Курсовая работа: Конструирование балочной клетки
Курсовая работа: Конструирование балочной клетки
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
САРАТОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ПГС
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине «Металлические конструкции»
Выполнил:
Принял:
Саратов 2006
Содержание
Введение........................................................................................................... 2
1.Исходные данные......................................................................................... 2
2.Конструктивная схема балочной клетки..................................................... 2
3.Основные положения по расчету конструкций........................................... 3
4.Составление вариантов балочной клетки.................................................... 4
4.1.Вариант №1............................................................................................... 6
4.1.1.Расчет настила........................................................................................ 6
4.1.2.Расчет балок настила.............................................................................. 8
4.1.3.Расчет вспомогательных балок............................................................ 11
4.2.Вариант №2............................................................................................. 14
4.2.1.Расчет настила...................................................................................... 14
4.2.2.Расчет балок настила............................................................................ 16
4.2.3.Расчет вспомогательных балок............................................................ 19
4.3.Вариант №3............................................................................................. 22
4.3.1.Расчет настила...................................................................................... 22
4.3.2.Расчет балок настила............................................................................ 24
4.3.3.Расчет вспомогательных балок............................................................ 26
5.Сравнение вариантов................................................................................. 29
6.Проектирование составной балки............................................................. 30
6.1.Компоновка и подбор сечения балки.................................................... 30
6.2.Проверка прочности балки..................................................................... 33
6.3.Проверка и обеспечение местной устойчивости
элементов сечения главной балки
35
6.4.Расчет соединения поясов балки со стенкой.......................................... 40
6.5.Конструирование и расчет опорной части балки.................................. 41
6.6.Конструкция и расчет сопряжения вспомогательной
балки с главной балкой
43
6.7.Конструирование монтажного стыка главной
балки………………….…43
7.Конструкция и расчет колонны................................................................. 45
7.1.Общие сведения……………………………………………………... ……45
7.2.Конструирование и расчет стержня
колонны……………………… …46
7.3. Конструирование и расчет планки колонны......................................... 49
7.4.Конструирование и расчет базы колонны............................................. 49
7.5.Конструирование и расчет оголовка колонны...................................... 51
Список литературы....................................................................................... 53
ВВЕДЕНИЕ
В работе представлены принципы и правила
проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного
здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и
расчета её элементов.
В состав площадки включены следующие
конструкции: стальной настил, балки настила и вспомогательные балки из
прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные),
стальные колонны сквозного сечения.
Расчет элементов металлических конструкций
производится по методу предельных состояний с использованием международной
системы единиц СИ. Расчет конструкций произведено с необходимой точностью и в
соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями СНиП 2-23-81* «Стальные конструкции».
Выполнение расчётно-графической работы
производится по заданным исходным данным.
1.
Исходные
данные
Рабочие площадки служат для размещения
производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха
промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и
связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.
Исходные данные:
-
полезная нагрузка - = 28кН/м2;
-
пролет - L=14 м
-
шаг колонн – l = 5
м
-
высота колонны - H = 6
м
-
колонны – сквозные с планками.
-
тип пола - I
-
класс бетона фундамента В12,5.
2.
Конструктивная схема балочной клетки.
Балочная клетка состоит из следующих
элементов: стального настила (Н), укладываемого по балкам настила (БН),
вспомогательных балок (ВБ), и главных балок (ГБ), располагаемых обычно
параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом, балки настила
воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола. Вспомогательные балки
передают всю нагрузку от балок настила на главные балки, а главные балки – на
колонны или стены.
3.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЁТУ КОНСТРУКЦИЙ
Цель расчёта – обеспечить заданные условия
эксплуатации и необходимую прочность и устойчивость при минимальном расходе
материала и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж. Расчёт
проводится с использованием методов сопротивления материалов и строительной
механики. Основной задачей этих методов является определение внутренних усилий,
которые возникают в конструкциях под воздействием приложенных нагрузок.
Расчёт начинают с составления расчётных
схем сооружения в целом и его отдельных элементов. Составлению расчётных схем
должна предшествовать работа по компоновке отдельных конструкций с предварительной
эскизной проработкой чертежей элементов и их сопряжений.
Определив по принятой расчётной схеме
усилия в конструкции или её элементах (статический расчет), производят подбор
их сечений (конструктивный расчёт), проверяют несущую способность и жесткость
конструкций. Если хотя бы одна из проверок не удовлетворяется, уточняют размеры
сечений.
4. Составление вариантов балочной
клетки.
При проектировании балочной клетки задача
сводится к тому, чтобы путём технико-экономического сравнения различных
вариантов найти наиболее экономичную конструкцию балочной клетки по расходу
материала на 1 м² площади перекрытия.
С этой целью следует составим 3 варианта
расположения вспомогательных балок и балок настила. После статического и
конструктивного расчётов настила и балок для всех вариантов произведем их
сравнение по расходу стали на 1м² площади перекрытия балочной клетки и
количеству монтажных единиц.
После этого выберем наиболее выгодный
вариант балочной клетки по расходу стали и количеству монтажных единиц. В
случае одинакового расхода стали, предпочтение следует отдавать варианту с
наименьшим количеством монтажных единиц.
![](/image/7448_1.jpeg)
Рис. 2
4.1.Вариант № 1
4.1.1. Расчет настила
Принимаем сталь С245(т.к II гр.)
Рис. 3
Вид нагрузки |
![](/image/7448_3_1.png)
|
![](/image/7448_4_1.png)
|
![](/image/7448_5_1.png)
|
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
Итого: |
29,33 |
|
31,129 |
Сбор нагрузок: Таблица 1
Листы настила крепятся к верхним полкам
балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для
удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила
(см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном
прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150,
прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет
обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).
Определим наименьшую толщину настила при
заданном пролёте балок настила lн при lн=100 см.
![](/image/7448_6_1.png)
где ;
qн –нормативная нагрузка на настил;
;
![](/image/7448_9_1.png)
;
;
tн=1,16 см. По сортаменту принимаем tн=12 мм.
Настил крепится к балкам настила сплошными
сварными швами.
Определим растягивающее усилие Н,
действующее на 1 погонный длины
шва:
![](/image/7448_13_1.png)
где γf- коэффициент
надежности по нагрузке (γf=1,05).
;
1. Расчет по металлу шва
![](/image/7448_15_1.png)
-
коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)
-
коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)
В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81*
принимаем электроды типа Э42 для стали С245.
Расчетное сопротивление металла шва R wf =
180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).
![](/image/7448_16_1.png)
2.Расчет по металлу границы сплавления.
![](/image/7448_17_1.png)
-
коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)
-
коэффициент условия работы шва =
0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*
для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5
МПа=16,65кН/см2.
gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);
![](/image/7448_18_1.png)
Принимаем требуемый катет шва kf=5
мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)
4.1.2.Расчет балок настила
Сбор нагрузки: Таблица 2
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, ![](/image/7448_3_2.png)
|
f |
Расчетная нагрузка, ![](/image/7448_5_2.png)
|
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=12мм |
0,942 |
1,05 |
0,9891 |
5 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
|
Итого: |
30,272 |
|
32,1181 |
![](/image/7448_2_1.jpeg)
Определение удельного веса настила.
Рис.4
Погонная нагрузка на балку настила:
32,1181*1=32,1181 ;
Максимальный изгибающий момент от
расчетной нагрузки:
![](/image/7448_23_1.png)
Требуемый момент сопротивления при с1 =
1,1:
![](/image/7448_24_1.png)
По сортаменту принимаем двутавр №12 ГОСТ
8239-89 (Iх=350см4, Wх=58,4см4, Sх=33,7 см3, b=64
мм, t=7,3 мм, d =4,8 мм, h = 120 мм, mбн =11,5 кг/м).
Проверка нормальных напряжений
![](/image/7448_25_1.png)
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25 < 26,4 - условие
прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=6,4·0,73=4,672
см2;
Аw = (h-2t)d = (12-2·0,73)0,48
= 5,0592 см2
Þ с = 1,078=>![](/image/7448_28_1.png)
25,51 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qбн lбн × 0,5= 32,1181×2 × 0,5 = 32,1181 кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
4,237<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lбн=200 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0030272·100=0,30272 кН/см;
Jx=350 см4
![](/image/7448_34_1.png)
0,00437>0,004=>жесткость балки не обеспечена.
По сортаменту принимаем двутавр №14 ГОСТ
8239-89 (Iх=572см4, Wх=81,7см4, Sх=46,8 см3, b=73
мм, t=7,5 мм, d =4,9 мм, h = 140 мм, mбн =13,7 кг/м).
Проверка нормальных напряжений
![](/image/7448_25_2.png)
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
17,87 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=7,3·0,75=5,475
см2;
Аw = (h-2t)d =
(14-2·0.75)0.49 = 6,125 см2
Þ с = 1,081=>![](/image/7448_37_1.png)
18,19 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qбн lбн × 0,5= 32,1181×2 × 0,5 = 32,1181 кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
3,5<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lбн=200 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0030272·100=0,30272 кН/см;
Jx=572 см4
![](/image/7448_39_1.png)
0,0026<0,004=>жесткость балки
обеспечена.
4.1.3.Расчет
вспомогательных балок
Сбор нагрузок:
Таблица 3
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, ![](/image/7448_3_3.png)
|
f |
Расчетная нагрузка, ![](/image/7448_5_3.png)
|
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=12мм |
0,942 |
1,05 |
0,9891 |
5 |
Балки настила № 14 |
0,137 |
1,05 |
0,14385 |
6 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
|
Итого: |
30,409 |
|
32,26195 |
Определим удельный вес балок настила.
![](/image/7448_40_1.png)
Нагрузка с балок настила передаётся на
вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При частом расположении балок
настила (4 и более) можно заменить сосредоточенные силы эквивалентной
равномерно распределённой нагрузкой.
Погонная нагрузка на балку настила:
;
32,26195*2=64,5239 ;
Максимальный изгибающий момент от
расчетной нагрузки вычисляем по формуле:
Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:
По сортаменту принимаем двутавр №36 ГОСТ 8239-89 (Iх=13380
см4, Wх=743 см4, Sх=423 см3, b=145 мм, t=12,3 мм, d =7,5
мм, h = 360 мм, mбн =48,6 кг/м).
Проверка прочности
![](/image/7448_25_3.png)
Рис.5
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
24,67 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=14,5·1,23=17,835
см2;
Аw = (h-2t)d = (36-2·1,23)0.75=
25,155 см2;
Þ с = 1,0991=>![](/image/7448_47_1.png)
24,69 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qвб lвб × 0,5= 64,5239·5 × 0,5 =161,30975
кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
6,8<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lвб=500 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0030409·200=0,60818 кН/см;
Jx=13380 см4
![](/image/7448_50_1.png)
0,00359<0,004=>жесткость балки
обеспечена
При приложении сосредоточенной нагрузи
через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром,
стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле
,
где Fбн=64,5239кН/м
- расчетная сосредоточенная нагрузка;
t=1,23 – толщина стенки вспомогательной балки;
lef=b+2tef =14,5+2·2,63=19,76(см)– условная длина
распределения нагрузи, где b=14,5-ширина полки балки настила;
tef =t+r =1,23+1,4=2,63(см)– расстояние от нагруженной грани
полки до начала внутреннего закругления стенки, где t=1,23 см; r=1,4см.
;
Ryγc=24·1,1=26,4;
2,65<26,4- условие
выполнено=> стенка балки обладает прочностью от местного давления.
Проверка общей устойчивости балки
![](/image/7448_53_1.png)
- расчет на общую устойчивость не требуется.
4.2.Вариант №2
4.2.1.Расчет
настила
Принимаем сталь С245(т.к II гр.)
Рис. 6
Вид нагрузки |
![](/image/7448_3_4.png)
|
![](/image/7448_4_2.png)
|
![](/image/7448_5_4.png)
|
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
Итого: |
29,33 |
|
31,129 |
Сбор нагрузок: Таблица 4
Листы настила крепятся к верхним полкам
балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для
удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила
(см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном
прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150,
прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет
обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).
Определим наименьшую толщину настила при
заданном пролёте балок настила lн при lн=62,5 см.
![](/image/7448_6_2.png)
где ;
qн –нормативная нагрузка на настил;
;
![](/image/7448_9_2.png)
;
;
tн=0,73 см. По сортаменту принимаем tн=8 мм.
Настил крепится к балкам настила сплошными
сварными швами.
Определим растягивающее усилие Н,
действующее на 1 погонный длины
шва:
![](/image/7448_13_2.png)
где γf- коэффициент
надежности по нагрузке (γf=1,05).
;
1. Расчет по металлу шва
![](/image/7448_15_2.png)
-
коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)
-
коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)
В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81*
принимаем электроды типа Э42 для стали С245.
Расчетное сопротивление металла шва R wf =
180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).
![](/image/7448_57_1.png)
2.Расчет по металлу границы сплавления.
![](/image/7448_17_2.png)
-
коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)
-
коэффициент условия работы шва =
0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*
для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5
МПа=16,65кН/см2.
gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);
![](/image/7448_58_1.png)
Принимаем требуемый катет шва kf=5
мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)
4.2.2.Расчет балок настила
Сбор нагрузки: Таблица 5
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, ![](/image/7448_3_5.png)
|
f |
Расчетная нагрузка, ![](/image/7448_5_5.png)
|
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=8мм |
0,628 |
1,05 |
0,6594 |
5 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
|
Итого: |
29,958 |
|
31,7884 |
![](/image/7448_4_1.jpeg)
Определение удельного веса настила.
![](/image/7448_59_1.png)
Рис.7
Погонная нагрузка на балку настила
31,7884*0,625=19,86775 ;
Максимальный изгибающий момент от
расчетной нагрузки:
![](/image/7448_60_1.png)
Требуемый момент сопротивления при с1 =
1,1:
![](/image/7448_61_1.png)
По сортаменту принимаем двутавр №16 ГОСТ
8239-89 (Iх=873см4, Wх=109см4, Sх=62.3 см3, b=81
мм, t=7,8 мм, d =5.0 мм, h = 160 мм, mбн =15.9 кг/м).
Проверка нормальных напряжений
![](/image/7448_25_4.png)
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25.37 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=8.1·0,78=6.318м2;
Аw = (h-2t)d = (16-2·0,78)0,5
=7.22 см2
Þ с = 1,0825=>![](/image/7448_64_1.png)
25,78 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qбн lбн × 0,5= 19.86775×3.5 × 0,5 =34.76856 кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
3.18<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lбн=350 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0029958·62.5=0,1872375 кН/см;
Jx=873 см4
![](/image/7448_66_1.png)
0,0058>0,004=>жесткость балки не
обеспечена.
По сортаменту принимаем двутавр №18 ГОСТ
8239-89 (Iх=1290см4, Wх=143см4, Sх=81.4 см3, b=90
мм, t=8,1 мм, d =5,1 мм, h = 180 мм, mбн =18,4 кг/м).
Проверка нормальных напряжений
![](/image/7448_25_5.png)
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
19,34 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=9·0,81=7,29
см2;
Аw = (h-2t)d = (18-2·0.81)0.51
=8,3538 см2
Þ с = 1,083=>![](/image/7448_69_1.png)
19,64 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qбн lбн × 0,5= 19,86775×3,5 × 0,5 = 34,76856 кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
2,81<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lбн=350см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0029958·62,5=0,1872375 кН/см;
Jx=1290 см4
![](/image/7448_71_1.png)
0,00393<0,004=>жесткость балки
обеспечена.
4.2.3.Расчет
вспомогательных балок
Сбор нагрузок:
Таблица 6
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, ![](/image/7448_3_6.png)
|
f |
Расчетная нагрузка, ![](/image/7448_5_6.png)
|
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=8мм |
0,628 |
1,05 |
0,6594 |
5 |
Балки настила № 18 |
0,2944 |
1,05 |
0,30912 |
6 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
|
Итого: |
30,2524 |
|
32,09752 |
Определим удельный вес балок настила.
![](/image/7448_72_1.png)
Нагрузка с балок настила передаётся на
вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При частом расположении балок
настила (4 и более) можно заменить сосредоточенные силы эквивалентной
равномерно распределённой нагрузкой.
Погонная нагрузка на балку настила:
;
32,09752*3,5=112,34132 ;
![](/image/7448_5_1.jpeg)
Максимальный изгибающий момент от
расчетной нагрузки вычисляем по формуле:
![](/image/7448_73_1.png)
Требуемый момент сопротивления при с1 =
1,1:
![](/image/7448_74_1.png)
По сортаменту принимаем двутавр №45 ГОСТ
8239-89 (Iх=27696 см4, Wх=1231см4, Sх=708 см3, b=160
мм, t=14,2 мм, d =9 мм, h = 450 мм, mбн =66,5 кг/м).
Проверка прочности
![](/image/7448_25_6.png)
Рис.8
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25,92 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=16·1,42=22,72
см2;
Аw = (h-2t)d = (45-2·1,42)0.9=
37,944 см2;
Þ с = 1,11=>![](/image/7448_77_1.png)
25,69 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qвб lвб × 0,5= 112,34·5 × 0,5 =280,85
кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
5,056<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lвб=500 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,00302524·350=1,058834 кН/см;
Jx=27696 см4
![](/image/7448_79_1.png)
0,003<0,004=>жесткость балки
обеспечена
При приложении сосредоточенной нагрузи
через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром,
стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле
,
где Fбн=112,34*0,625=70,2125
кН/м - расчетная сосредоточенная нагрузка;
lef=b+2tef =16+2·3,02=22,04(см)– условная длина распределения
нагрузи, где b=16-ширина полки балки настила;
tef =t+r =1,42+1,6=3,02(см)– расстояние от нагруженной грани
полки до начала внутреннего закругления стенки.
;
Ryγc=24·1,1=26,4;
2,243<26,4- условие
выполнено=> стенка балки обладает прочностью от местного давления.
Проверка общей устойчивости балки
![](/image/7448_81_1.png)
- расчет на общую устойчивость не требуется.
4.3.Вариант №3
4.3.1.Расчет
настила
Принимаем сталь С245(т.к II гр.)
Рис. 9
Вид нагрузки |
![](/image/7448_3_7.png)
|
![](/image/7448_4_3.png)
|
![](/image/7448_5_7.png)
|
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
Итого: |
29,33 |
|
31,129 |
Сбор нагрузок: Таблица 7
Листы настила крепятся к верхним полкам
балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для
удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила
(см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном
прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150,
прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет
обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).
Определим наименьшую толщину настила при
заданном пролёте балок настила lн при lн=125 см.
![](/image/7448_6_3.png)
где ;
qн –нормативная нагрузка на настил;
;
![](/image/7448_9_3.png)
;
;
tн=1,45 см. По сортаменту принимаем tн=16 мм.
Настил крепится к балкам настила сплошными
сварными швами.
Определим растягивающее усилие Н,
действующее на 1 погонный длины
шва:
![](/image/7448_13_3.png)
где γf- коэффициент
надежности по нагрузке (γf=1,05).
;
1. Расчет по металлу шва
![](/image/7448_15_3.png)
-
коэффициент глубины провара шва bf = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)
-
коэффициент условия работы шва gwf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)
В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81*
принимаем электроды типа Э42 для стали С245.
Расчетное сопротивление металла шва R wf =
180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).
![](/image/7448_85_1.png)
2.Расчет по металлу границы сплавления.
![](/image/7448_17_3.png)
-
коэффициент глубины провара шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)
-
коэффициент условия работы шва =
0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*
для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5
МПа=16,65кН/см2.
gwz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);
![](/image/7448_86_1.png)
Принимаем требуемый катет шва kf=5
мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)
4.3.2.Расчет балок настила
Сбор нагрузки: Таблица 8
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, ![](/image/7448_3_8.png)
|
f |
Расчетная нагрузка, ![](/image/7448_5_8.png)
|
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=16мм |
1,256 |
1,05 |
1,3188 |
5 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
|
Итого: |
30,586 |
|
32,4478 |
![](/image/7448_6_1.jpeg)
Определение удельного веса настила.
![](/image/7448_87_1.png)
Рис.10
Погонная нагрузка на балку настила
32,4478*1,25=40,55975 ;
Максимальный изгибающий момент от
расчетной нагрузки:
![](/image/7448_88_1.png)
Требуемый момент сопротивления при с1 =
1,1:
![](/image/7448_89_1.png)
По сортаменту принимаем двутавр №14ГОСТ
8239-89 (Iх=572см4, Wх=81,7см4, Sх=46,8 см3, b=73
мм, t=7,5 мм, d =4,9 мм, h = 140 мм, mбн =13,7 кг/м).
![](/image/7448_25_7.png)
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
22,57 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=7,3·0,75=5,475м2;
Аw = (h-2t)d =
(14-2·0,75)0,49=6,125 см2
Þ с = 1,0806=>![](/image/7448_92_1.png)
22,97 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Перерезывающая сила на опоре:
Qmax = qбн lбн × 0,5= 40,55975×2 × 0,5 =40,55975кН ;
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
4,4247<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lбн=350 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,0030586·125=0,382325 кН/см;
Jx=572 см4
![](/image/7448_94_1.png)
0,0034>0,004=>жесткость балки
обеспечена.
4.3.3.Расчет
вспомогательных балок
Сбор нагрузок:
Таблица 9
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, ![](/image/7448_3_9.png)
|
f |
Расчетная нагрузка, ![](/image/7448_5_9.png)
|
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=16мм |
1,256 |
1,05 |
1,3188 |
5 |
Балки настила № 14 |
0,1096 |
1,05 |
0,11508 |
6 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
|
Итого: |
30,6956 |
|
32,55788 |
Определим удельный вес балок настила.
![](/image/7448_95_1.png)
Нагрузка с балок настила передаётся на
вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При частом расположении балок
настила (4 и более) можно заменить сосредоточенные силы эквивалентной
равномерно распределённой нагрузкой.
![](/image/7448_96_1.png)
![](/image/7448_97_1.png)
![](/image/7448_98_1.png)
![](/image/7448_99_1.png)
![](/image/7448_100_1.png)
![](/image/7448_7_1.jpeg)
Требуемый момент сопротивления при с1 =
1,1:
![](/image/7448_101_1.png)
По сортаменту принимаем двутавр №36 ГОСТ
8239-89 (Iх=13380см4, Wх=732см4, Sх=423 см3, b=145
мм, t=12,3 мм, d =7,5 мм, h = 360 мм, mбн =48,6 кг/м).
Проверка прочности
![](/image/7448_25_8.png)
;
Рис.11
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
24,898 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП
II-23-81*
Аf=bt=14,5·1,23=17,84
см2;
Аw = (h-2t)d = (36-2·1,23)0.75=
25,115 см2;
Þ с = 1,0991=>![](/image/7448_104_1.png)
24,92 < 26,4 -
условие прочности выполняется
Проверка касательных напряжений.
;
;
RS gс = = 14,94 кН/см2;
5,15<14.94=> условие выполняется.
Проверка жесткости.
;
;
lвб=500 см;
Е=2,06·104 кН/см2;
qн=0,00306956·200=0,613912 кН/см;
Jx=13380см4
![](/image/7448_106_1.png)
0,0036<0,004=>жесткость балки
обеспечена
При приложении сосредоточенной нагрузи
через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром,
стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле
,
где Fбн =81,39кН-
расчетная сосредоточенная нагрузка;
lef=b+2tef =14+2·2,63=19,76(см)– условная длина распределения
нагрузи, где b=16-ширина полки балки настила;
tef =t+r =1,23+1,4=2,63(см)– расстояние от нагруженной грани
полки до начала внутреннего закругления стенки.
;
Ryγc=24·1,1=26,4;
3,35<26,4- условие
выполнено=> стенка балки обладает прочностью от местного давления.
Проверка общей устойчивости балки
![](/image/7448_108_1.png)
- расчет на общую устойчивость не требуется.
5. СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ.
Таблица 10
Наименование элементов |
1- вариант |
2- вариант |
3- вариант |
Расход стали,
кг/![](/image/7448_110_1.png)
|
Количество балок,
шт
|
Расход стали,
кг/![](/image/7448_110_2.png)
|
Количество балок,
шт
|
Расход стали, кг/![](/image/7448_110_3.png)
|
Количество балок,
шт
|
Стальной настил |
94,2 |
35 |
62,8 |
40 |
125,6 |
28 |
Балки настила |
13,7 |
28 |
29,44 |
35 |
10,96 |
21 |
Вспомогательные балки |
24,3 |
8 |
19 |
4 |
24,3 |
8 |
ИТОГО: |
132,2 |
71 |
111,24 |
79 |
160,86 |
57 |
Вывод: по расходу стали и количеству
монтажных элементов наиболее экономичен вариант №2.
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВНОЙ
БАЛКИ
Сбор нагрузки на главную балку Таблица 11
|
Наименование нагрузки |
Нормативная нагрузка, кН/м2 |
f |
Расчетная нагрузка, кН/м2 |
1 |
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
2 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
3 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
4 |
Стальной настил t=8мм |
0,628 |
1,05 |
0,6594 |
5 |
Балки настила № 18 |
0,2944 |
1,05 |
0,30912 |
6 |
Вспомогательная балка №45 |
0,19 |
1,05 |
0,1995 |
7 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
8 |
Итого: |
30,4424 |
|
32,29702 |
6.1.Компоновка и подбор
сечения балки
Сечение составной сварной балки состоит из
трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок .
Максимальный расчетный изгибающий момент и
максимальная перерезывающая сила определяем с учётом собственного веса главной
балки, умножением расчетным значений на коэффициент a=1,02 .
Рис. 12
![](/image/7448_111_1.png)
![](/image/7448_112_1.png)
;
Мрасч=3956,4 кНм;
Мmax=1,02·3956,4=4074,68 кНм;
Qрасч=2*565,2=1130,4 кН;
Qmax=1,02·1130,4=1164,3 кН;
Найдём требуемый момент сопротивления по
формуле:
;
где gс =1,1
Рис. 13
Определим минимально допустимую высоту балки
![](/image/7448_116_1.png)
Определим оптимальную высоту балки,
соответствующую наименьшему расходу стали:
;
k=1,2;
;
- вычисляется по эмпирической формуле: ![](/image/7448_120_1.png)
![](/image/7448_121_1.png)
Принимаем tw=12мм
![](/image/7448_122_1.png)
Принимаем высоту главной балки .
Из условия среза определяем минимальную
толщину стенки (без учёта работы поясов)![](/image/7448_124_1.png)
![](/image/7448_125_1.png)
Принимаем толщину стенки 10 мм.
Чтобы обеспечить местную устойчивость
стенки без укрепления продольными рёбрами жёсткости необходимо чтобы , т.е. должно выполняться
условие:
![](/image/7448_9_1.jpeg)
![](/image/7448_127_1.png)
;
1>0,78=>не требуется укрепление стенки
дополнительными ребрами.
Подбор сечения поясов
![](/image/7448_129_1.png)
Требуемый момент инерции сечения
![](/image/7448_130_1.png)
![](/image/7448_131_1.png)
Момент инерции стенки:
Рис. 14
Требуемый момент инерции полок:
Jf тр = Jтр - JW ;
Jf тр =1003236-166698=836538 см4;
Требуемая площадь сечения полки:
![](/image/7448_133_1.png)
Пусть =53 см
tf=Af/ bf=102,12/53≈20 мм.
Уточним площадь сечения полки:
Af= bf tf=53·2=106 см2.
Для обеспечения устойчивости сжатого пояса
балки необходимо выполнение условия:
![](/image/7448_135_1.png)
bef=(bf-tw)/2=(530-10)/2=260;
![](/image/7448_136_1.png)
13<14,65 => устойчивость сжатого
пояса обеспечена.
6.2.Проверка прочности
Момент инерции:
![](/image/7448_137_1.png)
Момент сопротивления:
![](/image/7448_138_1.png)
Статический момент:
![](/image/7448_139_1.png)
![](/image/7448_140_1.png)
;
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25,29 < 26,4 -
условие прочности выполняется.
Выбираем листовой прокат для поясов 530х20х14000,
для стенки 1300х10х14000.
![](/image/7448_10_1.jpeg)
Т.к. пролет 14 м, то экономически
целесообразно уменьшить сечение балки. Уменьшение сечения будем делать на
расстоянии 1/6 пролета балки от опоры, т.е. х=2,33 м.
Рис. 15
С учетом собственного веса главной балки
М/=1,02·2306=2352,12 кНм.
Определим требуемый момент сопротивления и
момент инерции измененного сечения, исходя из прочности сварного стыкового шва,
работающего на растяжение.
![](/image/7448_143_1.png)
![](/image/7448_144_1.png)
![](/image/7448_145_1.png)
Принимаем пояс шириной 400 мм.
Уточним площадь сечения полки:
Af1= bf1 tf=40·2=80 см2.
![](/image/7448_146_1.png)
Рис. 16
Геометрические характеристики сечения
балки
Момент инерции
![](/image/7448_147_1.png)
Момент сопротивления
![](/image/7448_148_1.png)
Статический момент
![](/image/7448_149_1.png)
![](/image/7448_150_1.png)
![](/image/7448_151_1.png)
18,6<22,44 кН/см2 -условие прочности
выполняется.
Максимальное касательное напряжения в балке
![](/image/7448_152_1.png)
RS gс = 0,58×24·1,1=15,3 кН/см2
10,06<15,3- проверка выполняется.
6.3. Проверка и обеспечение
местной устойчивости элементов главной балки
Проверим устойчивость стенки и определим
необходимость постановки ребер жесткости. Условная гибкость стенки определяется
по формуле
.
4,3>3,2 => необходимо укрепление
стенки ребрами жесткости.
Выполняем
постановку рёбер жёсткости в местах передачи нагрузки от вспомогательной балки
на главную.
![](/image/7448_156_1.png)
Рис. 17
Ширина ребер :
![](/image/7448_157_1.png)
Принимаем bh = 90 мм.
Толщина ребра
![](/image/7448_158_1.png)
Принимаем tS = 7 мм.
Балка разбита на пять отсеков.
Проверка
устойчивости стенки в первом отсеке.
Проверка
выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от первого ребра
жесткости, т.е. на расстоянии х1=1,75-1,26=0,49 м от опоры.
![](/image/7448_159_1.png)
Площадь
сечения балки в этом отсеке:
А=1·126+2·40·2=286
см2;
Нагрузка
от веса балки:
![](/image/7448_160_1.png)
М1=qx(l-x)/2=2,245·1,75(14-1,75)/2=24,06;
М1'=1130,4*1,75=1978,2
кН*м
МI=24,06+1978,2=2002,26
кНм;
М2=qx(l-x)/2=2,245·0,49(14-0,49)/2=7,43;
М2'=1130,4*0,49=553,896
МII=7,43+553,896=561,326
кНм;
Мср=(2002,26+561,326)/2=1281,79
кНм;
Нормальные и касательные напряжения
а) нормальные
;
![](/image/7448_162_1.png)
б) касательные
Qср=1164,31кН;
![](/image/7448_163_1.png)
Критические нормальные напряжения
;
тогда по табл.21 СНиП
II-23-81*
=33,32;
![](/image/7448_167_1.png)
![](/image/7448_168_1.png)
Критические касательные напряжения
![](/image/7448_169_1.png)
![](/image/7448_170_1.png)
Проверка устойчивости стенки
.
![](/image/7448_172_1.png)
проверка в первом отсеке выполняется.
Проверка
устойчивости стенки балки во втором отсеке
Проверка
выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от второго ребра
жесткости, т.е. на расстоянии х2=5,25-1,26=3,99 м от опоры.
Площадь
сечения балки в этом отсеке:
А=1*126+2·53*2=33
см2;
Нагрузка
от веса балки:
![](/image/7448_173_1.png)
М1=qx(l-x)/2=2,65*5,25(14-5,25)/2=60,87;
М1'=1130,4*5,25-565,2*3,5=3956,4
МI=60,87+3956,4=4017,27
кНм;
М2=qx(l-x)/2=2,65·3,99(14-3,99)/2=52,92;
М2'=4510,296-1266=3244,3
МII=52,92+3244,3=3297,2 кНм;
Мср=(4017,27+3297,2)/2=3657,2
кНм;
Нормальные и касательные напряжения
а) нормальные
;
Рис.19
б) касательные
Qср=582,16кН;
![](/image/7448_177_1.png)
Критические нормальные напряжения
;
тогда по табл.21 СНиП
II-23-81*
=33,75;
![](/image/7448_179_1.png)
Критические касательные напряжения
![](/image/7448_180_1.png)
![](/image/7448_181_1.png)
Проверка устойчивости стенки
.
![](/image/7448_182_1.png)
проверка во втором отсеке выполняется.
Проверка
устойчивости стенки балки в третьем отсеке
Проверка
выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от третьего ребра
жесткости, т.е. на расстоянии х2=8,75-1,26=7,49 м от опоры.
Площадь
сечения балки в этом отсеке:
А=338
см2;
Нагрузка
от веса балки:
q=2.65
М1=qx(l-x)/2=2.65*8.75(14-8.75)/2=60.87;
М1'=3956,4кН*м
МI=60,87+3956,4=4017,27
кНм;
М2=qx(l-x)/2=2,65·7,49(14-7,49)/2=64,6;
М2'=3956,4кН*м
МII=64,6+3956,4=4021
кНм;
Мср=(4017,27+4021)/2=4019
кНм;
Нормальные и касательные напряжения
а) нормальные
;
![](/image/7448_184_1.png)
б) касательные
Qср=0;
![](/image/7448_185_1.png)
Критические нормальные напряжения
;
тогда по табл.21 СНиП
II-23-81*
=33,75;
![](/image/7448_187_1.png)
Критические касательные напряжения
![](/image/7448_188_1.png)
![](/image/7448_189_1.png)
Проверка устойчивости стенки
.
![](/image/7448_190_1.png)
проверка в третьем отсеке выполняется.
6.4. Расчет поясных сварных
швов.
Полки составных сварных балок соединяют со
стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины
![](/image/7448_191_1.png)
Для стали С245 по табл. 55* СНиП II-23-81*
принимаем электроды Э-42.
Определим требуемую высоту катета Кf
поясного шва "в лодочку".
1. Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва bf =0,9 (СНиП II-23-81*, табл.34)
Коэффициент условия работы g wf = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wf
=180 МПа(СНиП II-23-81*, табл.56)
bf g wf R wf =
0,9× 1×18= 16,2 кН/см2
2. Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва bz =1,05 (СНиП II-23-81*,
табл.34)
Коэффициент условия работы g wz = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wz
=0,45 R un = 0,45 ×370 = 166,5
МПа
bz g wz R wz =
1,05 1×16,65 = 17,48 кН/см2
Сравнивания полученные величины, находим
(b g w R w)min =
16,2 кН/см2
Высота катета поясного шва должна быть не
менее
=>
![](/image/7448_193_1.png)
![](/image/7448_194_1.png)
kf ≥ 3 мм
По толщине наиболее толстого из
свариваемых элементов (tf = 20мм) по табл. 38 СНиП II-23-81*,
принимаем kf = 6 мм.
6.5.Конструирование и
расчет опорной части балки
Принимаем сопряжение балки с колонной
примыканием сбоку. Конец балки укрепляем опорными ребрами. Опорное ребро
жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра
балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.
Определим площадь сечения ребра на смятие
торцевой поверхности:
;
Rр=327
МПа=32,7 кН/см2;
![](/image/7448_197_1.png)
Принимаем ширину ребра bр=36
см => tр=34,57/36=0,96 см.
Принимаем tp=10мм.
Уточним площадь сечения ребра:
Ар=1·36=36 см2.
Выступающую часть ребра принимаем a=15
мм.
Проверка
ребра на устойчивость.
Ширина
участка стенки, включенной в работу опорной стойки:
Рис. 21
Aw=Aр+twbw=36+1·19=55 см2;
![](/image/7448_199_1.png)
Радиус инерции сечения ребра ;
Гибкость ребра =>
=0,9745(СНиП II-23-81*,табл.72)
Проверка опорного ребра на устойчивость: ![](/image/7448_202_1.png)
19,6<24 кН/см2.
Рассчитаем прикрепление опорного ребра к
стенке балки сваркой электродами Э-42 (табл. 55* СНиП II-23-81*). По
табл. 56* СНиП II-23-81* принимаем Rwf=180 МПа=18
кН/см2, Rwz=0,45Run=0,45·360=162МПа=16,2 кН/см2, βf=0,9,
βz=1,05.
βf Rwf=0,9·18=16,2
кН/см2;
βz Rwz=1,05·16,2=17,01
кН/см2;
Т.к. толщина более толстого элемента 20мм,
то кmin=6мм (табл. 38 СНиП II-23-81*).
Проверяем длину рабочей части шва:
![](/image/7448_203_1.png)
53,55<126 см.
Ребро привариваем к стенке по всей высоте
сплошными швами.
6.6. Конструирование и
расчет сопряжения вспомогательной балки с главной
Сопряжение вспомогательной балки с главной
производится через рёбра жёсткости.
Опорная реакция вспомогательной балки
равна:
![](/image/7448_204_1.png)
Принимаем болты нормальной точности, класс
по прочности – 6,6, диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для
принятого класса прочности Rbs = 230 Мпа.
Расчетные усилия, которые может выдержать
один болт работающий на срез:
Nb = Rbs×gb×A×ns,
где Rbs = 230 МПа,
gb = 1 – коэффициент условия работы,
ns = 1 – число срезов болта.
А = pd2/4 = 3,14×2,02/4 = 3,14см2 – расчетная площадь сечения болта
Nb = 23 × 1 × 3,14 × = 72.22 кН.
Требуемое количество болтов в соединении
![](/image/7448_205_1.png)
Принимаем 5 болтов
Размещаем болты в соответствии с табл. 39
СНиП II-23-81*.
6.7.Конструирование
монтажного стыка главной балки
Для избежания сварки при монтаже,
монтажные стыки сварных балок иногда выполняют на высокопрочных болтах. В таких
стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон,
а стенку - двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть
не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента.
Болты в стыке ставят на минимальных
расстояниях друг от друга: (2,5-3)d болта (при d=24мм удобно иметь шаг 80мм),
чтобы уменьшить размеры и массу стыковых накладок.
Расчет каждого элемента балки ведут
раздельно, а изгибающий момент распределяют между поясами и стенкой
пропорционально их жесткости.
Стык делаем в середине пролета балки, где ![](/image/7448_206_1.png)
Стык осуществляется высокопрочными болтами
из стали 40х «селект»,
имеющей ; обработка
поверхности газопламенная.
- площадь сечения болта по не нарезной части;
- площадь сечения болта нетто (по нарезке).
Несущая способность болта, имеющего две
плоскости трения рассчитывается по формуле:
;
где ;
;
;
;
;
(принимая способ регулирования болта по
углу закручивания – две плоскости трения);
.
Стык поясов:
Каждый пояс балки перекрываем тремя
накладками сечениями и , общей площадью сечения:
;
Определим усилие в поясе:
;
;
.
Количество болтов для прикрепления
накладок рассчитывается по формуле:
.
Стык стенки:
Стенку перекрывают двумя вертикальными
накладками сечением .
Момент, действующий на стенку:
.
Принимаем расстояние между крайними по
высоте рядами болтов:
.
Отсюда, коэффициент стыка:
;
количество рядов болтов к=12. Принимаем 12 рядов с
шагом 100мм.
Проверяем стык стенки:
![](/image/7448_231_1.png)
Проверяем ослабление нижнего растянутого
пояса отверстиями под болты (на
2мм >диаметра болта).
Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю
стыка:
![](/image/7448_233_1.png)
Ослабление пояса можно не учитывать.
Проверяем ослабление накладок в середине
стыка четырьмя отверстиями: ![](/image/7448_234_1.png)
7.Конструирование
и расчет колонны
7.1.Общие сведения
Расчет колонны начинается с определения
нагрузки. Продольная сила определяется по формуле
N=gLB,
где g – полная расчетная
нагрузка на 1м2 перекрытия;
L и B – шаги по сетке колонн.
Выбирается расчетная схема колонны,
которая устанавливается исходя из предполагаемой конструкции базы и оголовка.
В соответствии с принятой расчётной схемой
определяется расчётная длина колонны
![](/image/7448_235_1.png)
Центрально-сжатые колонны и стойки
рассчитываются на прочность и устойчивость.
Прочность проверяют по формуле
а устойчивость по формуле
.
7.2.Конструирование и расчет стержня сквозной колонны
Подбор сечения сквозной колонны
начинается с расчета на устойчивость относительно материальной оси Х. Задаем
гибкость равной 50.
Определяем требуемые площадь
сечения ветви и радиус инерции сечения относительно оси Х.
, ![](/image/7448_239_1.png)
По найденным значениям подбираем
соответствующий им профиль швеллера по сортаменту.
Проверяется устойчивость колонны
относительно свободной оси Y по приведенной гибкости,
учитывающий деформативность решетки.
![](/image/7448_240_1.png)
где - гибкость стержня колонны относительно свободной
оси (для сплошной колонны),
- гибкость ветви на участке между планками.
Для совместной работы швеллеры
необходимо соединить поперечными планками. Расстояние между планками
определяется по формуле:
,
где - гибкость ветви,
- радиус инерции относительно свободной оси 1,
lв –
расстояние между планками в свету.
Элементы соединительной решетки
(планки) и их прикрепление к ветвям рассчитывают на усилие, возникающие в них
от условной поперечной силы:
![](/image/7448_246_1.png)
Условная поперечная сила
распределяется поровну между элементами решетки, лежащими в двух плоскостях.
Соединительные планки
рассчитывают на силу, срезывающую планку:
![](/image/7448_247_1.png)
и на момент, изгибающий планку в
ее плоскости:
![](/image/7448_124_2.png) ![](/image/7448_248_1.png)
Сварные угловые швы,
прикрепляющие планки к ветвям колонны, рассчитывают на совместное действие
усилий в планке:
![](/image/7448_249_1.png)
,
где - напряжение в шве от изгибающего момента,
- напряжение в шве от поперечной силы.
![](/image/7448_254_1.png)
- катет шва,
- расчетная длина шва.
Выбираю сталь С235 Ry=230МПа.
Сбор нагрузок: Таблица 12
Вид нагрузки |
![](/image/7448_257_1.png)
|
![](/image/7448_4_4.png)
|
![](/image/7448_5_10.png)
|
Металло-цементный раствор t=30мм |
0,75 |
1,3 |
0,975 |
Гидроизоляция:2 слоя рубероида на
мастике |
0,1 |
1,3 |
0,13 |
Теплоизоляция: шлако-бетон t=40мм |
0,48 |
1,3 |
0,624 |
Стальной настил t=8мм |
0,628 |
1,05 |
0,6594 |
Балки настила № 18 |
0,2944 |
1,05 |
0,30912 |
Вспомогательная балка №45 |
0,19 |
1,05 |
0,1995 |
Главная балка |
0,53 |
1,05 |
0,5565 |
Полезная нагрузка |
28 |
1,05 |
29,4 |
Итого |
30,9724 |
|
32,85352 |
qн=![](/image/7448_258_1.png)
N=qLB=32.85352*14*5=2299.75
N=2299.75+5КН(вес колонны)=2304.75КН
![](/image/7448_259_1.png)
Принимаю гибкость ;![](/image/7448_261_1.png)
![](/image/7448_262_1.png)
Выбираю швеллер №40
![](/image/7448_263_1.png)
Проверяем общую устойчивость:
![](/image/7448_264_1.png)
Принимаем подобранное сечение.
Так как ![](/image/7448_124_3.png) ,
из конструктивных соображений принимаю (расстояние между швеллерами).
Проверка устойчивости относительно
свободной оси Y
![](/image/7448_267_1.png)
![](/image/7448_268_1.png)
Принимаю ![](/image/7448_269_1.png)
![](/image/7448_270_1.png)
![](/image/7448_271_1.png)
-колонна устойчива в
2х плоскостях.
![](/image/7448_273_1.png)
36>27
Проверяем общую устойчивость:
![](/image/7448_274_1.png)
Условие выполняется. Принимаем подобранное
сечение.
7.3.Расчет и расстановка
поперечных планок
![](/image/7448_275_1.png)
Условная поперечная сила равна
![](/image/7448_276_1.png)
![](/image/7448_277_1.png)
Сила, срезывающая планку:
![](/image/7448_278_1.png)
Момент, изгибающий планку в ее
плоскости:
![](/image/7448_124_4.png) ![](/image/7448_279_1.png)
Сварные угловые швы рассчитывают
на совместное действие усилий в планке.
Сварка полуавтоматическая в среде
углекислого газа.(СВ-08Г2С, Э 42)
Принимаю катет шва ![](/image/7448_280_1.png)
![](/image/7448_281_1.png)
![](/image/7448_282_1.png)
![](/image/7448_284_1.png)
11.92<![](/image/7448_286_1.png)
Условия выполняются
7.4.Конструирование и расчет базы колонны.
Конструкция базы должна обеспечивать:
равномерную передачу нагрузки от колонны на фундамент; принятое в расчетной
схеме соединение колонн с фундаментами; простоту монтажа.
Была принята база – с траверсами.
Диаметры анкерных болтов при жестком сопряжении
принимают равным 24-36мм.
После того, как выбран тип базы,
определяют размеры опорной плиты в плане. Для простоты расчета принимаем,
расчетное усилие в колонне N распределяется равномерно базой колонны по всей
площади контакта с фундаментом.
Определяем вес колонны:
![](/image/7448_287_1.png)
![](/image/7448_288_1.png)
Требуемая площадь плиты
![](/image/7448_289_1.png)
Ширина базы с траверсами:
;
Втр=380мм
tтр=10мм
c=40мм
Впл=480мм
Принимаем 500мм
Длина плиты:
![](/image/7448_124_5.png) ![](/image/7448_291_1.png)
Принимаем длину 650мм
![](/image/7448_292_1.png)
Принимаем размеры плиты 500×650 мм.
В зависимости от конструкции базы опорная
плита может иметь участки с опиранием на четыре или три канта, на два канта и
консольные.
Изгибающие моменты для участков с
опиранием на четыре канта определяем по формуле
![](/image/7448_293_1.png)
q=N/Aпл – давление на 1см2 плиты;![](/image/7448_294_1.png)
а – короткая сторона участка плиты;![](/image/7448_295_1.png)
ά – коэффициент, зависящий от
отношения более длинной стороны к более короткой.
Для участка, опирающегося на три канта
Изгибающий момент на консольном участке плиты
определяется по формуле
![](/image/7448_297_1.png)
По наибольшему из найденных для различных
участков плиты изгибающих моментов определяют требуемую толщину плиты по формуле
![](/image/7448_298_1.png)
Принимаем толщину 34 мм
Усилие стержня колонны передается на
траверсу через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы.
Траверсы приваривают к полкам колонны
наружными швами
![](/image/7448_299_1.png)
Принимаем 30 см
Швы между опорной плитой сварной колонны и
траверсой рассчитывается на полное усилие, действующее в колонне.
![](/image/7448_300_1.png)
Принимаю катет шва ![](/image/7448_301_1.png)
Крепление базы к фундаменту.
При жестком сопряжении колонны с фундаментом необходимы
анкерные болты для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в
процессе монтажа. Принимаем четыре анкерных болта диаметром d =
24 мм.
7.5. Расчет
оголовка колонны.
Определим размеры столика, привариваемого к колонне для
крепления главной балки сбоку.
Определим требуемую высоту катета Кf.
Катет шва принимаем k=8
мм (СНиП II-23-81*, табл.38)
1.Расчет по металлу шва.
Коэффициент глубины провара шва bf =0,9 (СНиП II-23-81*, табл.34)
Коэффициент условия работы g wf = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wf
=220 МПа
bf g wf R wf =
0,9× 1×18=16,2см2.
2. Расчет по металлу границы сплавления.
Коэффициент глубины провара шва bz =1,05 (СНиП II-23-81*,
табл.34)
Коэффициент условия работы g wz = 1 (СНиП II-23-81*, пп. 11.2)
Расчетное сопротивление металла R wz
=0,45 R un = 0,45 ×360 = 162 МПа
bz g wz R wz =
1,05× 1×16,2 = 17,01кН/см2
Сравнивания полученные величины, находим
(b g w R w)min =
16,2см2
Примем ширину столика 360 м из конструктивных
соображений. Найдем длину шва:
![](/image/7448_302_1.png)
![](/image/7448_303_1.png)
![](/image/7448_304_1.png)
Принимаем высоту столика 370 мм.
Список используемой
литературы:
1.
СНиП 2-23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой СССР.- М.:
ЦИТП Госстроя СССР, 1990.-96с.
2.
Примеры расчета металлических
конструкций: Учеб. Пособие для техникумов.-2-еизд., перераб. и доп.- М.:
Стройиздат, 1991.-431с.: ил.
3.
Металлические конструкции. Общий
курс.: Учебник для вузов/ Е.И.Беленя, В.А. Балдин и др. ; Под общей ред. Е. И.
Беленя. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат , 1986. – 560с., ил.
4.
Учебное пособие. Конструирование и расчёт
балочной площадки промышленного здания. – Шагивалеев К. Ф., Айгумов М.М. –
Саратов: СГТУ, 2004. – 51с.
|