Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Ширина пояса балки должна соответствовать ширине листа универсальной стали по сортаменту и быть не менее:

мм; ; ,

где b_f – 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:

2.1.8. 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 k_f 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 R_wf=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 (t_f=22 мм) по табл. 38 СНиП II – 23 – 81* принимаем k_f= 7 мм.

2.1.9. Проверка устойчивости сжатой полки балки

Устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки b_ef к ее толщине t_f не превышает предельного значения [Стр.34, табл. 30 СНиП II – 23 – 81*]:

, где расчетная ширина свеса полки b_ef равна:

мм;

Так как устойчивость поясного листа обеспечена.

2.1.10. 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 2h_W. Условная гибкость стенки определяется по формуле . Ширина ребра b_h 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 b_h=100 мм.

Толщина ребра:

Принимаем t_S = 8 мм.

Поперечные ребра жесткости

2.1.11. Расчет опорного ребра жесткости главной балки

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=R_A=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 k_f= 6 мм.

2.1.12. 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: R_bs=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*; n_S=1 – число срезов болта;

см² – расчетная площадь сечения болта.

б) на смятие

кН,

где R_bp =450 МПа – расчетное сопротивление на смятие для стали при R_un=370 МПа по табл. 59 СНиП II – 23 – 81*; мм – толщина ребра жесткости.

Сравнивая результаты расчетов по пунктам а и б, выбираем меньшее: N_b,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 R_A): 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: (а_min=2d=44 мм, а_max=8t=64 мм); по b: (b_min=2,5d=55 мм, b_max=24t=192 мм); по а₁: а₁ 1,5d= 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 Q_MAX=R_A=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); g_r=4,119 кН/м – вес погонного метра главной балки; L_B=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-h_СТР=8,50-1,64=6,86 м. Заглубление фундамента принимается в интервале h_Ф=0,6…0,8 м. Принимаем h_Ф=0,6 м.

Геометрическая длина колонны:

L=НГБ+h_Ф=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 h_W назначаем так, чтобы выполнялось условие h b_f, h_W=530 мм. Назначив толщину t_W=8 мм, получаем площадь сечения стенки: А_W=42,4 см². Свес полки:

мм.

Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:

см².

см. Принимаем t_f=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)+G_k=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 h_W назначаем так, чтобы выполнялось условие h b_f, h_W=420 мм. Назначив толщину t_W=10 мм, получаем площадь сечения стенки: А_W=42 см². Свес полки:

мм.

Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:

см².

см. Принимаем t_f=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)+G_k=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 b_P=60 мм, толщина мм; принимаем t_P= 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 k_f=6…8 мм. Принимаем катет сварного шва равным k_f=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 L_{ПЛ 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 L_ПЛ=650 мм, так как L_{ПЛ ТР} > L_{ПЛ MIN}.

Получаем размеры плиты базы в плане L_ПЛ х B_ПЛ=650 х 540 мм с площадью A_ПЛ=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:

B_Ф=В_ПЛ+20 см=54+20=74 см;

L_Ф=L+20 см=65+20=85 см.

Площадь A_Ф=

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=b_f=0,42 м.

Так как , расчет выполняем как консоли:

На третьем участке

где =0,125 при По наибольшему моменту на участках M_MAX=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 k_f=10 мм:

.

Здесь прочность по металлу шва МПа, по металлу границы сплавления МПа, где МПа. Нормативное сопротивление R_un=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 L_W=0,45 м. По сортаменту универсальной стали принимается высота листа траверсы h_TP=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 k_{f min}=8 мм. Принимаем k_f=13,5 мм.

Приварку торца стержня колонны к опорной плите базы выполняем конструктивными швами k_f=8 мм.

Крепление базы к фундаменту.

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:

t_ПЛ= 25 мм (t_ПЛ=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; b_ОП=0,28 м – ширина опорного ребра балки.

Принимаем толщину ребра t_r=25 мм. Ширина ребра должна быть не менее мм. Принимаем ширину парных ребер равными b_h=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 t_W – толщина стенки колонны. Длина сварного шва не должна быть более

Принимаем катет k_f=12 мм и высоту ребра h_r=0,48м.

Так как стенка колонны тоньше примыкающих ребер (t_w=10 мм< t_r=25 мм), стенку проверяем на срез:

Вывод: 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 t_W=16 мм.

Торец колонны фрезеруется, и поэтому толщина швов, соединяющих опорную плиту со стержнем колонны и ребрами, назначается конструктивно, равной k_f=8 мм. С целью укрепления стенки колонны и вертикальных ребер от возможной потери устойчивости снизу вертикальные ребра обрамляются горизонтальными ребрами толщиной t_p=8 мм.

Исходные данные для проверки расчета колонны сплошного сечения на ЭВМ

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.

Характеристики

Список файлов курсовой работы