Момент сопротивления настила:
м3
Проверка нормальных напряжений:
МПа < МПа
1.3 Расчет сварного шва крепления настила к балке
Так как усилие Н=268 кН меньше усилия, действующего в настиле первого варианта (Н=412,287 кН), принимаем катет сварного шва аналогично. То есть конструктивно по минимальной величине Kf = KMIN= 5 мм.
1.4 Расчет балки настила
Балка рассчитывается как свободно опертая, загруженная равномерно распределенной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок LБН = 6,50 м.
Погонная нагрузка собирается с полосы шириной, равной пролету настила LН = 1,423 м:
а) нормативная нагрузка:
где в первом приближении вес балки принят равным 2 % от нагрузки;
б) расчетная нагрузка:
.
Изгибающий момент от расчетной нагрузки:
кНм.
Требуемый момент сопротивления:
Коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций с1=1,1 в первом приближении.
Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при пролете LБН = 6,50 м находим n0=201,117):
Принимаем двутавр №35Б2 ГОСТ 26020-83 (Ix=11550 см4; Wx=662,2 см3; А=55,17 см2; bf=155 мм; tf=10,0 мм; tw=6,5 мм; h=34,9 см; масса mбн=43,3 кг/м).
Уточняем коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций с1 в зависимости от отношения площадей сечения полки и стенки Af/Aw;
площадь сечения стенки:
см2;
площадь сечения полки:
см2;
По СНиП II - 23 - 81* табл. 66 интерполяцией определяем коэффициент с1=с= 1,0910. Уточняется собственный вес балки и вся нагрузка: а) нормативная:
б) расчетная:
.
Максимальный изгибающий момент:
кНм.
Проверка нормальных напряжений:
МПа < МПа.
Условие прочности выполняется с недонапряжением:
Расчетная перерезывающая сила на опоре:
кН.
Проверка касательных напряжений на опоре [СНиП II - 23 - 81*, формула (41)]
МПа,
где см;
= 49,14 МПа < МПа.
Условие прочности выполняется с большим запасом.
Проверка прогиба балки:
Проверка удовлетворяется.
Проверка общей устойчивости балки. В соответствие с п. 5.16 (а) СНиП II - 23 - 81* 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 баки настила, плюс толщина настила:
hп=hбн+tн=349+10=359 мм.
Расход стали на настил и балки настила:
1.5 Балочная клетка усложненного типа
Расчет балки настила
Погонная нагрузка на балку настила:
а) нормативная от временной нагрузки, веса настила и балки настила:
б) расчетная:
.
Изгибающий момент от расчетной нагрузки:
кНм.
Требуемый момент сопротивления при с1=1,1 в первом приближении:
Требуемый по предельному прогибу момент инерции:
см4
Зная требуемые моменты сопротивления и инерции, по сортаменту подбираем двутавр №18 ГОСТ 26020 - 83. (IX=1290 см4; WX=143 см3; A=23,4 см2; mБН=18,4 кг/м; tW=5,1 мм; tf=8,1 мм). Уточняем коэффициент с1=с при отношении площадей полки и стенки
; с=
где см2;
мм2.
Уточняется нагрузка:
а) нормативная:
.
б) расчетная:
.
Максимальный изгибающий момент:
кНм
Проверка нормальных напряжений:
МПа < МПа.
Условие прочности выполняется с недонапряжением 8,729 %.
Перерезывающая сила на опоре:
кН.
Проверка касательных напряжений:
МПа < МПа,
где см. Проверка удовлетворяется.
Проверка прогиба:
<
Проверка удовлетворяется.
Проверка общей устойчивости балки настила.
В соответствие с п.5.16,а СНиП II - 23 - 81* при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надежно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.
1.6 Расчет вспомогательной балки
Нагрузки передаются на балку в местах опирания балок настила. Сосредоточенные силы определяются по грузовой площади, равной
м2
Расчетная схема вспомогательной балки
Таблица 1.3 - Сбор нагрузки на вспомогательную балку G+P
Средняя величина коэффициента .
Изгибающий момент от расчетной нагрузки при шести грузах в пролете:
Требуемый момент сопротивления при с1=1,1 в первом приближении
Требуемый момент инерции по предельному прогибу:
(При пролете балки LB=6,5 м предельный прогиб
м4
По сортаменту принимаем двутавр № 50 Б 2 ГОСТ 26020 - 83:
(IX=42390 см4; WX=1709 см3; А=102,8 см2; b=200 мм; h=49,6 см; tf=14,0 мм; tw=9,2 мм; mB=80,7 кг/м).
Площадь сечения стенки:
см2;
Площадь сечения полки:
см2.
Уточняется коэффициент с, учитывающий развитие пластических деформаций по высоте сечения балки, интерполяцией по табл. 66 СНиП II - 23 - 81* при С=1,1006
Так как при четном количестве грузов на балке имеется зона чистого изгиба, в соответствии с п.5.18 СНиП II - 23 - 81* вместо коэффициента с1 следует принимать коэффициент
c1m=0,5(1+с)=0,5(1+1,1006)=1,0503.
Уточняется нагрузка на балку:
Вес вспомогательной балки:
- нормативный:
кН;
- расчетный:
кН.
Полная нагрузка G+P с учетом данных таблицы 1.3:
- нормативная 61,871+1,588+0,668+0,7355=64,8625 кН;
- расчетная 74,246+1,667+0,701+0,772=77,386 кН.
Средняя величина коэффициента
Изгибающий момент от расчетной нагрузки при шести грузах:
Проверка прочности:
МПа < МПа.
Недонапряжение 5,092%.
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 Ief=LH=0,929 м.
В соответствие с табл.8 СНиП II - 23 - 81* наибольшее значение отношения Ief к ширине сжатого пояса bf , при котором не требуется проверка общей устойчивости, определяется по формуле:
Так как < расчет на общую устойчивость балки выполнять не требуется.
Высота покрытия по главным балкам и расход стали по второму варианту.
Высота покрытия по главным балкам:
hП=tH+hБН+hB=6+180+496=682 мм.
Расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки, приходящийся на 1 м2 балочной клетки:
кг/м2
1.7 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 mI=108,93 кг/м2.
- по второму варианту mII=88,72 кг/м2.
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. Проектирование составной сварной главной балки
Разрезная главная балка загружена сосредоточенными нагрузками. Нагрузки на балку передаются в местах опирания на нее вспомогательных балок. Сосредоточенные силы (G - от постоянной нагрузки и P от временной) подсчитываются по грузовой площади, равной произведению пролетов вспомогательной балки и балки настила:
Расчетная схема главной балки
Таблица 2.1. - Сбор нагрузки на главную балку G+P
Коэффициент
2.1 Подбор сечения главной балки
Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального - стенка и двух горизонтальных - полок.
В нашем примере (при пяти грузах в пролете) расчетный изгибающий момент:
кНм.
Для принятой толщины листов полок tf20 мм расчетное сопротивление стали С245 равно Ry=240 МПа .
Коэффициент условия работы В первом приближении с1=1,1.
Требуемый момент сопротивления:
WTP=
Высота сечения балки h предварительно определяется по соотношению между hОПТ.W;
hОПТ.f и hmin, где hОПТ.W - оптимальная высота сечения из условия прочности; hОПТ.f. - оптимальная высота сечения из условия жесткости; hmin - высота сечения из условия минимальной жесткости, при обеспечении прочности.
1. Оптимальная высота балки из условия прочности:
см,
где - рекомендуемое отношение высоты балки к толщине стенки в пределах kW=125…140. Принимаем kW=125;
2. Оптимальная высота балки из условия жесткости:
см,
где ,
величина n0=232,3 получена для пролета L=18,5 м линейной интерполяцией.
3. Высота
4. балки из условия минимальной жесткости при обеспечении прочности:
см.
В расчете полученные высоты располагаются в следующем соотношении:
hmin=84см < hОПТ,W=167,99см<hОПТ,f=173,92см.
Применяя правило выбора, выбираем высоту балки: h=hОПТ,W=1680 мм.
Высота главной балки, помимо расчетов, должна соответствовать наибольшей строительной высоте перекрытия согласно заданию: , где tH - толщина настила. Наибольшая строительная высота перекрытия определяется разностью отметок верха настила и габарита помещения под перекрытием: hCMAX=8,50-6,80=1,70м.
Так как h=1680 мм < hCMAX - tН=1700-6=1694 мм, оставляем выбранную высоту балки h=1680 мм.
Далее высота стенки hW назначается близкой к высоте балки h в соответствии с шириной листа сортамента универсальной или толстолистовой стали.
Так как наибольшая ширина листа универсальной стали равна 1050 мм, принимаем толстолистовую сталь шириной 1600 мм. С учетом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм:
hW=1600 - 10 = 1590 мм.
По ранее принятому коэффициенту kW=125 определяем толщину стенки:
мм. Принимаем tW=14 мм.
Толщину полок назначаем равной tf=22 мм 3tW=42 мм, тогда полная высота балки оказывается равной: h=hW+2tf=1590+44=1634 мм.
Вычисляем момент инерции стенки:
см4.
Требуемый момент инерции полок:
If.тр=Iтр.max-Iw=2065694,6-468962,55=1596732,1 см4;
Здесь наибольший требуемый момент инерции балки Iтр.max определяется по двум значениям из условий прочности и жесткости:
- из условия прочности:
Iтр=0,5Wтрh=см4;
- из условия жесткости:
Iтр=1219970,4 см4.
Требуемая площадь сечения полки:
см2
Толщина полки из условия обеспечения ее местной устойчивости:
см.
В расчете было принято tf=2,2 см >2,03 см.
Ширина полки назначается равной
Вычисляем
Принимаем bf = 530 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту.
Уточняем собственный вес балки по принятым размерам. Площадь поперечного сечения балки:
см2
Вес погонного метра балки:
,
здесь - удельный вес стали; - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер жесткости и сварных швов.
Вес главной балки на участке между вспомогательными балками:
кН.
Уточняются нагрузки на балку, полученные в таблице 2.1:
Нормативная:
кН.
Расчетная:
P+G=519,48+21,97+=555,49 кН.
Уточняются усилия. Изгибающие моменты от нормативных и расчетных нагрузок:
Перерезывающая сила на опоре (для пяти грузов в пролете):
кН.
Геометрические характеристики сечения балки.
Момент инерции:
Момент сопротивления:
см3.
В зависимости от соотношения площадей полки и стенки Af/AW уточняется коэффициент с1, учитывающий развитие пластических деформаций. В соответствии с СНиП II - 23 - 81* п. 5.18. с1=с.
Интерполируя по табл. 66 СНиП II - 23 - 81* находим коэффициент с1=с=1,118.
2.2 Проверка прочности главной балки
1. Нормальные напряжения:
МПа > .
Перенапряжение - 6,97 %. Увеличим толщину стенки сечения главной балки tW до 18 мм и произведем расчет заново.
Вычисляем момент инерции стенки:
см4.
Требуемый момент инерции полок:
If.тр=Iтр.max-Iw=2065694,6-602951,85=1462742,75 см4;
Здесь наибольший требуемый момент инерции балки Iтр.max определяется по двум значениям из условий прочности и жесткости:
- из условия прочности:
Iтр=0,5Wтрh=см4;
- из условия жесткости:
Iтр=1219970,4 см4.
Требуемая площадь сечения полки:
см2
Толщина полки из условия обеспечения ее местной устойчивости:
см.
В расчете было принято tf=2,2 см >1,94 см.
Ширина полки назначается равной
Вычисляем
Принимаем bf = 530 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту.
Уточняем собственный вес балки по принятым размерам. Площадь поперечного сечения балки:
см2
Вес погонного метра балки:
,
Вес главной балки на участке между вспомогательными балками:
кН.
Уточняются нагрузки на балку, полученные в таблице 2.1:
Нормативная:
кН.
Расчетная:
P+G=519,48+21,97+=557,45 кН.
Уточняются усилия. Изгибающие моменты от нормативных и расчетных нагрузок:
Перерезывающая сила на опоре (для пяти грузов в пролете):
кН.
Геометрические характеристики сечения балки.
Момент инерции:
Момент сопротивления:
см3.
В зависимости от соотношения площадей полки и стенки Af/AW уточняется коэффициент с1, учитывающий развитие пластических деформаций. В соответствии с СНиП II - 23 - 81* п. 5.18. с1=с.
Интерполируя по табл. 66 СНиП II - 23 - 81* находим коэффициент с1=с=1,147.
2.3 Проверка прочности главной балки
1. Нормальные напряжения:
МПа < .
Недонапряжение - 1,98 % < 5 %, следовательно окончательно принимаем следующие размеры главной балки:
Высота стенки главной балки hW=1590 мм, толщина стенки сечения tW=18 мм, ширина полки сечения bf=530 мм, толщина полки сечения tf=22 мм, высота покрытия по главной
балке hП=682 мм, длина панели LБН=3700 мм, расход металла m=88,692 кг/м2, толщина настила
принятого варианта tН=6 мм.
2. Касательные напряжения (проверка стенки на срез).
Касательные напряжения проверяются в стенке, в месте крепления опорного ребра без учета работы на срез полок.
МПа < МПа.
Условие выполняется.
2.4 Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок
Суммарная высота элементов перекрытия: настила, балки настила, вспомогательной и главной балок:
мм.
Ранее была найдена наибольшая строительная высота перекрытия hC,MAX= 1700 мм.
Так как мм, поэтажное сопряжение невозможно. Принимаем сопряжение вспомогательной и главной балок в пониженном уровне.
2.5 Проверка общей устойчивости главной балки
В соответствии с п.5.16,а СНиП II - 23 - 81* при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надежно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.
2.6 Изменение сечения балки
С целью экономии металла уменьшаем сечение приопорного участка балки за счет уменьшения ширины поясов на участке балки от опоры до сечения, расположенного на расстоянии, равном 1/6 пролета балки: 18,5:6=3,08 м.
Ширина пояса балки должна соответствовать ширине листа универсальной стали по сортаменту и быть не менее:
мм; ; ,
где bf - ширина полки балки в пролете, h - высота главной балки.
мм, мм.
По сортаменту принимаем мм.
Геометрические характеристики сечения балки на приопорных участках:
- площадь сечения:
см2;
- момент инерции:
- момент сопротивления:
см3;
- статический момент полки относительно оси x-x:
см3;
- статический момент полусечения относительно оси x-x:
см3.
Расчетные усилия в месте изменения сечения.
Изгибающий момент:
Перерезывающая сила:
кН.
Проверка напряжений:
а) в месте изменения сечения:
- максимальные нормальные напряжения:
МПа <
- нормальные напряжения в стенке под полкой:
МПа;
- касательные напряжения в стенке под полкой:
МПа<;
- приведенные напряжения в стенке под полкой:
б) Напряжения у опоры:
- касательные напряжения на уровне нейтральной оси:
2.7 Расчет поясных сварных швов
Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводах автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины балки:
Для стали С245 по таблице 55 СНиП II - 23 - 81* принимаем сварочную проволоку марки Св - 08А для выполнения сварки под флюсом.
Определяется требуемая высота катета kf поясного шва ”в лодочку”.
1. Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва [Табл. 34 СНиП II - 23 - 81*].
Коэффициент условия работы шва [П.11.2 СНиП II - 23 - 81*].
Расчетное сопротивление металла шва Rwf=180 МПа [Табл. 56 СНиП II - 23 - 81*].
2. Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва [Табл.34 СНиП II - 23 - 81*].
Коэффициент условия работы шва [П.11.2. СНиП II - 23 - 81*]
Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления:
[Табл.3,51 СНиП II - 23 - 81*];
.
Сравнивая полученные величины, находим, что
МПа.
Высота катета поясного шва должна быть не менее
При толщине более толстого из свариваемых элементов (tf=22 мм) по табл. 38 СНиП II - 23 - 81* принимаем kf= 7 мм.
2.8 Проверка устойчивости сжатой полки балки
Устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки bef к ее толщине tf не превышает предельного значения [Стр.34, табл. 30 СНиП II - 23 - 81*]:
, где расчетная ширина свеса полки bef равна:
мм;
Так как устойчивость поясного листа обеспечена.
2.9 Проверка устойчивости стенки балки
Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролета балки к стенке привариваются поперечные двусторонние ребра жесткости.
Расстояние между поперечными ребрами при условной гибкости стенки не должно превышать 2hW. Условная гибкость стенки определяется по формуле . Ширина ребра bh должна быть не менее а толщина ребра - .
В расчете проверяется устойчивость участков стенки - пластинок, упруго защемленных в поясах и ограниченных поперечными ребрами. Потеря их устойчивости может произойти от совместного действия нормальных и касательных напряжений. Устойчивость стенки балки проверять не требуется, если при выполнении формулы (33) СНиП II - 23 - 81* условная гибкость при отсутствии местного напряжения.
Вычисляем условную гибкость - местная устойчивость стенки обеспечена. Конструктивно вдоль пролета балки к стенке привариваются поперечные двусторонние ребра жесткости под вспомогательными балками с шагом 3,7 м.
Ширина ребра должна быть не менее:
Принимаем bh=100 мм.
Толщина ребра:
Принимаем tS = 8 мм.
Поперечные ребра жесткости
3.Расчет опорного ребра жесткости главной балки
балочный проектирование сварной
Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирным, с опиранием на колонну сверху. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.
Толщина опорного ребра определяется из расчета на смятие его торца:
м;
где N=RA=1390 кН - опорная реакция; МПа - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности [Табл.1, 2, 51 СНиП II - 23 - 81*]; см - ширина опорного ребра, равная ширине балки на опоре.
Принимаем толщину опорного ребра t=14 мм, а опорный выступ
а=20 мм < 1,5t=мм.
Проверка ребра на устойчивость.
Площадь расчетного сечения ребра:
см2.
Момент инерции:
см4,
где см.
Радиус инерции сечения ребра см.
Гибкость ребра .
Условная гибкость
Коэффициент продольного изгиба по формуле п.5.3. СНиП II - 23 - 81* при :
Проверка опорного ребра на устойчивость:
МПа < МПа.
Проверка удовлетворяется.
Расчет катета сварных швов крепления ребра к стенке балки (полуавтоматическая сварка)
м,
где ( МПа - получено при расчете поясных швов балки.
При толщине более толстого из свариваемых элементов (толщина стенки t=18 мм) по табл. 38 СНиП II - 23 - 81* принимаем катет шва kf= 6 мм.
3.1 Расчет болтового соединения в месте примыкания вспомогательной балки к главной
Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется в пониженном уровне.
При шести грузах в пролете опорная реакция вспомогательной балки равна
Кн.
Принимаем болты нормальной точности (класс точности В), класс по прочности 4.6, диаметром 20 мм. По табл. 58 СНиП II - 23 - 81* определяем расчетное сопротивление срезу болтов для класса по прочности 4.6: Rbs=150 МПа.
Расчетные усилия, которые может выдержать один болт:
а) на срез
где - коэффициент условия работы соединения, определяемый по табл. 35 СНиП II - 23 - 81*; nS=1 - число срезов болта;
см2 - расчетная площадь сечения болта.
б) на смятие
кН,
где Rbp =450 МПа - расчетное сопротивление на смятие для стали при Run=370 МПа по табл. 59 СНиП II - 23 - 81*; мм - толщина ребра жесткости.
Сравнивая результаты расчетов по пунктам а и б, выбираем меньшее: Nb,min=42,39 кН. Требуемое количество болтов в соединении:
шт.
Принимаем 6 болтов диаметром 20 мм, диаметр отверстия d=22 мм. Размещая болты, назначаем расстояния вдоль и поперек усилия (опорной реакции вспомогательной балки RA): от центра болта до края элемента вдоль усилия а=60,5 мм; между центрами болтов вдоль усилия b=75 мм, от центров болтов до торца балки (поперек усилия) а1=40 мм, что соответствует требованиям табл.39 СНиП II - 23 - 81* по а: (аmin=2d=44 мм, аmax=8t=64 мм); по b: (bmin=2,5d=55 мм, bmax=24t=192 мм); по а1: а11,5d=мм.
Проверка касательных напряжений в стенке вспомогательной балки с учетом ослабления отверстиями диаметром d=22 мм под болты, а также с учетом ослабления сечения балки из-за вырезки полки в стыке по формуле 29 СНиП II - 23 - 81*:
где QMAX=RA=232,158 кН - перерезывающая сила, см - высота стенки балки, - коэффициент ослабления сечения стенки, b=75 мм - шаг отверстий, d= 22 мм - диаметр отверстий. Проверка стенки вспомогательной балки на срез выполняется.
Расход стали на перекрытие (масса настила и балок, включая главную):
кг/м2,
где m=88,692 кг/м2 - расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки (по данным вариантного проектирования); gr=4,119 кН/м - вес погонного метра главной балки; LB=6,5 м - пролет вспомогательной балки.
3. Проектирование колонны сплошного сечения
3.1 Расчетная длина колонны и сбор нагрузки
Отметка низа главной балки НГБ=ОВН-hСТР=8,50-1,64=6,86 м. Заглубление фундамента принимается в интервале hФ=0,6…0,8 м. Принимаем hФ=0,6 м.
Геометрическая длина колонны:
L=НГБ+hФ=6,86+0,6=7,46 м.
При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Соединение с фундаментом легких колонн в расчете также принимается шарнирным. Поэтому расчетная длина колонны определяется при
м.
Грузовая площадь м2.
Таблица 3.1 - Сбор нагрузки на колонну
3.2 Подбор сечения колонны
Выполняется расчет относительно оси Y, пересекающей полки. Гибкостью колонны предварительно задаются при нагрузке 1500…2500 кН в интервале =100…70; при нагрузке 2500…4000 кН гибкость принимают равной =70…50. Для расчета при нагрузке 2787,283 кН принимаем и по табл.72 СНиП II - 23 - 81* находим
Требуемая площадь сечения колонны:
Требуемые радиус инерции и ширина полки: используя соотношение находим ширину полки: см. Ширину полки назначаем в соответствии с сортаментом универсальной стали, равной 530 мм. Высоту стенки hW назначаем так, чтобы выполнялось условие hbf, hW=530 мм. Назначив толщину tW=8 мм, получаем площадь сечения стенки: АW=42,4 см2. Свес полки:
мм.
Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:
см2.
см. Принимаем tf=10 мм.
Геометрические характеристики сечения.
Площадь сечения:
см2.
Момент инерции:
см4.
Радиус инерции:
см.
Гибкость:
Приведенная гибкость:
Вычисляем коэффициент продольного изгиба при :
Включаем в нагрузку вес колонны:
кН,
где - удельный вес стали; - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер и сварных швов.
Полная расчетная нагрузка:
(P+G)+Gk=2787,283+9,846=2797,129 кН.
Проверка колонны на устойчивость:
Недонапряжение составляет 3,76 %, что менее 5 %, следовательно требования п.1.9. СНиП II - 23 - 81* соблюдены.
Проверка предельной гибкости.
Предельная гибкость
где
При проверка проходит.
Так как для двутаврового сечения при радиус инерции и коэффициент , проверку устойчивости относительно оси х-х не выполняем.
3.3 Проверка устойчивости полки и стенки колонны
Отношение свеса полки к ее толщине
Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки определяется по формуле из табл. 29 СНиП II - 23 - 81*.
Так как
,
то устойчивость полок не обеспечивается. Необходимо рассчитать сечение колонны с измененными размерами.
Ширину полки назначаем в соответствии с сортаментом универсальной стали, равной 420 мм. Высоту стенки hW назначаем так, чтобы выполнялось условие hbf, hW=420 мм. Назначив толщину tW=10 мм, получаем площадь сечения стенки: АW=42 см2. Свес полки:
мм.
Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:
см2
см. Принимаем tf=14 мм.
Геометрические характеристики сечения.
Площадь сечения:
см2.
Момент инерции:
см4.
Радиус инерции:
см.
Гибкость:
Приведенная гибкость:
Вычисляем коэффициент продольного изгиба при :
Включаем в нагрузку вес колонны:
кН,
где - удельный вес стали; - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер и сварных швов.
Полная расчетная нагрузка:
(P+G)+Gk=2787,283+10,589=2797,872 кН.
Проверка колонны на устойчивость:
Недонапряжение составляет 1,96 %, что менее 5 %, следовательно требования п.1.9. СНиП II - 23 - 81* соблюдены.
Проверка предельной гибкости.
Предельная гибкость
где
При проверка проходит.
Так как для двутаврового сечения при радиус инерции и коэффициент , проверку устойчивости относительно оси х-х не выполняем.
Проверка устойчивости полки и стенки колонны
Отношение свеса полки к ее толщине
Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки определяется по формуле из табл. 29 СНиП II - 23 - 81*.
Так как
,
устойчивость полок обеспечивается. Проверяем устойчивость стенки по условию
Вычисляем .
Здесь но не более 2.3, в соответствии с табл. 27 СНиП II - 23 - 81*;
Так как устойчивость стенки колонны обеспечена.
В соответствии с п.7.21 СНиП II - 23 -81* при поперечные ребра жесткости по расчету устанавливать не требуется. Принимаем по конструктивным соображениям на отправочном элементе два парных ребра. Назначаем размеры парных ребер: ширина принимаем bP=60 мм, толщина мм; принимаем tP= 6 мм.
В центрально-сжатых колоннах сплошного сечения сдвигающие усилия между стенкой и полкой незначительны. Поэтому сварные швы, соединяющие полки со стенкой, назначают конструктивно толщиной kf=6…8 мм. Принимаем катет сварного шва равным kf=6 мм.
3.4 Расчет базы колонны
База колонны, состоящая из опорной плиты и траверс, крепится к фундаменту анкерными болтами.
Размеры плиты базы:
Ширина плиты В назначается по конструктивным соображениям:
мм.
Здесь t=10 мм толщина траверсы, C=50 мм - свесы плиты.
Длина плиты, минимальная по конструктивным соображениям, равна:
мм. Учитывая стандартные размеры листов, назначаем LПЛ MIN=560 мм.
Проверяем достаточность размеров плиты в плане расчетом из условия смятия бетона под плитой. Назначаем класс бетона фундамента В 12.5. Расчетное сопротивление бетона смятию при коэффициенте условия работы
Требуемая длина плиты по расчету:
м.
Принимаем по сортаменту универсальной стали LПЛ=650 мм, так как LПЛ ТР > LПЛ MIN.
Получаем размеры плиты базы в плане LПЛ х BПЛ=650 х 540 мм с площадью AПЛ=0,35 м2.
Далее в зависимости от размеров в плане верхнего обреза фундамента уточняется сопротивление бетона смятию и проверяются напряжения под плитой. Назначаем размеры верхнего обреза фундамента:
BФ=ВПЛ+20 см=54+20=74 см;
LФ=L+20 см=65+20=85 см.
Площадь AФ=
Уточняется коэффициент
Уточняется сопротивление бетона смятию:
МПа.
Проверяем бетон на смятие под плитой базы:
Проверка удовлетворяется.
Расчет толщины плиты базы.
Толщина плиты назначается в пределах Расчет толщины плиты базы производится из условия прочности плиты при изгибе на действие реактивного давления фундамента.
Выделяются участки плиты с характерными схемами закрепления сторон и их соотношением. Максимальные изгибающие моменты на этих участках при единичной ширине плиты определяются по формуле:
в этой формуле:
1) для участка I =0,5; b - вылет консоли;
2) для участка II коэффициент в зависимости от отношения стороны а к свободной стороне b;
3) Для участка III коэффициент определяется в зависимости от отношения большей стороны к меньшей, где b - длина меньшей стороны.
Изгибающие моменты в плите на участках.
На первом участке:
На втором участке вычисляем отношение сторон
где а=0,5(L-h)=0,5(0,65-0,448)=0,101 м; b=bf=0,42 м.
Так как , расчет выполняем как консоли:
На третьем участке
где =0,125 при По наибольшему моменту на участках MMAX=41,5 кНм из условия прочности плиты на изгиб определяется требуемая толщина плиты:
м (30,04 мм), где согласно табл.6 СНиП II - 23 -81*. По сортаменту принимается плита толщиной 32 мм.
Расчет траверсы.
Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. При четырех швах с высотой катета kf=10 мм:
.
Здесь прочность по металлу шва МПа, по металлу границы сплавления МПа, где МПа. Нормативное сопротивление Run=370 МПа определено по табл. 51 СНиП II - 23 - 81*. В соответствии с требованием п.12.8. СНиП II - 23 - 81* расчетная длина флангового шва должна быть не более , в расчете LW=0,45 м. По сортаменту универсальной стали принимается высота листа траверсы hTP=630 мм.
Расчет катета сварного шва крепления траверсы к плите.
При вычислении суммарной длины швов учитывается непровар по 1 см на каждый шов:
Требуемый катет шва по расчету:
В соответствие с табл. 38 СНиП II - 23 - 81* при толщине плиты 32 мм минимальный катет шва равен kf min=8 мм. Принимаем kf=13,5 мм.
Приварку торца стержня колонны к опорной плите базы выполняем конструктивными швами kf=8 мм.
При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты диаметром d = 20…30 мм для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процесс монтажа. Принимаем два анкерных болта диаметром d=20 мм. Болты устанавливаются в плоскости главных балок с креплением к плите базы, что обеспечивает за счет гибкости плиты шарнирное сопряжение колонны с фундаментом.
3.5 Расчет оголовка колонны
Оголовок колонны состоит из опорной плиты и подкрепляющих ребер. Опорная плита передает давление от двух главных балок на ребра оголовка и фиксирует проектное положение балок при помощи монтажных болтов. Определяем размеры ребер, задавшись толщиной плиты: tПЛ= 25 мм (tПЛ=20…25 мм). Требуемая толщина парных ребер из условия работы на смятие:
м,
где N - удвоенная опорная реакция главной балки; - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности; bОП=0,28 м - ширина опорного ребра балки.
Принимаем толщину ребра tr=25 мм. Ширина ребра должна быть не менее мм. Принимаем ширину парных ребер равными bh=160 мм вверху и 130 мм внизу.
Высота вертикальных ребер определяется из условия размещения четырех фланговых швов длиной не менее:
Здесь катет шва не может быть более где tW - толщина стенки колонны. Длина сварного шва не должна быть более
Принимаем катет kf=12 мм и высоту ребра hr=0,48м.
Так как стенка колонны тоньше примыкающих ребер (tw=10 мм< tr=25 мм), стенку проверяем на срез:
Стенка колонны толщиной 10 мм на срез не проходит. Поэтому в пределах высоты оголовка на сварных швах встык выполняется вставка большей толщины. Требуемая толщина стенки из условия среза:
Принимаем вставку толщиной tW=16 мм.
Торец колонны фрезеруется, и поэтому толщина швов, соединяющих опорную плиту со стержнем колонны и ребрами, назначается конструктивно, равной kf=8 мм. С целью укрепления стенки колонны и вертикальных ребер от возможной потери устойчивости снизу вертикальные ребра обрамляются горизонтальными ребрами толщиной tp=8 мм.
Исходные данные для проверки расчета колонны сплошного сечения на ЭВМ
Таблица
балочный проектирование сварной
Список литературы
1. СНиП II - 23 - 81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991. - 96 с.
2. СНиП 2.01.07 - 85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996 - 44 с.
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под общей ред. Е. И. Беленя. - 6 - е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. - 560 с.
4. СНиП 2.03.01 - 84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. М.: ЦПП, 1996. - 76 с.
5. ГОСТ 2.105 - 95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам: Введ. 01.07.96. - М.: 1995. - 38 с.
6. Танаев В.А. Проектирование стальной балочной клетки: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000 - 71 с.: ил.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Компоновка балочной клетки. Маркировка элементов монтажной схемы рабочей площадки. Расчет стального настила балки, сварных швов. Статический и конструктивный расчет балки. Проверка сечения, устойчивости конструкции. Расчет колонны сквозного сечения.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 29.05.2015Схема балочной клетки нормального типа. Расчёт балки настила. Схема балочной клетки усложнённого типа. Подбор сечения, момент инерции, погонная расчётная и нормативная нагрузка. Расчёт второстепенной балки. Момент сопротивления сечения.
курсовая работа [593,8 K], добавлен 26.01.2011Компоновка элементов балочной клетки; подбор ее поперечного сечения и проверка общей устойчивости. Определение размеров несущего настила. Вычисление центрально сжатой колонны балочной клетки: стержня, соединительных планок, базы и оголовка колонны.
курсовая работа [576,6 K], добавлен 05.11.2012Рассмотрение использования двутавровой балки в широких пролетах промышленных объектов. Описание конструкции сварной подкрановой балки со свободно опертыми концами. Расчёт эквивалентного напряжения в сечении, поясных швов. Конструирование опорных узлов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.04.2015Исходные данные для проектирования. Расчет настила, балки настила, главной балки, укрепительного стыка главной балки, колонны. Схема расположения основной ячейки. Определение грузовой площади. Проверка на прочность и устойчивость стенки балки и колонны.
курсовая работа [336,5 K], добавлен 21.05.2010Сбор нагрузок на элементы рабочей площадки. Подбор и проверка сечения балки настила, главной балки. Конструирование узлов соединения элементов главной балки. Определение сечения колонны, требуемой площади опорной плиты. Расчёт сварных швов крепления.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.11.2010Конструктивные решения балочной площадки. Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам, выполненного полуавтоматической сваркой. Проверка несущей способности балки. Определение внутренних расчетных усилий в месте изменения сечения.
курсовая работа [517,6 K], добавлен 14.11.2015Знакомство с основными принципами конструктивно-технологического проектирования сварных конструкций. Общая характеристика комбинированных сварных заготовок, рассмотрение особенностей их проектирования. Сварно-литые заготовки как станины прессов.
презентация [93,2 K], добавлен 18.10.2013Сварка как один из распространенных технологических процессов соединения материалов. Описание конструкции балки. Выбор и обоснование металла сварной конструкции. Выбор сварочного оборудования, способа сварки и методов контроля качества сварных соединений.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.02.2014Требования к способам и технологии сварки. Процесс проектирования конструкции балки: подбор стали, определение из условия прочности сечения профилей. Расчет расхода сварочного материала. Основные правила техники безопасности при проведении работ.
курсовая работа [545,5 K], добавлен 03.04.2011Сбор нагрузок и статический расчет. Расчет на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали. Проверка сечения по касательным напряжениям. Проверка прогиба. Конструирование главной балки. Компоновка составного сечения. Определение размеров стенки.
курсовая работа [122,2 K], добавлен 24.10.2013Выбор конструктивного оформления и размеров сварных соединений. Ориентировочные режимы сварки. Расчет геометрических характеристик сечений, усадочной силы, продольного укорочения и прогибов балки, возникающих при сварке швов балки двутаврового сечения.
практическая работа [224,3 K], добавлен 27.01.2011Анализ конструктивных особенностей стального стержня переменного поперечного сечения, способы постройки эпюры распределения нормальных и касательных напряжений в сечении балки. Определение напряжений при кручении стержней с круглым поперечным сечением.
контрольная работа [719,5 K], добавлен 16.04.2013Определение расчётных нагрузок, действующих на балку, расчётных усилий, построение эпюр. Подбор сечения балки. Проверка прочности, жёсткости и выносливости балки. Расчёт сварных соединений. Момент инерции сечения условной опорной стойки относительно оси.
курсовая работа [121,4 K], добавлен 11.04.2012Оценка допустимой нагрузки на балку, исходя из условий прочности. Расчет ядра сечения, растягивающих и сжимающих напряжений в стержне. Анализ наибольшего нормального напряжения стальной балки, лежащей на двух жестких опорах, запаса устойчивости.
контрольная работа [3,1 M], добавлен 27.05.2015Назначение, особенности и условия эксплуатации сварной конструкции. Выбор и обоснование выбора способа сварки балки двутавровой. Определение расхода сварочных материалов. Определение параметров сварных швов и режимов сварки. Контроль качества продукции.
дипломная работа [643,9 K], добавлен 03.02.2016Определение нагрузки и расчетных усилий, воспринимаемых балками настила до и после реконструкции здания. Подбор сечения балки настила. Усиление балки увеличением сечения. Расчет поясных швов и опорного узла. Проверка прочности и жесткости усиленной балки.
контрольная работа [49,2 K], добавлен 20.01.2015Расчетная схема сварной подкрановой балки. Расчет конструкции и краткая технология изготовления балки. Построение линий влияния и определение величины изгибающего момента для различных сечений балки от веса тяжести. Конструирование опорных узлов балки.
курсовая работа [835,8 K], добавлен 05.03.2013Изготовление сварных конструкций. Определение усилий стержней фермы по линиям влияния. Проектирование количества профилей уголков. Подбор сечения стержней. Расчет сварных соединений. Назначение катетов швов. Конструирование узлов и стыков элементов ферм.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 04.11.2014Основные критерии классификации стальной балки. Анализ технологичности конструкции сварного узла. Расчет размеров двутавровой балки. Технические условия на изготовление сварного узла. Выбор основного и сварочного материала, вида сварки и оборудования.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.05.2016