Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Нагрузку на главную балку при передаче ее через 5 и более балок настила можно считать равномерно распределенной. Расчетная схема и эпюры усилий даны на рисунке 4. Постоянная нагрузка (вес настила, балок настила и вспомогательных балок) найдена при сравнении вариантов. Собственный вес главной балки может приниматься приближенно в размере 2-3% от нагрузки на нее. Грузовая площадь заштрихована на рисунке 5.
Рисунок 4 –Расчетная схема и усилия в главной балке
Рисунок 5–К определению нагрузки на главную балку
Высоту главной балки hгб целесообразно назначать близкой к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия
(см. рис. 1). Минимальная высота определяется из условия обеспечения предельного прогиба при полном использовании расчетного сопротивления материала по формуле
. (3.1)
Оптимальная высота определяется по формуле
При этом гибкость стенки
Погонная нагрузка с учетом собственного веса (2%) и веса настила кН/м2
кН/м;
кН/м;
Расчетные усилия
кН·м;
кН·м.
Требуемый момент сопротивления
см3.
Расчетное сопротивление стали С245 при толщине поясных листов до 20 мм составляет кН/см2.
При этажном сопряжении балок настила (рисунок 1, а)
см.
Минимальная высота (по жесткости)
см.
Задаемся гибкостью стенки . Тогда
см.
Принимаем h= м, что больше hmin, меньше hmax и близко к hopt.
При расчете с учетом пластических диформаций, задаемся с1=1,1
см3
см
4.3 Подбор сечения главной балки
Находим толщину стенки пологая, что tf=2 cм, hw=h-2 tf= -2·2= см
а) .
см = мм;
= 1,21 см = 12 мм.
Принимаем мм.
Находим требуемую площадь поясов :
см4;
см4;
см4;
см2;
см.
Принимаем пояса из листа 550×20 мм. При этом см2.
;;
.
Таким образом, рекомендации выполнены. Принятое сечение балки показано имеет характеристики
Рисунок 7 –Принятое сечение балки
Геометрические характеристики сечения:
см4,
см3.
Проверка прочности:
МПа
Недонапряжение составляет:
Проверки прогиба балки не требуется, так как принятая высота м больше, чем м.
4.4 Изменение сечения главной балки
Принимаем место изменения сечения на расстоянии 2,3 м от опор, т.е. приблизительно 1/6l, как показано на рисунке 8.
Рисунок 8 –Изменение сечения по длине
Находим расчетные усилия:
кН·м;
кН.
Подбираем сечение, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса. Требуемый момент сопротивления равен:
см3.
Для выполнения стыка принята полуавтоматическая сварка без физического контроля качества шва.
см4;
см4;
см2.
см.
Принимаем поясной лист 300×20 мм.
Геометрические характеристики измененного сечения:
см;
см4;
см3;
см3 –статический момент пояса (3.7)
см3. –статический момент половины сечения
Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в точке А по стыковому шву (рис. 9)
Рисунок 9 –К расчету балки в месте изменения сечения
кН/см2 < кН/см2
Наличие местных напряжений, действующих на стенку балки, требует проверки на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений в уровне поясного шва и под балкой настила по уменьшенному сечению вблизи места изменения ширины пояса. Так как под ближайшей балкой настила будет стоять ребро жесткости, которое воспринимает давление балок настила, передачи локального давления в этом месте на стенку не будет, .
Поэтому приведенные напряжения проверяем в месте изменения сечения на грани стенки (точка Б), где они будут наибольшими:
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2 < кН/см2. = 27.6 кН/см2
Проверка прочности опорного сечения на срез (по максимальным касательным напряжениям в точке В):
кН/см2 <
< кН/см2
Проверка прочности стенки на местное давление балок настила по формуле:
кН/см2 < кН/см2,
Где кН, кН/м м;
см
b = 14,5 см –ширина полки балки настила I №36 из сортамента;
см –толщина полки главной балки;
см –толщина стенки главной балки.
Таким образом, прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.
Устойчивость балок проверять не требуется, если выполняются следующие условия:
–нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, в частности, железобетонные плиты или стальной лист;
–при отношении расчетной длины балки (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса “b” не более
(3.7)
Коэффициент принимается равным 0,3 при учете пластических деформаций. При отсутствии пластических деформаций . тогда;
> .
Следовательно, устойчивость балки можно не проверять.
Устойчивость сжатого пояса при отсутствии пластических деформаций обеспечивается выполнением условия:
, где
.
В рассмотренном примере устойчивость обеспечена.
Расставим ребра жесткости и проверим местную устойчивость стенки.
Рисунок 10 –Расстановка ребер жесткости. Расчетные усилия для проверки устойчивости стенки
Ребра жесткости принимаем односторонние шириной
мм
и толщиной
мм.
В отсеке №1 стенка работает в упругой стадии и проверка устойчивости выполняется по формуле
Расчетные усилия принимаем приближенно по сечению м, м, , под балками настила.
кН·м;
кН;
кН/см2;кН/см2; (по 3.6)
кН/см2;
;
Предельное значение находим критические напряжения
и
кН/см2;
кН/см22250
кН/см2
Проверяем устойчивость стенки отсека № 1 по формуле (3.14):
Устойчивость стенки обеспечена.
В отсеке № 2 расположено место изменения сечения, поэтому эпюра х имеет скачок. Средние напряжения в пределах наиболее напряженного участка отсека (расчётного) длиной мм можно найти, разделив площадь эпюры x на длину участка. Однако в настоящем примере приближённо примем средние напряжения для проверки устойчивости по сечению x=3,5 м, учитывая, что уменьшенное сечение находится близко к краю отсека и мало влияет на устойчивость стенки.
кНм;
кН;
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2;
;
Находим критические напряжения
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2.
Проверяем устойчивость стенки отсека № 2:
Устойчивость стенки обеспечена.
Проверяем устойчивость стенки отсека № 3
кНм;
кН;
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2;
;
Находим критические напряжения
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2.
Проверяем устойчивость стенки отсека № 3:
Устойчивость стенки обеспечена.
Проверяем устойчивость стенки отсека № 4
кНм;
кН;
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2;
;
Находим критические напряжения
кН/см2;
кН/см2;
кН/см2.
Проверяем устойчивость стенки отсека № 4:
Устойчивость стенки обеспечена.
4.7 Расчет поясных швов главной балки
Поясные швы примем двусторонними, так как . Расчет выполняем для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила. Расчетные усилия на единицу длины шва составляют
кН/см;
кН/см.
1 –сечение по металлу шва;
–сечение по металлу границы сплавления
Рисунок 11 –К расчету поясных швов
Сварка автоматическая, выполняется в положении «в лодочку» сварочной проволокой Св-08Га. Для этих условий и стали С245 находим
кН/см2;
кН/см2;
.
Принимаем минимальный катет шва мм. (см. табл. 6 прил. Б)
Проверяем прочность шва:
кН/см2 < кН/см2;
по металлу границы сплавления
кН/см2 < кН/см2;
Таким образом, минимально допустимый катет шва достаточен по прочности.
Рисунок 13 –Вариант опорной части балки
Ребро крепится к стенке полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Размер выступающей части опорного ребра принимаем 20 мм. Из условия смятия находим
см2;
Ширину опорного ребра принимаем равной ширине пояса уменьшенного сечения балки: . Тогда:
см.
Принимаем ребро из листа 300×14 мм.
Площадь см2 > см2.
Проверяем устойчивость опорной части
см;
см4;
(моментом инерции участка стенки шириной пренебрегаем ввиду малости)
см2;
По таблице 16 прил. Б находим путем интерполяции
кН/см2<Ry=24 кН/см2.
Проверяем местную устойчивость опорного ребра
см;
Подбираем размер катета угловых швов по формуле:
Откуда
см = 7 мм, где
кН/см2; кН/см2;
Проверку по металлу границы сплавления делать не нужно, так как . Принимаем мм.
4.9 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки
Рисунок 14 –Схема монтажного стыка на высокопрочных болтах
Принимаем болты диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 23 мм. Тогда кН/см2, Abn = 2,45 см2. Способ подготовки поверхности - газопламенный без консервации, способ регулирования натяжения - по углу поворота гайки. Для этих условий коэффициент трения μ = 0,42, регулятор натяжения h =1,02. Тогдаращетное усилие на один болт
Qbh== 0,71102,450,42/1,02 = 77,7 кН.
Стык поясов перекрываем накладками из стали С245 сечением 550×12 с наружной и 2×260×12 с внутренней стороны поясов. При этом суммарная площадь сечения накладок см2, что несколько больше площади сечения поясов.
Усилие в поясах
кН.
Требуемое количество болтов в стыке поясов
Принимаем 18 болтов. Ставим их, как показано на рис. 14, в соответствии с требованиями
Стык стенки перекрываем парными накладками из листа t =10 мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстоянии в ряду a=100 мм (максимально допустимое расстояние мм. Число болтов в ряду 16 шт. мм. Момент, приходящийся на стенку, равен
кНм;
Проверяем прочность болтового соединения на сдвиг
кН.
5. Расчет и конструирование колонны
В соответствии с заданием принимаем сплошное сечение колонны. Принимаем шарнирное закрепление концов колонны (коэффициент μ=1). Материал - сталь класса С235, лист t = 4÷20 мм. Ry= 23 кН/см2.
Геометрическая длина колонны равна отметке верха настила (из задания) за вычетом толщины настила tн, высоты балки настила и главной балки hг.б., с учетом выступающей части опорного ребра 2см, заглубления колонны ниже отметки чистого пола на 0,6 м. с учетом μ=1 составляет м.
Усилие в колонне кН.
Рисунок 17 – К определению расчетной длины колонны
Определяем ориентировочную требуемую площадь сечения по формуле (4.1) при с = 1
см2
Проектируя колонну с гибкостью, равной примерно =60 , найдём наименьшие размеры h и bf
см
см
Поскольку ширину колонны bf не рекомендуется принимать больше высоты h, а толщину стенки принимают обычно мм и толщину поясов , то компонуем сечение колонны с см.
Принимаем: пояса –листа 420×15 мм, площадью 2Af=2×42×1,5=126,0 см2 , стенка –лист 460×10 мм, площадью Aw=4,6×1.0=46.0см2, рис. 18 Площадь сечения колонны см2.
Рисунок 18 –Сечение сплошной колонны
Находим геометрические характеристики принятого сечения:
см4;
см;
см.
Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна:
По большей из гибкостей находим коэффициент продольного изгиба (табл. П.Б.16) и проверяем устойчивость стержня колонны
кН/см2<Ry=23 кН/см2.
Недонапряжение составляет
< 5%
Местная устойчивость стенки стержня колонны обеспечена. Таким образом, подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей и местной устойчивости и может быть выполнено с помощью автоматической сварки.
Поперечные ребра не требуются т.к.
Принимаем плиту оголовка толщиной tпл= 25 мм и размерами 530x420 мм. Давление главных балок передается колонне через ребро, приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами Д. Сварка полуавтоматическая, в углекислом газе, проволокой Св-08Г2С, кН/см2, кН/см2, βf=0,7 βz=1,0.
Принимаем ширину ребер 200 мм, что обеспечивает необходимую длину участка смятия мм. Толщину ребер находим из условия смятия
см=25 мм.
Рисунок 21 –Оголовок колонны
Принимаем tp = 25 мм. Длину ребра lр находим из расчета на срез швов Д его прикрепления. Примем kf =10 мм. Тогда
см.
Принимаем lp=51 см. При этом условие см выполнено. Шов Е принимаем таким же, как и шов Д. Проверяем стенку на срез вдоль ребра
кН/см2>Rs=13,3 кН/см2.
Необходимо устройство вставки верхней части стенки. Принимаем ее толщину tвст=25 мм, а длину мм.
кН/см2<Rs=13,3 кН/см2.
Торец колонны фрезеруем после ее сварки, поэтому швы Г можно не рассчитывать По табл. 6 прил. Б принимаем конструктивно минимально допустимый катет шва kf = 7 мм. Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами, сечение которых принимаем 100x8 мм.
Рисунок 22 –База колонны
Определяем требуемую площадь плиты из условия смятия бетона
,
где . Значение коэффициента зависит от отношения площадей фундамента и плиты. ( принимать =1,2.) Для бетона класса В15 Rпр = 0,7 кН/см2. –расчетное сопротивление бетона на смятие Rсм.б=Rпр=1,2 0,7=0,84 кН/см2
см2.
Принимаем плиту размером 650×560 мм. Тогда см2
кН/см2<Rсм.б
Рисунок 24 –Схема участка плиты 2 Рисунок 25 –Схема участка плиты 3
Находим изгибающие моменты на единицу длины d = 1 см на разных участках плиты.
Участок 1 рассчитываем как балочную плиту, так как отношение сторон b/a=460/203 = 2,26 > 2
кНсм/см.
Участок 2 (консольный) рис 24:
кНсм/см.
Участок 3 работает так же, как консольный, так как отношение сторон 420/80=5,25>2. Свес консоли на 20 мм больше, чем на участке 2 для размещения анкерных болтов.
кНсм/см
Толщину плиты подбираем по наибольшему моменту M1, M2, M3 из условия
.
Момент сопротивления полоски плиты шириной d=1 см равен
,
откуда, учитывая, что дли стали C235 при мм
кН/см2, см = 32 мм.
Принимаем tпл = 35 мм.
Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Соответствующие характеристики:
кН/см2, кН/см2, f=0,7, z=1,0.
Расчет выполняем по металлу шва, так как (3,2<4,08) Учитывая условие находим требуемую величину катета шва kf из условия
см = 9,2 мм.
Принимаем kf = 10 мм. При этом требуемая длина шва составит мм., поэтому высоту траверс принимаем 600 мм.
Крепление траверсы Кf=8мм принимаем конструктивно, так как применен фрезеровочный торец колоны.
6. Список рекомендуемой литературы
1.Металлические конструкции /Под ред. Ю.И. Кудишин. Академия 2006. –с.
.Узлы балочных площадок: Метод. указ. / Моск. инж.-строит. ин-т им. В.В. Куйбышева. –М.: ШСИ, 1980. –Ч.1.