Содержание

Исходные данные

Расчёт стального настила

Расчёт балок настила

Подбор сечения главной балки

Изменение сечения балки по длине

Проверка прочности, общей устойчивости и прогиба сварной балки

Расчёт соединения поясов балки со стенкой

Расчёт стыка балок

Расчёт опорного ребра

Расчёт колонн

Расчёт базы колонны

Расчёт траверсы

Расчёт оголовка колонны

Список литературы

Исходные данные

Шаг колонн в продольном направлении L = 12 м

Шаг колонн в поперечном направлении l =5,25 м

Габариты площадки в плане 3L×3l

Отметка верха настила 8,5 м

Строительная высота перекрытия 1,8 м

Временная равномерно распределённая нагрузка P = 20 кН/м²

Материал конструкции:

настила – сталь С-235;

балок настила – сталь С-245;

главных балок – сталь С-255;

колонн – сталь С-235;

фундаментов – бетон класса В-15;

Допустимый относительный прогиб настила ;

Тип сечения колонны: сплошная

Р асчет стального настила

Сталь настила С-235

Принимаем шаг балок настила = 1,2 м.

Принимаем толщину стального настила по ГОСТ 19903-74* =1,2 см.

Собственный вес стального настила: кН/м²

Вычисляем нормативную нагрузку на 1 см полосы настила шириной b = 1 м:

кН/м

Определяем толщину настила:

Принимаем толщину стального настила (по ГОСТ 19903-74) = 1,6 см.

Проверяем настил на прогиб:

Определяем предельный пролет настила:

Расчёт балок настила

– для временной нагрузки, – для постоянной нагрузки

Материал балок настила сталь марки С-235.

Характеристики

Здесь – коэффициент учета пластичности, .

По сортаменту подбираем двутавр № 33 с характеристиками:

= 597 см3 = 9840 см4 P = 42,2 кг/см h = 330 мм

см2 см2

b = 140 мм

s = 7 мм

t = 11,2 мм

Вновь рассчитываем балку с учётом её веса:

кН/м

кН*м

Условие прочности выполняется.

Недонапряжение

Проверим полученную балку на жёсткость по нормативной нагрузке:

Условие выполняется.

Подбор сечения главной балки

Рис. 1.

а) расчетная схема, б) сечение балки.

Определяем нормативную и расчётную нагрузки на балку:

кН/м

кН/м

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета

кН*м

Поперечную силу на опоре

кН

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки, первоначально принимая С₁ = 1,12:

см³

Определяем оптимальную высоту балки, предварительно задав ее высоту и рассчитав толщину стенки мм

Принимаем толщину стенки = 12 мм.

см,

где = 1,15 – для сварных балок.

Полученные высота и толщина стенки находятся в рекомендованных пределах.

Минимальную высоту определяют по формуле:

Строительную высоту балки не определяем, так как максимально возможная высота перекрытия не ограничена по заданию.

Сравнивая полученные высоты, принимаем высоту балки, близкую к минимальной .

Проверяем принятую толщину стенки из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре:

,

где

Чтобы не применять продольных ребер жесткости, определяем толщину стенки из условия местной устойчивости пластин:

Сравнивая полученные значения толщины стенки, принимаем = 6 мм.

Уточняем оптимальную высоту балки:

см

Окончательно принимаем высоту балки 110 см.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:

см⁴

Находим момент инерции стенки балки, принимая толщину поясов мм:

см⁴,

где .

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

см⁴

Момент инерции поясных листов балки относительно её нейтральной оси

, где — площадь сечения пояса.

Моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости пренебрегаем. Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки

см²

где см.

Принимаем пояса из универсальной стали 360х10 мм (по ГОСТ 82-70 с изм.), для которой находится в пределах рекомендуемого отношения. Уточняем принятый ранее коэффициент учета пластической работы с₁ исходя из отношения :

см²;

см²;

По приложению №8 принимаем с = 1,06.

Проверяем принятую ширину (свес) поясов, исходя из их местной устойчивости:

Проверяем несущую способность балки, исходя из устойчивости стенки в области пластических деформаций балки в месте действия максимального момента, где Q и σ=0:

где

Подобранное сечение балки проверяем на прочность. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки:

см⁴

см³

Наибольшее нормальное напряжение в балке:

Недонапряжение составляет:

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и имеет недонаприяжение 5%.

Расчет изменения сечения сварной балки по длине

Рис. 2.

а) место изменения сечения; б) проверка приведенных напряжений.

Место изменения сечения принимаем на расстоянии 1/5 пролета от опоры. Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Разные сечения поясов соединяем сварным швом встык электродами Э42 без применения физических методов контроля, т.е. для растянутого пояса . Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:

м;

Подбор измененного сечения ведем по упругой стадии работы материала. Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

см³

см⁴

Определяем требуемый момент инерции поясов:

см⁴

Требуемая площадь сечения поясов:

см²

Принимаем пояс 360х8 мм, см². Принятый пояс удовлетворяет рекомендациям , , и . Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:

см⁴

см³

Максимальное напряжение в уменьшенном сечении:

Проверка прочности, общей устойчивости и прогиба сварной балки

Проверка прочности балки

Проверяем максимальные нормальные напряжения в поясах в середине балки:

Проверяем максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:

где статический момент полусечения балки

см³

Ввиду наличия местных напряжений, действующих на стенку балки, надо проверять совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений на уровне поясного шва (см. рис.2) под балкой настила, по уменьшенному сечению вблизи места изменения сечения пояса. Так как под ближайшей балкой настила будет стоять ребро жесткости (см. рис.4), которое воспримет давление балок настила, и передачи давления на стенку в этом месте не будет, поэтому проверяем приведенные напряжения в сечении 1–1 — месте изменения сечения балки (где они будут максимальны):

см³

Проверки показали, что прочность балки обеспечена.

Проверка общей устойчивости балки

Проверяем общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет l₀ — расстояние между балками настила.

В середине пролета балки, где учтены пластические деформации,

и ;

где , так как и .

В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго и )

Обе проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

Проверка прогиба (второе предельное состояние) балки может не производиться, так как принятая высота балки больше минимальной h = 11 0 см >h_min=98,9 см.

Соединение поясов балки со стенкой

Рассчитаем поясные швы сварной балки. Так как балка работает с учетом пластических деформаций, то швы выполняем двусторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св—0,8 А. Определим толщину шва в сечении под первой от опоры балкой настила, где сдвигающая сила максимальна.

По прил. 2 определяем и по прил. 1 – , по табл. 34* СНиП II-23-81* определяем . Далее определяем более опасное сечение шва.

см³

Принимаем по табл. 38* СНиП II-23-81* минимально допустимый при толщине пояса мм шов мм, что больше получившегося по расчету .

Стыки балок

Монтажный стык делаем на высокопрочных болтах в середине пролета балки.

Рис. 5. Монтажный стык сварной балки.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 20 мм из стали 30X3МФ, имеющей ; обработка поверхности газопламенная ( ). В данном соединении учитывается передача усилий через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям элементов.

Расчётные усилия, которые воспринимаются болтом с учётом трения: