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

Текст из файла (страница 3)

Момент инерции стенки:

Требуемый момент инерции полок:

J_тр = J_{тр max} - J_W,

где J_{тр max} определим по двум значениям из условий

а) прочности J_тр = 0,5W_тр h = 0,58848,2127,6 = 564512,2 см⁴

б) жесткости J_тр = 530132 см⁴

J_тр = 564515,2 - 158885 = 405630,2 см⁴

Требуемая площадь сечения полки:

Толщина стенки из условия обеспечения ее местной устойчивости:

В расчете было принято 1,8 см, что больше t_f = 1,42 см.

Ширину полки назначаем из условия или b_f = 427 …256 мм. Принимаем b_f =360 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту. Уточним собственный вес балки по принятым размерам.

Площадь поперечного сечения:

А = 2А_f + А_W = 2 1,8 36 + 1,0124 = 253,6 см²

Вес погонного метра балки:

g_г = _S А = 77 0,025361,03 = 2,01 кН/м,

где _S= 77 кН/м - удельный вес стали;

= 1,03 - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер жесткости и сварных швов.

Вес главной балки на участке между вспомогательными балками:

G_г = g_г L_бн = 2,01 2,5 = 5,025 кН

Уточним нагрузки на балку, полученные в табл.5.

Нормативная Р_n + G_n = 210,0 + 13,25 + 5,025 = 228,275 кН

Расчетная Р + G = 252 + 13,9 + 5,33 = 271,23 кН

Уточним усилия. Изгибающие моменты от нормативных и расчетных нагрузок

Мⁿ _max = 4,5(G_n +P_n )L_бн = 4,5228,2752,5 = 2568,09 кНм

М_max = 4,5(G+P)L_бн = 4,5271,232,5 = 3051,4 кНм

Перерезывающая сила на опоре

Q_max = 3(G+P)= 3271,23 = 813,69 кН

Геометрические характеристики сечения балки

Момент инерции

Момент сопротивления

Найдем отношение площадей полки и стенки

Найдем коэффициент с = 1,118. Т.к. в балке имеется зона чистого изгиба, принимаем с₁ = с_1m = 0,5(1+с) = 1,059

2.2.2. Проверка прочности главной балки

1) Нормальные напряжения

R _с =379,5 МПа

Недонапряжение не должно превышать 5% : (379,5-357,6)100% /379,5 = 5,1%

2
) Касательные напряжения (проверяются в месте крепления опорного ребра без учета работы на срез полок

R_{S с} = 0,583451=200,1 МПа - проверка удовлетворяется

2.2.3. Проверка прогиба главной балки.

- условие жесткости балки удовлетворяется.

2.2.4. Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок.

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

h= t_Н + h_бн + h_в + h_г = 6 + 100 + 392 + 1276 = 1774 мм

Р анее была найдена наибольшая строительная высота перекрытия h_c,max = =1,8 м. Принимаем пониженное сопряжение вспомогательной и главной балок.

2.2.5. Изменение сечения главной балки.

С целью экономии материала 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: 17,5/6 = 2,92 м. Ширина пояса балки b`_f должна соответствовать ширине листа универсальной стали по сортаменту и быть не менее

b`<sub>f</sub> 180мм, b`_f 0,1h; b`_f 0,5 b_f ,

т.е., 0,1h=127,6 мм; 0,5 b_f = 0,5360 = 180 мм.

По сортаменту принимаем b`_f = 200 мм.

Геометрические характеристики сечения балки на приопорных участках:

- площадь сечения

А = 2А_f + А_W = 2201,8+1,0124 = 196 см²

• момент инерции

- момент сопротивления

- статический момент полки относительно оси Х-Х

S_Х = t_f b_f(0,5h_W + 0,5t_f) = 1,8 20 0,5(124+1,8) = 2264,4 см³

- статический момент полусечения относительно оси Х-Х

S _Х = S_f +0,125 t_W h²_W = 2264,4+0.125124²1 = 4186,4 см³

Расчетные усилия в месте изменения сечения.

Изгибающий момент

М= R_а 2,92 - (G+Р)(2,92-1,25)=3(G+Р) 2,92-1,67(G+Р) = 7,09 (G+Р) = 7,09 271= 1923,0 кН

Перерезывающая сила

Q = Q_max - (G+P)= 813,69 - 271,23 = 542,46 кН

Проверка напряжений

а) в месте изменения сечения

- максимальные нормальные напряжения

- касательные напряжения в стенке под полкой

< R_Sc = 0,58 315 1= 182,7 МПа

- приведенные напряжения под полкой

1,15 R _c = 1,15 345 = 396,75 МПа

_red < 1,15 R _c

2.2.6. Расчет поясных сварных швов.

Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины

,

Для стали С375 по табл. 55^* СНиП II-23-81^* принимаем сварочную проволоку Св-10НМА для выполнения сварки под флюсом АН-348-А.

Определим требуемую высоту катета К_f поясного шва "в лодочку".

1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва _f =1,1 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы _wf = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wf =240 МПа

_{f wf} R _wf = 1,1 1240 = 264 МПа

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва _z =1,15 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы _wz = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 490 = 220,5 МПа

_{z wz} R _wz = 1,1 1220,5 = 253,6 МПа

Сравнивания полученные величины, находим

( _w R _w)_min = 253,6 МПа

Высота катета поясного шва должна быть не менее

k_f ≥ 0,8 мм

По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (t_f = 18 мм) по табл. 38 СНиП II-23-81^*, принимаем k_f = 7 мм.

2.2.7. Проверка на устойчивость сжатой полки.

Устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки b_ef к ее толщине t_f не превышает предельного значения: , где расчетная ширина свеса полки b_ef равна:

Т.к. 9,72 ‹ 12,8, устойчивость поясного листа обеспечена.

2.2.8. 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

.

П ри _w 3,5 необходима проверка устойчивости стенки с установкой ребер жесткости с шагом не более 2h_w = 2124 = 248 см.

Т.к. сопряжение балок выполняется в пониженном уровне, установку поперечных ребер предусматриваем с шагом 2,0 м.

Ширина ребер должна быть не менее

Принимаем b_h = 100 мм.

Толщина ребра

Принимаем t_S = 8 мм.

Проверка устойчивости стенки балки во втором отсеке в месте изменения сечения.

Критические нормальные напряжения

;

По табл. 21, 22 СНиП II-23-81^* определяем при = и = , с_cr = 35,5

Критические касательные напряжения

Нормальные и касательные напряжения в верхней фибре стенки

а) нормальные = _х,а = 268,67 МПа;

б) касательные = Q/(t_wh_w) = 542, 46 10^-3/(0,011,24) = 43,75 МПа.

Проверка устойчивости стенки

.

Проверка устойчивости стенки балки в первом отсеке (на расстоянии 125 см от опоры).

Изгибающий момент

М = R_A 1,25 = 817,58 кНм.

Нормальные и касательные напряжения

Проверка устойчивости стенки

Проверка устойчивости удовлетворяется.

2.2.9. 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

, где N = R_A = 817,58 кН – опорная реакция;

R_P = R_un/_m = 490/1,025 = 478 МПа – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности; b = b_f = 20 см – ширина опорного ребра.

Принимаем толщину опорного ребра t = 10 мм, а опорный выступ а = 14 мм <1,5t = 1,510 = 15 мм.

Проверка ребра на устойчивость.

Площадь расчетного сечения ребра:

,

где .

Радиус инерции сечения ребра

Гибкость ребра .

Условная гибкость .

К оэффициент продольного изгиба при _Х = 1,136

.

Проверка опорного ребра на устойчивость:

Расчет катета сварных швов крепления ребра к стенке балки:

По толщине более толстого из свариваемых элементов принимаем катет шва K_f = 5 мм.

2.2.10. Расчет болтового соединения

Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется поэтажно.

При пяти грузах в пролете опорная реакция вспомогательной балки равна

R_A = 3,5 (G+P) = 3,533,248 = 116,4 кН

Принимаем болты нормальной точности (класс В), класс по прочности – 4,6, диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности R_bs = 150 Мпа.

Расчетные усилия, которые может выдержать один болт:

а) на срез

N_bs = R_bsbAn_s,

где R_bs = 150 МПа,

_b = 0,9 – коэффициент условия работы,

n_s = 1 – число срезов болта.

А = d²/4 = 3,14²2,0²/4 = 3,14 см² – расчетная площадь сечения болта

N_bs = 150 10³ 0,9 3,14 10^-4 = 42,39 кН.

б) на смятие

N_b = R_{bр b} d t_min,

где _b = 0,9;

R_bр = 690 МПа – расчетное сопротивление на смятие для стали при R_UM = 490 МПа

t_min = 10 мм – толщина стенки балки и ребра.

N_b = 690 10³ 0,9 20 10^-3 10 10^-3 = 124,2 кН.

Сравнивая результаты, принимаем меньшее N_bs,min = 42,39 кН.

Требуемое количество болтов в соединении

Принимаем 3 болта диаметром 20 мм, диаметр отверстия D=22 мм.

Проверка касательных напряжений в стенке вспомогательной балки с учетом ослабления отверстиями диаметром 22 мм под болты, а также с учетом ослабления сечения балки из-за вырезки полки в стыке, выполняется по формуле:

где Q_max = R_A = 93,68 кН

h_W = h – 2t_f = 39,2 - 21,05 = 37,1

= b/(b-d) = 146/(146 – 22) = 1,18 – коэффициент ослабления сечения

Проверка удовлетворяется.

Расход стали на перекрытие

2.3. Проектирование колонны сплошного сечения

2.3.1. Расчетная длина колонны и сбор нагрузки

НГБ = ОВН - h_стр

НГБ = 8,4 – 1,774 = 6,626 м

Заглубление фундамента h_ф = 0,7 м.

Геометрическая длина колонны

L = НГБ + h_ф = 7,326 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 длина колонны определяется при = 1:

L_ef = L = 1 7,326 = 7,326 м.

Грузовая площадь А_гр = L_Г L_В = 17,5 7 = 122,5 м².

Сбор нагрузки на колонну

Таблица 6

2.3.2. Подбор сечения колонны

Выполним расчет относительно оси Y, пересекающей полки. Гибкость колонны _у = 89,3. Находим _у = 0,50.

Требуемая площадь сечения колонны А_тр = 115,2 см².

Требуемые радиус инерции и ширина полки

Ширина полки находится из соотношения i_Y 0,24b_f .

b_f = 36 см – принимаем ширину полки, в соответствии с сортаментом прокатной стали.

Высоту стенки h_W назначаем так, чтобы удовлетворялось условие h b_f, h_W = 360 мм. Назначив толщину t_W = 1,2 см, получим площадь сечения стенки: А_W = 43,2 см². Свес полки:

b_ef = 0,5(b_f – t_W) = 0,5(360-12) = 17,4 см.

Предельное значение b_ef = 17,5 см – находится из условия возможности применения автоматической или полуавтоматической сварки. Т.к. величина свеса полки меньше предельной, условие технологичности сварки выполняется.

Геометрические характеристики сечения.

Площадь сечения:

А = 0,5 (А_тр – А_W) = 115,2 см².

Момент инерции:

Радиус инерции:

Гибкость:

Приведенная гибкость:

Коэффициент продольного изгиба:

Включаем в нагрузку вес колонны:

G_к = АL_f = 77 115,2 10^-47,3261,11,05 = 7,5 кН

Полная расчетная нагрузка G_p = 1962,5 кН

Проверка колонны на устойчивость.

Недонапряжение составляет 1,2%.

Проверка предельной гибкости.

_U=180 - 60 =180 – 60 0,987 = 120,78

где

Т.к. _Y = 89,3 < _U = 120,78, проверка гибкости проходит.

2.3.3. Проверка устойчивости полки и стенки колонны.

Отношение свеса полки к ее толщине:

Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки равно 17,72. Т.к. , устойчивость полок обеспечивается.

Проверим устойчивость стенки по условию .

; ; _UW = 1,2+0,35 = 1,2+0,35 3,65 = 2,5

Принимаем 2,3.

30 < 56,2 – устойчивость стенки колонны обеспечена.

Т.к. , то поперечные ребра жесткости по расчету устанавливать не требуется.

По конструктивным соображениям принимаем на отправочном элементе два парных ребра. Назначим размеры парных ребер: ширина b_P = h_W/30 + 40 мм = 36/30 + 40 = 41,2. Принимаем b_P =50 мм.

Толщина t_P b_P/12 = 50/12 = 4,2 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, назначаем конструктивно толщиной катета k_f = 6 мм.

2.3.4. Расчет базы колонны.

База колонны, состоящая из опорной плиты и траверс, крепится к фундаменту анкерными болтами.

Размеры плиты базы.

Ширину плиты назначаем по конструктивным соображениям:

В_пл = b_f + 2t + 2c = 360 + 2 10 + 2 50 = 480 мм

Длина плиты минимальная по конструктивным соображениям:

L_{пл min} = h +2c = 380 + 2 50 = 480 мм.

Учитывая стандартные размеры листов, назначаем L_пл = 480 мм.

Проверим достаточность размеров плиты в плане расчетом из условия смятия бетона под плитой. Класс бетона фундамента В12,5. Расчетное сопротивление бетона смятию при коэффициенте условия работы _в = 1,2:

R_в,loc = _вR_вв1 = 1,2 7,5 0,9 = 8,1 МПа

Требуемая длина плиты по расчету:

Принимаем по сортаменту универсальной стали L_пл = 530 мм.

Получаем размеры плиты базы в плане

L_пл В_пл = 530 480 мм с площадью А_пл = 0,25 м².

Назначаем размеры верхнего обреза фундамента

В_ф = В_пл + 20 см = 48 + 20 = 68 см

L_ф = L_пл + 20 см = 53 + 20 = 73 см

Площадь А_ф = 0,50 м²

Уточним коэффициент

Уточним сопротивление бетона смятию

R_в,loc = 1,26 7,5 0,9 = 8,51 Мпа

Проверим бетон на смятие под плитой базы:

- проверка удовлетворяется

Расчет толщины плиты базы.

Выделим три участка плиты с характерными схемами закрепления.

Изгибающие моменты в плите на участках:

на I участке

М₁ = _Р в²

в = 50 мм; = 0,5; _Р = 7,85 Мпа

М₁ = 0,5 7,85 10³ 0,05² = 9,81 кНм

на II участке

Отношение сторон а/в = 0,075/0,36 = 0,208

Т.к. отношение сторон меньше 0,5, выполняем расчет как для консоли

М₂ = 0,5 7,85 10³ 0,075² = 22,08 кНм

на III участке

Отношение сторон 2,07, отсюда = 0,125

М₃ = 0,125 7,85 10³ 0,174² = 2,971 кН

По наибольшему моменту на участке М_max = 29,71 кН.

Определим требуемую толщину плиты:

, где _С = 1,0

По сортаменту принимаем плиту толщиной 25 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

Прочность по металлу шва _fWfR_Wf = 0,7 1 240 = 168 МПа (СНиП, табл. 51).

В соответствии с требованиями СНиП, расчетная длина флангового шва должна быть не более 85_fk_f = 85 0,7 0,01 = 0,6 м, в расчете l_W = 0,30 м. По сортаменту универсальной стали принимаем h_тр = 400 мм.

Расчет катета сварного шва крепления траверсы к плите.

При вычислении суммарной длины швов учитывается непровар по 1 см на каждый шов.

l_W = 2(2L_пл – h) - 23 = 2(256 – 38) –6 = 142 см.

Требуемый по расчету катет:

В соответствии с табл. 38 СНиП при толщине плиты 25 мм минимальный катет шва равен k_{f min} = 7 мм.

Приварку торца стержня колонны к опорной плите базы выполняем конструктивными швами k_f = 9 мм.

Крепление базы к фундаменту.

При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе 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.

2.3.5. 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 = 20 мм. Требуемая толщина парных ребер из условия работы на смятие:

где N – удвоенная опорная реакция главной балки;

R_P=R_UN/_m = 490/1,025 = 478 МПа – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.

B_оп = 0,20 м – ширина опорного ребра балки.

Принимаем толщину ребра t_Z = 16 мм.

Ширина ребра должна быть не менее b_h 0,5 b_оп + t_пл – 0,5t_W = 0,50,2 + 20 – 0,512 = 114 мм. Принимаем ширину парных ребер b_h = 160 мм вверху и 130 мм внизу.

Высота вертикальных ребер определяется из условия размещения фланговых швов длиной не менее:

Здесь катет шва не может быть более k_f 1,2t_W = 1,2 12 = 14,4 мм.

Длина сварного шва не должна быть более l_{W max} = 85_f k_f = 85 0,7 0,9 10^-2= 0,54 м. Принимаем k_f = 0,9 см и высоту ребра 0,5 м.

Т.к. Стенка колонны тоньше примыкающих ребер (t_W = 12 мм < t_r = 16 мм), стенку проверяем на срез:

Вывод: стенка колонны толщиной 12 мм на срез проходит. 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.

ЛИТЕРАТУРА

1. СниП II-23-81^*.Стальные конструкции/Госстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России, 1998 –96 с.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Под общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1985 – 560 с.

3. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов, 1991 – 431 с.

4. Танаев В.А. Проектирование стальной балочной клетки. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – Хабаровск, 2000 – 71 с.

Характеристики

Список файлов курсовой работы