87546

Конструктивная схема рабочей площадки

Курсовая

Архитектура, проектирование и строительство

Рассчитать и запроектировать следующие наиболее нагруженные элементы рабочей площадки: балку настила из прокатного двутавра; главную балку сварную составную с монтажным стыком на высокопрочных болтах и с поясами переменного сечения; колонну сквозную из двух прокатных швеллеров (двутавров), соединенных планками.

Русский

2015-04-21

13.85 MB

2 чел.

Оглавление

§1. Исходные данные 3

Требуется 3

§2. Разработка схемы балочной клетки 4

§3. Сбор нагрузок на 1 м2 настила 5

§4. Расчет балки настила Б1 6

4.1 Расчетная схема 6

4.2 Сбор нагрузок 6

4.3 Статический расчет 6

4.4 Выбор материала 7

4.5 Подбор сечения 7

4.6 Геометрические характеристики сечения 8

4.7 Проверка принятого сечения 8

§5. Расчет главной балки Б2 10

5.1 Расчетная схема 10

5.2 Сбор нагрузок 10

5.3 Статический расчет 10

5.4 Выбор материала 11

5.5 Подбор основного сечения 11

5.6 Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристик. 15

5.7 Определение места изменения сечения 18

5.8 Проверки принятых сечений 18

5.8.1 По I-ой группе предельных состояний 18

5.8.2 Проверка по 2-ой группе предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации 19

5.9 Проверки местной устойчивости 20

5.9.1 Проверки местной устойчивости пояса. 20

5.9.2 Проверки местной устойчивости стенки. 20

Проверка устойчивости стенки в I отсеке. 22

Проверка устойчивости стенки во II отсеке. 22

Проверка устойчивости стенки во III отсеке. 23

5.10 Расчет поясных швов. 23

5.11 Расчет опорных ребер. 25

5.11.1 Конструкция ребер на опорах А и Б. 25

5.11.2 Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие. 26

5.11.3 Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости перпендикулярной стенке. 26

5.11.4 Расчет сварного шва, соединяющего спарное ребро по оси Б со стенкой. 27

5.12 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах. 28

5.12.1 Общие указания 28

5.12.2 Предварительная разработка конструкции 28

5.12.3 Определение места стыка 29

5.12.4 Расчет стыка стенки 30

5.12.5 Расчет стыка пояса 32

§6. Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке 33

§7. Расчет колонны К1 34

7.1. Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет 34

7.2. Подбор сечений и проверка устойчивости колонны 36

7.2.1. Определение сечений ветвей 36

7.2.2. Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси Х-Х 37

7.2.3. Установления расстояния между ветвями 37

7.2.4. Проверка устойчивости относительно свободной оси У-У 38

7.3. Расчет соединительных планок 38

7.3.1. Установление размеров планок 38

7.3.2. Определение усилий в планках 39

7.3.3. Проверка прочности приварки планок 40

7.4. Расчет базы 41

7.4.1. Определение размеров плиты в плане 41

7.4.2. Определение толщины плиты 41

7.4.3. Расчет траверсы 42

7.5. Расчет оголовка 43


§1. Исходные данные

Шаг колонн в продольном направлении:

L1 =12,5 м , L2=12,5 м

Шаг колонны в поперечном направлении:

l1=7,0 м, l2=7,0 м

Отметка настила площадки: dH=8,5 м.

Минимальная отметка балок допустимая по условиям размещения оборудования под площадкой: dб,min=7,0 м.

Нагрузка полезная нормативная: gн,пол=1,4 т/м2.

Материал балок и колонн – сталь малоуглеродистая.

Состав настила – монолитная железобетонная плита толщиной 10 см и цементная стяжка толщиной 2,5 см.

Материал фундаментов  - бетон В12,5 (М150)

Климатический район – II5 

Требуется 

  1.  Разработать конструктивную схему рабочей площадки.
  2.  Рассчитать и запроектировать следующие наиболее нагруженные элементы рабочей площадки:
    1.  балку настила из прокатного двутавра;
    2.  главную балку сварную составную с монтажным стыком на высокопрочных болтах и с поясами переменного сечения;
    3.  колонну сквозную из двух прокатных швеллеров (двутавров), соединенных планками.

Рисунок 1

§2. Разработка схемы балочной клетки

Рисунок 2

 

Исходя из принципа концентрации материала располагаем главные балки (балки, опирающиеся на колонны) в направлении большого пролета.

В данной работе для сокращения объема, будем принимать шаг балок волевым путем. Для данного примера этот шаг «а» равен 2,5 м.

§3. Сбор нагрузок на 1 м2 настила

Таблица 1. Нагрузка на 1 м2

Нагрузка

Толщина t, м

Объемный вес γ, т/м3

Нормативная нагрузка qH, т/м2

Коэффициенты надежности по нагрузке γf

Расчетная нагрузка q=qH γf, т/м2

1.Постоянная

Собственный вес цементной стяжки

0,025

2,20

0,055

1,3

0,0715

Собственный вес цементной плиты

0,10

2,40

0,240

1,1

0,264

2.Временная полезная

-

-

1,4

1,2

1,68

Итого:

-

-

1,695

2,0155


§4. Расчет балки настила Б1

4.1 Расчетная схема

Расчетная схема представлена на рис.3

Рисунок 3

4.2 Сбор нагрузок

Грузовая площадка настила Б1 показана на рис. 2. Нагрузка на 1 погонный метр балки :

А) нормативная

, где нагрузка от собственного веса 1 погонного метра балки  C.B  принята ориентировочно;

Б) расчетная где γf –коэффициент надежности по нагрузке [2,4].

4.3 Статический расчет

Максимальный расчетный изгибающий момент (в середине пролета)

Максимальный нормативный изгибающий момент

Максимальная расчетная поперечная сила (на опоре)

4.4 Выбор материала

По таблице 50 [1] для балок перекрытий, работающих при статических нагрузках при отсутствии сварных соединений (группа 3) в условиях климатического района II5 выбираем сталь С255 ГОСТ 27772-88.

Ориентировочно принимаем, что толщина полки прокатной балки (двутавра) tf=11÷20 мм

Рисунок 4

расчетное сопротивление по пределу текучести Ry = 2450  кгс/см2.

4.5 Подбор сечения

В соответствии с формулой 39[I]  требуемый момент сопротивления #S

Где  - коэффициент условий работы по табл. 6[1],  - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций и определяемый по пункту 5.18 [1] .

В данном случае в месте действия  и в непосредственной близости , тогда в соответствии с формулой 42[1]  , где С определяется по табл.66 [1] в зависимости от отношения площадей сечений полки (пояса) и стенки  .

Принимаем ориентировочно 0,6, тогда с использованием метода линейной интерполяции .

Наиболее рационально применять тонкостенные высокие «нормальные» двутавры с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 с буквой Б в обозначении (балочные). Во всех случаях критерием для выбора служит минимальная площадь поперечного сечения при выполнении условия .

Принимаем двутавр 45Б1 (нормальный) с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 (см. приложение) с моментом сопротивления .


4.6 Геометрические характеристики сечения

h=445,4 мм

b=180 мм

tw=7,6 мм

tf=11 мм

r=18 мм

А=74,6  мм

вес 1 п.м. – 58,5 кг

Jx=24690 см4

Wx=1110 см3>=1043,6 см3

Высота стенки ;

Расчетная высота стенки  ;

Условия гибкости стенки

,

Где ;

;

;

4.7 Проверка принятого сечения

А) По прочности (I группа предельных состояний) – по 5.18 [I] балки с  

Недонапряжение      

На опоре при этажном сопряжении

При сопряжении в одном уровне

Здесь:

;

0,8 – коэффициент, учитывающий ослабление  болтами при сопряжении балок настила и главной балки в одном уровне.

Б) Так как ,местную устойчивость стенки можно не проверять.

В)Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом (при наличии соответствующих конструктивных элементов, связывающих настил с балкой).

Г) По деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных состояний)

,

где  определяется по таблице 40[1].

§5. Расчет главной балки Б2

5.1 Расчетная схема

Рисунок 6

5.2 Сбор нагрузок

Где коэффициент 1,02 учитывает собственный вес главной балки.

5.3 Статический расчет

При симметричной нагрузке (в нашем случае)

Проверим величину Mmax . Считаем нагрузку распределенной, тогда погонная нагрузка на балку

где 1,04 – коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки и балок настила

что близко к более точному значению

 и свидетельствует об отсутствии грубых ошибок при его вычислении.

 

Эпюры Q  и М даны на рис. 5

5.4 Выбор материала

По таблице 50 [I]для сварных балок перекрытия, работающих при статических нагрузках (группа 2) в условиях климатического района II5 выбираем сталь  С255 по ГОСТ 27772-88.

Ориентировочно принимаем, что толщина полки

По таблице 51[I] для стали С255 при  расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести  .

5.5 Подбор основного сечения

В начале, в учебных целях, расчет производим без учета пластических деформаций.

А) Требуемый момент сопротивления  сечения (см. рис .6)

Б)Задаемся гибкостью стенки   тогда условная гибкость

Рекомендуется предварительно принимать

В)Оптимальная высота балки (при которой площадь сечения будет минимальной)

В данном случае, для балки переменного сечения оптимальная высота (при которой объем балки будет минимальным)

Минимальная высота балки (при которой балка отвечает требованиям жесткости при полном использовании прочностных свойств материала)

 (см. п. 4.2)

Максимальная высота (при которой отметка низа балки ) при этажном сопряжении главных балок и балок настила (см. рис.7а)

,

Где максимальная строительная высота перекрытия

Если   , следует принять этажное сопряжение.

, следовательно этажное сопряжение не проходит.

При сопряжении в одном уровне (см.рис. 7 б)

Принимаем сопряжения главных балок и балок настила в одном уровне.

Рисунок 7

Принимаем  

При этом

Высота стенки

Принимаем  - кратно модулю 5 см

Г) Толщина стенки с учетом принятой гибкости

По условиям коррозионной стойкости

По условию прочности в опорном сечении при работе на сдвиг

где

Принимаем стенку из прокатной широкополосной универсальной стали(ГОСТ 82-70*), если , или из толстолистовой стали (ГОСТ 199-74*), если , так чтобы это значение удовлетворяло всем вышеуказанным требованиям. По сортаменту из этих стандартов  t= 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14 … мм.

Окончательно принимаем стенку из толстолистовой стали толщиной  (ближайший размер по сортаменту к величине  , найденной из условия сохранения предварительно принятой гибкости , при выполнении условия коррозионной стойкости  прочности)

Таким образом стенки

Д)Требуемая площадь пояса

Проверяем найденное значение

Здесь

Сечение пояса принимаем по ГОСТ 82-70*.Приведем ряд значений «b» и «t» по сортаменту из этого стандарта. b= 180, 190, 200, 210, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560… мм.

t=… 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40 … мм.

Необходимо соблюдать следующие требования:

При изменении сечения по ширине (см. рис. 8 а)

,

Рисунок 8

При изменении сечения по толщине (см.рис. 8б)

По условию местной устойчивости

3)

При изменении сечения по толщине

4)

5) Величина tf  должна соответствовать предварительно выбранному диапазону толщин (см. п.5.4). В случае невыполнения последнего условия следует заново определить Ry и уточнить подбор сечения балки.

Принимаем  изменение сечения пояса по ширине. Назначаем tf =20 мм, тогда

Принимаем (ближайший больший размер по сортаменту из ГОСТ 82-70).

При этом удовлетворяются все вышеуказанные условия:

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.   соответствует диапазону 1,1 – 2,0 см.

При назначении размеров  рекомендуется рассмотреть несколько вариантов  и выбрать такой вариант, при котором величина  минимальна.

Стенка

Пояс 71,95 см2.

Е) Геометрические характеристики основного сечения (см. рис.9)

Где Ry – принимается для материала пояса. Момент инерции стенки:

Момент инерции поясов:

Где

Момент инерции основного сечения

Момент сопротивления основного сечения

5.6 Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристик.

В нашем случае ширина измененного сечения

Принимаем (см. выборку из ГОСТ 82-70* в п. 5.5)

Окончательные размеры измененного сечения:

Стенка

Пояс

Геометрические характеристики измененного сечения (см. рис.9)


Статический момент пояса

Статический момент половины сечения

Момент инерции измеренного сечения

Момент сопротивления измененного сечения


Таблица 2  Геометрические характеристики сечений (см.рис.10)

Сечение

Af, см2

Аw , см2

А, см2

λW

Sf, см3

S0,5, см3

Jw, см4

2Jf, см4

Jx, см4

Wx, см3

основное

76

130

282

4,44

-

-

183х103

662х103

845х103

12614

измененное

44

130

218

4,44

2904

5016,5

183х103

383х103

566х103

8448

Рисунок 9


5.7 Определение места изменения сечения

Предельный изгибающий момент для измененного сечения в месте стыкового шва пояса

Где Rwy – расчетное сопротивление сварного стыкового шва сжатию, растяжению, изгибу по пределу текучести. Используем полуавтоматическую сварку и физические методы контроля качества шва, тогда  (см. табл. 3 [I])

При отсутствии физических методов контроля качества шва

По эпюре изгибающих моментов (см. рис. 6) определяем, что сечения с изгибающим моментом  равным 207 тм находятся II и IV отсеках (за отсек принимается участок балки между сосредоточенными силами). Найдем положение этих сечений относительно опор А и В (Хлев и Хпр). Уравнение изгибающего момента для II отсека

Аналогично находится величина Хпр (см. рис.6). В нашем случае, при симметричной нагрузке на балку Хлев = Хпр=2,09 м. Убедимся, что эти сечения отстоят от ближайших ребер (границ отсеков) не меньше чем на 10tW : 2,09-2,5=-0,406 м=-40,6 см <10 см

Следовательно

5.8 Проверки принятых сечений

5.8.1 По I-ой группе предельных состояний

А) Проверка прочности основного сечения по нормальным напряжениям в месте действия максимального момента (рис. 10,а).

Рисунок 10


Б) Проверка прочности измененного сечения по касательным напряжениям на опоре (рис. 10,б)

В) Проверка прочности измененного сечения по приведенным напряжениям в месте изменения сечения (рис. 10,в) согласно п. 5.14 [I]

Здесь δ и τ определяются соответственно по М и Q  в месте изменения сечения; коэффициент 1,15 учитывает развитие пластических деформаций

Г) Проверка общей устойчивости балки.

Проверяем условие (37) пункта 5.16 [I] для участка главной балки между балками настила

Где для нашего случая  (рис.9), Ry – расчетное сопротивление для материала пояса.

11,36<15,8

5.8.2 Проверка по 2-ой группе предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации

Здесь 0,9 – коэффициент, учитывающий уменьшение жесткости балки вследствие перемены сечения.

5.9 Проверки местной устойчивости

5.9.1 Проверки местной устойчивости пояса.

По пункту 7.24 [I]местная устойчивость обеспечена, если

Где  - величина неокаймленного свеса (см. рис. 9)

В нашем случае

Устойчивость пояса обеспечена.

5.9.2 Проверки местной устойчивости стенки.

А) Расстановка ребер жесткости (см. пункт 7.10 [I]) Предусматриваем парные поперечные (вертикальные) ребра в местах опирания балок настила и на опорах (см. рис. 12).

При этом расстоянии между ними «а» не должны превышать 2hef при  при . В нашем случае при  расстояние а=250 см

Б) Определение размеров промежуточных ребер (см. пункт 7.10 [I]) Требуемая ширина

Принимаем  (кратно 5 мм)

Рисунок 11

Требуемая толщина ребра

Тогда

При сопряжении в одном уровне (в нашем случае) минимальные размеры ребра ,

Принимаем

В) Проверка местной устойчивости стенки (см. пункты 7.1+7.4, 7.6 [I]).

Рисунок 12

Проверка местной устойчивости требуется при  выполняется по формуле

По таблице 6 [I]

Где Q -  среднее значение поперечной силы на расчетной длине отсека . При  расчетная длина (в пределах наиболее напряженного участка отсека),  при  В случае постоянного сечения балки в пределах проверяемого отсека максимальное нормальное сжимающее напряжение в стенке

Где М – средняя величина момента в пределах расчетной длины отсека.

В случае, когда балка меняет сечение в пределах отсека для упрощения расчета и в запас можно считать, что , где М – момент в месте изменения сечения.

Критические напряжения  определяются в соответствии с п.7.4 [I] .

Проверка устойчивости стенки в I отсеке.

Так как в нашем примере сечение  балки в 1 отсеке постоянно , то М и Q должны быть вычислены на расстоянии .

(см. рис.6)

Вычислим критические напряжения для 1 отсека по формуле 75 [I]:

Где  принимается по таблице 21 [I] и меняется от 30,0 до 35,5. Для упрощения расчета и в запас можно принять

По формуле 76 [I]

Здесь  - отношение большей стороны отсека к меньшей; в данном случае

Где d – меньшая из сторон отсека (в данном случае d=hw=130 см).

Проверяем устойчивость по формуле 74[I]

Местная устойчивость стенки в 1 отсеке обеспечена.

Проверка устойчивости стенки во II отсеке.

В нашем случае во II отсеке балка меняет сечение. В месте изменения  сечения максимальное нормальное  напряжение в стенке (см. рис. 14)

(см. пункт 5.8 в)

(см. пункт 5.8 в)

Так как рассчитываемый отсек имеет те же размеры, что и отсек 1 считаем, что критические напряжения имеют те же значения. Тогда

Рисунок 13

Устойчивость стенки во II отсеке обеспечена.

Проверка устойчивости стенки во III отсеке.

Устойчивость стенки в этом отсеке обеспечена, так как значения δ будет близким к значению δ для II отсека, а величина τ будет меньше.

Устойчивость стенки в крайних отсеках справа следует проверять при несимметричном загружении главной балки.

Примечания:

  1.  Так как проверки показали, что устойчивость стенки обеспечена с запасом (0,675<1) следовало бы принять стенку тоньше, заново определить hопт и подобрать новое сечение. Учитывая ограниченный объем учебной работы, перерасчет можно не делать.
  2.  Если устойчивость стенки в каком либо отсеке не обеспечена, рекомендуем поставить дополнительное ребро (одностороннее) и проверить на устойчивость два получившихся отсека.

5.10 Расчет поясных швов.

Расчет производится согласно пункту 11.16 [I] по формулам:

– по металлу шва (сеч. I-I – рис.15)

– по границе плавления (сеч. 2-2 – рис. 14)

Рисунок 14

В нашем случае: по пункту 12.8[I] катет шва

По табл. 38[I]  при  

Принимаем минимальное возможное значение  

По таблице 34[I] для автоматической сварки в «лодочку» и при диаметре проволоки d=1,4-2 мм и для катета шва  коэффициенты учитывающие форму поперечного сечения шва .

В соответствии с пунктом 11.2[I] коэффициенты условий работы шва

Принимаем материалы для сварки по табл.15[I] для района II5 2-ой группы конструкций стали В Ст 3 пс – флюс АН-348-А (по ГОСТ 9087-81) и сварочную проволоку  СВ – 08 А (по ГОСТ 2246-70*).

По таблице 3[I] расчетное сопротивление углового шва срезу металлу шва

Где нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению  принимается по табл. 4[I], а коэффициент надежности по материалу шва  определяется по таблице 3[I] (примечание 3).

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления

Где временное сопротивление стали  принимается по табл. 51[I]  для более толстого листа, т.к. его прочность меньше.

В соответствии с пунктом 11.2[I]  проверим условие

Условие (*) выполняется, следовательно материалы для сварки подобраны правильно.

Проверим прочность по металлу шва.

 

Где сдвигающее усилие на единицу длины

Таким образом, прочность по металлу шва обеспечена.

Учитывая выполнение условия (*) и положительный результат проверки прочности по металлу шва, можно сделать вывод, что при  расчет прочности по металлу границы сплавления даст заведомо положительный результат.

5.11 Расчет опорных ребер.

5.11.1 Конструкция ребер на опорах А и Б.

Рисунок 15

5.11.2 Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие.

Требуемая ширина ребер bp на опоре по оси А (см. рис. 15)

Принимаем bp = 105 мм (кратно 5 мм). Длина площадки смятия ребра

Требуемая толщина этого же ребра из условия прочности на смятие

Здесь Rp – расчетное сопротивление  смятию торцевой  поверхности при наличии пригонки. По табл. 1[I]  ,где  - временное сопротивление стали разрыву, принимаемое по таблице 51[I] , а - коэффициенты надежности по материалу, определяемый по таблице 2[I]. В нашем случае

Принимаем  (по сортаменту широкополосной универсальной стали – см. пункт 5.5, д).

Назначаем для ребра по оси Б такую же толщину,  , а ширину , тогда площадь смятия для ребра по оси Б будет больше чем по оси А (см. рис.15), и прочность на смятие будет заведомо обеспечена.

5.11.3 Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости перпендикулярной стенке.

В расчетное сечение условной стойки включается сечение ребра и часть стенки шириной 2S на опоре по оси А и S  на опоре по оси Б. На разрезах 1-1 и 2-2 расчетные сечения выделены штриховкой (см. рис. 15)

Проверяем устойчивость ребра по оси Б, т.к. в этом случае расчетное сечение имеет меньшую площадь. Расчетная схема условной стойки представлена на рис. 16.

Рисунок 16

,  ,

(по табл. 72[I]),

5.11.4 Расчет сварного шва, соединяющего спарное ребро по оси Б со стенкой.

По таблице 34[I] принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой диаметром d<1,4 мм при нижнем положении шва, тогда коэффициенты, учитывающие форму поперечного сечения шва, .

В соответствии  с пунктом 11.2 [I] коэффициенты условий работы шва

По таблице 55[I] для района II5, 2-ой группы конструкций и стали В Ст3 пс принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70*.

По таблице 3[I] расчетное сопротивление  углового шва срезу по металлу шва

, где нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению  принимается по табл.4 [I], а коэффициент надежности по материалу шва  определяется по таблице 3[I] (примечание 3).

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления  (по табл. 3[I]), где  временное сопротивление  стали  определяется по табл. 51[I] (для стали В Ст 3 пс 6-1 по ТУ 14-1-302 3-80 при толщине листа (11 – 20 мм)

В соответствии с пунктом 11.2[I] проверим условие

Учитывая выполнение условия (*), а так же то, что , требуемую высоту катета шва kf следует определять по величине Rwf .

Принимаем .

При этом  по табл. 38[I] при tp=16 мм и kf<kf,max=tw1,2=12 мм по п.12.8 [1].

5.12 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах.

5.12.1 Общие указания

При определении места стыка следует исходить из предположения, что по условиям транспортировки балка должна быть разделена на две отправочных марки, так, чтобы разница их длин была минимальной. Тогда расположение стыка определяется по несущей способности сечения, ослабленного отверстиями под болты.

5.12.2 Предварительная разработка конструкции

При высоте балки hδ=0,9 – 1,6 м рекомендуется применять следующие диаметры высокопрочных болтов db:16, 20, 24 мм. Площади сечений нетто Аbn этих болтов соответственно равны 1,57; 2,45 и 3,52  см2 по таблице  62[I]. Принимаем предварительно db=20 мм. Диаметр отверстий под болт d= db+3 мм=20+3=23 мм.

Из конструктивных соображений и унификации толщина каждой из двух накладок для стенки tH принимаются равной толщине стенки tw. Размеры накладок по ширине и длине должны быть минимальными. Размещение болтов производится с учетом допустимых минимальных и максимальных расстояний между центрами болтов и от центра болта до края элемента в соответствии с таблицей 39 [I]. При этом расстояние следует округлять до 5 мм в большую сторону/для минимальных и максимальных расстояний соответственно/.

Зазор между отправочными марками в стыке принимаем равным 10 мм./см. рис. 17/. Число вертикальных рядов в стенке по одну сторону от стыка n=2, минимальное расстояние между ними 2,5d=2,5x23=57,5≈60  мм; расстояние от края стенки или накладки до ближайшего ряда 1,3d=1,3x23=29,9≈30 мм. Шаг болтов по вертикали обычно составляет /4-6/d=/4-6/23=92-138 мм; принимаем его равным 100 мм/кратным 10 мм/. При этом расстояние «с» между крайним болтом в вертикальном ряду и внутренней гранью пояса должно находиться в пределах от 60 до 120 мм.

В нашем случае «с»=100 мм.

Толщина накладок в поясе должна быть больше 0,5tf . Расстояние между внутренними накладками  d1≥40 мм. Площадь сечения накладок должна быть не меньше площади пояса.

Для пояса следует принять четырехрядное расположение болтов, а, если четыре ряда не размещаются в соответствии с требованиями табл. 39[I] /в случае узкого пояса/ - шахматное или двухрядное. Принимаем четырехрядное расположение болтов.

Рисунок 17

5.12.3 Определение места стыка

Момент инерции ослабленного (отверстиями) сечения пояса

То же сечения стенки

где  

Размеры li показаны на рисунке.

Момент инерции ослаблений всего сечения

Момент инерции сечения с учетом ослабления (нетто)

Так как величина , то в соответствии с п. 11.14 [I] условный момент инерции сечения нетто

Условный момент сопротивления

Предельный изгибающий момент в месте монтажного стыка

По эпюре изгибающих моментов (рис. 6) определяем, что сечения с изгибающим моментом, равным предельному (275 тм),находятся в II-м и IV-м отсеке. Принимаем, что стык будет во III-м отсеке. Из уравнения МII  для II-го отсека определим  положение стыка (Хст)

Расстояние от оси стыка до ближайшего поперечного ребра жесткости должно быть не менее 0,5 м. В противном случае следует уменьшить величину . У нас 5-5=0 м<0,5 м. Окончательно принимаем  стык на расстоянии  от левой опоры. Внутренние усилия в месте стыка

 

5.12.4 Расчет стыка стенки

Момент, воспринимаемый стенкой

где,

-момент инерции стенки с учетом ослабления (нетто).

Поперечная сила, воспринимаемая стенкой

Усилие, приходящееся на крайний болт вертикального ряда от момента МW

то же от поперечной силы

где m – число болтов в вертикальном ряду.

Суммарное усилие, приходящееся на крайний болт вертикального ряда

Предельное усилие многоболтового соединения, приходящееся на один болт в соответствии с п.11.13 [I].

Здесь - наименьшее временное сопротивление материала болта разрыву. По табл. 61 [I] можно принять одну из следующих трех марок стали для высокопрочных болтов: 40Х «Селект», 38ХС «Селект» и 30ХЗМФ с величиной  , равной 11000, 13000, 15500 кг/см2 соответственно.

Примем пока наименее прочную и более дешевую сталь 40Х «Селект».

=2 – количество плоскостей трения;

=1,0 – коэффициент условий работы соединения при количестве болтов более 10

- коэффициент трения, принимаемый по табл. 36[I] в зависимости от способа обработки соединяемых поверхностей и равный 0,5; 0,42; 0,35 и 0,25 при металлизации цинком , газопламенном способе. очистке стальными щетками и без всякой обработки соответственно.

Принимаем газопламенный способ обработки.

=1,0 – коэффициент условия работы балки в месте стыка на высокопрочных болтах (табл.6, примечание 4[I]).

=1,12 – коэффициент надежности при газопламенном способе обработки и при регулировании натяжения болтов по моменту закручивания (табл. 36[I]).

Прочность соединения стенки обеспечена.

5.12.5 Расчет стыка пояса

а. Определение числа болтов в стыке пояса.

Момент, воспринимаемый поясами

Продольное усилие в поясе

Требуемое число болтов (по одну сторону от оси стыка)

Принимаем  12 болтов (четное число, большее, чем ).

б. Проверка прочности накладок

Пусть толщина накладок в поясе

Ширина наружной накладки

Ширина внутренней накладки  должна быть не более чем

Принимаем  (кратно 10 мм), тогда

Площадь сечения накладок

Прочность накладок обеспечена.

Окончательно принятую конструкцию монтажного стыка показываем на рис.17

§6. Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке

Так как в пункте 5.5 мы выбрали сопряжение балок настила и главной балки в одном уровне, следовательно, данный параграф следует выполнить и посчитать.

Принимаем по таблице 57 [I], что балке настила присоединяется к ребру главной балки на болтах грубой точности класса 4.6.

Пусть диаметр болтов db=22 мм, диаметр отверстия d= db+3=22+3=25 мм

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом на срез, по формуле 127 [I].

где

- расчетное сопротивление болтового соединения срезу по табл. 58 [I].

- коэффициент условий работы соединения в расчетах на срез согласно поз. 1 табл. 35 [I].

- площадь сечения болта брутто,

- число расчетных срезов одного болта.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом при работе соединения на смятие, по формулеи128 [I].

где - расчетное сопротивление болтового соединения в расчетах на смятие согласно поз.1 табл. 59 [I];

=0,9 – коэффициент условий работы соединения в расчетах на смятие согласно поз.1 по табл. 35 [I] при выполнении требований размещения болтов по табл. 39 [I];

-наименьшая суммарная величина элементов, сминаемых в одном направлении.

где  - толщина стенки балки настила и промежуточного ребра главной балки соответственно.

Количество болтов

где,

R -  величина опорной реакции балки настила,

1,2 – коэффициент, учитывающий влияние защемления в соединениях,

Nmin -  меньшее значение из величин  и .

Принимаем 5 болтов. Конструкция  соединения показана на рис.18.  Так как значения а и b соответствуют требованиям табл. 39 [I],корректировать  значения  при определении  не требуется.

Приближенную проверку стенки балки настила на срез по ослабленному отверстиями и вырезами сечение мы уже производили в п.4.7.  Выполним её более точно.

где

§7. Расчет колонны К1

7.1. Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет

Нагрузка на колонну N  может быть определена как сумма опорных давлений главных балок, опирающихся на колонну К1.

В нашем случае N=2RБ*1,005=2*91,75*1,005=184,4 т

где 1,005 – коэффициент, учитывающий вес колонны. Проверим (приближенно) значение N, определяя нагрузку через грузовую площадь.

где 1,04 – коэффициент, учитывающий вес балок и колонны, q – расчетная нагрузка на 1 м2.

Определим отметку верха колонны. В нашем случае при сопряжении балок в одном уровне.

При этажном сопряжении к выражению в скобках необходимо добавить высоту сечения балки настила hб1

Здесь

dн – отметка настила ( пола) площадки (см.§1), tстяжки и tж/б – принятые ранее (§3) толщины стяжки и железобетонной плиты, hгл. балки – высота сечения главной балки (см. пункт 5.5)

0,015 м – величина выступа опорного ребра главной балки.

Длина колонны

где  - отметка низа колонны. Ориентировочно можно принять=0,4 м

Расчетная схема колонны представлена на рис. 19

Рисунок 19

Расчетные длины относительно обеих главных осей


7.2. Подбор сечений и проверка устойчивости колонны

7.2.1. Определение сечений ветвей

Принимаем сквозную колонну из двух прокатных швеллеров, соединенных планками (см. рис. 20)

Рисунок 20

Марку стали назначаем по таблице 50 [I]. Колонна относится к 3-й группе конструкций. Принимаем сталь В Ст3пс6 по ТУ 14-1-3023-80. По табл. 51 [I] для фасонного проката из выбранной стали при толщине 4÷20 мм Ry= 2450 кг/см. Т.к. ослабления в колонне отсутствуют  (Ам=А), расчет на прочность по формуле 5[I] не требуется; определяющим является расчет на устойчивость по п. 5.3 [I].

Находим сечения ветвей из расчета на устойчивость относительно материальной оси Х-Х.

Задаемся гибкостью  (.  можно определить по формулам – по п.5.3. [I].  Требуемая площадь сечения одного швеллера (одной ветви)

Здесь  =1 по табл. 6[I].  Требуемый радиус инерции.

По сортаменту (ГОСТ 8240-72) определяем, что требуемый профиль находится между № 30У (Ав=40,50 см2, ix=12,00 см) и №36У (Ав=53,40 см2, ix=14,20 см). Принимаем  швеллер №33У Ав=46,50 см2, ix=13,10 см, bf=105см, Jy1=410 см4, iy1=2,97 см, Z0=2,59 см, tw=0,7 см, tf=1,17 см.

7.2.2. Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси Х-Х

где 120 – предельное значение гибкости, определяемое по таблице 19[I], по таблице 72 [I] находим   (по интерполяции). Значение  также можно определить по формуле в соответствии с пунктом 5.3 [I].

При  

 

Недонапряжение  

В данном случае швеллер №33У принят окончательно. Принимаем 2[№33У.

7.2.3. Установления расстояния между ветвями

В основу расчета положено требование равноустойчивости , где  - приведенная гибкость колонны относительно свободной оси У-У.

По таблице 7[I]  , отсюда , где  - гибкость ветви относительно оси У-У. При этом должно соблюдаться условие , так как в противном случае возможна потеря устойчивости колоны в целом. Отсюда и из выражения (*) следует, что

Принимаем  , тогда

Требуемый радиус инерции

Требуемое расстояние между центрами тяжести ветвей

Требуемая ширина колонны

Проверим полученный результат определив  по приближенной формуле

здесь α – коэффициент, зависящий от формы сечения.

Принимаем bk=36 см (больше и кратно 1 см). Зазор между ветвями d не должен быть менее 10,0 см.

Оставляем принятый размер  = 36 см.

7.2.4. Проверка устойчивости относительно свободной оси У-У

Приведенная гибкость относительно свободной оси У-У

При этом   , следовательно устойчивость относительно оси У-У можно не проверять т.к. .

7.3. Расчет соединительных планок

7.3.1. Установление размеров планок

а=(0,5÷0,75)bk=(0,5÷0,75)36=18÷27 см

Принимаем d=20см.

Длина планки bs принимается такой, чтобы края планки заходили на полки швеллера на 30÷40 мм.

Чтобы избежать выпучивания должны быть удовлетворены условия:

Принимаем t=1 см, тогда

.

Формула, использованная выше для определения  справедлива, если выполняется условие

(таблица 7[I])

Здесь

Требуемое расстояние между планками в свету вычисления по принятой ранее гибкости ветви

Окончательное расстояние между планками устанавливается при конструировании стержня колонны, оно должно быть равно или менее .

Требуемое расстояние между осями планок

7.3.2. Определение усилий в планках

Планки рассчитываются на условную фиктивную поперечную силу

Здесь  – коэффициент, принимаемый равным меньшему из двух значений.

,где - меньший из коэффициентов  . В нашем случае

(

Таким образом .

Приближенно (и в запас) величина  может быть определена с помощью  интерполяции в зависимости от предела текучести Ry.

Поперечная сила действующая в одной плоскости планок

Сила, срезывающая одну планку

Момент, изгибающий планку в ее плоскости

7.3.3. Проверка прочности приварки планок

Предусматриваем использование ручной дуговой сварки при изготовлении колонны, принимаем, что планки прикрепляются к полкам швеллеров угловыми швами с высотой катета

c заводкой швов за торец на 20 мм.

По таблице 55[I] принимаем для районов  II5 и С255 электроды марки Э42 (ГОСТ 9467-75).

Определяем все величины необходимые для расчета.

где временное сопротивление принято по таблице 51 [I] для проката толщины 11-20 мм.

Проверяем условие, приведенное в пункте 11.2 [I].

Т.к. условие выполняется, расчет следует производить только по металлу шва.

Напряжения в шве (в расчете учитывается только вертикальные швы):

Условие прочности шва:

Увеличиваем . тогда

Окончательно принимаем . Прочность самих планок заведомо обеспечена, т.к.  толщина планки превышает величину  . Используем определенные здесь характеристики швов для расчета базы и оголовка.


7.4. Расчет базы

7.4.1. Определение размеров плиты в плане

Сначала необходимо определить расчетное сопротивление смятию бетона фундамента

где

Здесь

Аф – площадь верхнего обреза фундамента,

Апл – площадь плиты (вначале расчета можно приближенно принять ),

Rc – призменная прочность (для бетона  М150 Rc=70 см/см2)

Требуемая площадь плиты:

Ширина плиты принимается конструктивно (см. рис. 22)

где с≥4 см.

Требуемая длина плиты

требуемая длина плиты из конструктивных соображений

где величина «а» принимается от 100 до 120 мм для размещения «плавающей» шайбы под гайки фундаментных болтов. Принимаем Lпл =59 см(Lпл> и кратна 1 см)

7.4.2. Определение толщины плиты

Плита работает на изгиб как пластинка, опертая на траверсы и торец стержня и нагруженная равномерно-распределенным (условно) реактивным давлением фундамента.

Определим максимальные моменты  для отдельных участков плиты (для полосы шириной 1см).

1 участок. (Плита работает как пластинка, опертая по контуру)

где α – коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны участка «а» к более короткой «в». В данном случае

2участок. (Плита работает как пластина опертая по 3-м сторонам)см. рис. 21

Рисунок 21

где  - коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны а1, к незакрепленной в1

отношение  ,то плита проверяется как консоль вылетом а1.

Тогда

2 участок.(Плита работает как консоль)

Принимаем для плиты по таблице 50[I] сталь С255 (ГОСТ 27772-88) при t=21÷40 мм; тогда Ry=2350 кг/см2(табл. 51[I]).

Требуемая толщина плиты:

Толщина не превышает 4 см вводить ребро на участке 2 не надо.

Принимаем  (ближайший больший стандартный размер).

7.4.3. Расчет траверсы

Требуемая высота траверсы определяется необходимой длиной каждого из четырех швов, соединяющих ее с ветвями колонны.

При кf=1,0 см<1,2tтрав=1,2*1,0=1,2 см

Принимаем hтрав=37 см (кратно 1 см и не меньше )

Нагрузка на единицу длины одного листа траверсы

Изгибающий момент и поперечная сила в месте приварки к колонне:

Момент сопротивления сечения листа:

Проверка прочности:

7.5. Расчет оголовка

Конструктивно принимаем  tпл=2,0 см и кf=1,0 см (то же значение что и для траверс). Высота диафрагмы и 3 условия прочности сварных швов.

Принимаем hq=37 см. Требуемая толщина диафрагмы из условия прочности торца на смятие

Требуемая толщина из условия прочности на срез

где (см. пункт 5.5)

Принимаем  


Толщина планок, к которым крепится диафрагма

Принятая конструкция оголовка показана на рис. 22

Рисунок 22


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59408. Сценарій свята 60-річчя Великої Перемоги 67.5 KB
  Епіграф: Тільки той хто пам’ятає минуле вартий майбутнього. Пам’ять. Все далі відходять грізні і важкі роки Великої Вітчизняної війни але не згасає пам’ять про тих хто не шкодував своєї крові свого життя.
59409. УКРАЇНСЬКИЙ ЯРМАРОК 42 KB
  Дівчина: Іди геть звідси ще грошей не вторгувала ще як слід не поярмаркувала. Е ні Марусенько почекаємо на хлопців які ж вечорниці без хлопців Перша дівчина.
59410. Сценарій. Святковий вогник з нагоди ювілею рідної школи 57.5 KB
  Звучить шкільний вальс в зал заходять випускники всіх років сідають на спеціально відведені місця 1й вед. Доброго дня любі друзі 2й вед. Шановні гості та господарі свята...
59411. Урок-гра з математики: визначення площ фігур, розвиток обчислювальної техніки 55 KB
  Площу прямокутника Якщо взяти половину квадрата то знайдемо його. Площу Якщо половину суми основ трапеції помножити на висоту трапеції то знайдемо. Площу трапеції Записати для другої команди Скінченну частину площини обмежену трикутником називають.
59412. Сценарій: Батьки і діти 72.5 KB
  Формувати почуття обовязку перед батьками довести всім присутнім на святі що батьки і діти це Одне ціле. Діти. Ви нас теж любіть рідненькі Бо ми діти дорогенькі Хочем бути на вас схожі ї як ви такі ж хороші.
59413. Літературно-музична композиція до дня народження І.Франка. Ти вірним був сином свого народу 42.5 KB
  У літературно-музичній композиції беруть участь двоє ведучих, чотири читці, три учні-сопілкарі, хор. В епізодах - танцювальна група в гуцульському народному одязі. У глибині сцени на полотні - зображення Карпатських гір, вкритих сосновими лісами, в центрі - великий портрет або бюст
59414. Сценарій літературної години за твоpами укpаїнських письменників. Хліб усьому голова 29 KB
  Але скільки для кожного з нас постає за цим звичайним словом Неосяжне пшеничне поле на якому мов пливе комбайн золотаве зеpно що пеpеливається в натруджених долонях хлібоpоба духмяна паляниця на вишиваному pушнику якою зустpічають гостей.
59415. Сценарій. Я і мої права 30 KB
  В цей день, коли сонце нашу землю будить і до життя кличе, коли все просипається і щебечуть пташки, зібралися ми однією великою родиною в цьому залі, щоб відзначити річницю прийняття Конвенції про права дитини.
59416. Сценарій тематичного вечора присвяченого людям похилого віку. На хвилях нашої памяті 32 KB
  Наш корабель називається так невипадково. Адже саме три цих слова і мені допомагали, допомагають і будуть до-помагати вижити у будь-яких умовах. Адже людина живе поки вона любить, надіється, вірить.