Розрахунок і конструювання балкової клітки

Федеральне агентство з освіти

Державнеосвітня установа

вищогопрофесійної освіти

Тверськійдержавний технічний університет

Кафедра В«Конструкціїі споруди В»

Курсова робота

З дисципліни В«Металевіконструкції В»

На тему: В«Розрахунокі конструювання балкової клітки В»

Виконав

студент ІДПО

групи ПЦБ-30-08

Прийняв: Горшков А.В

Твер 2011р.

Вихіднідані

Принормальному типі балочної клітки навантаження від настилу покриття передаються на балкинастилу, які спираються на головні балки. Крок головних балок дорівнює прольотубалок настилу. Всі несучі елементи балкової клітини мають сполучення в одномурівні.

Маркастали для балок настилу і головних балок С275 з розрахунковим опором R y = 2750кгс/см 2 , для колон С235 з розрахунковим опором R y = 2350кгс/см 2 .

Затаблиці 55 * СНиП в€Ґ -23-81 * В«Сталевіконструкції В»вибираємо зварювання: приймаємо електрод Е42 по ГОСТ 9467-75 *,зварювальний дріт Св-08А по ГОСТ 2246-70 * і флюс АН-348-А за ГОСТ 9087-81 *.

Затаблиці 61 * СНиП в€Ґ -23-81 * В«Сталевіконструкції В»підбираємо високоміцні болти діаметром 24 мм, Морка стали по ГОСТ4543-77 * 40Х В«селектВ», R bun = 11500кгс/см 2 .

1.Вибірсхеми балочної клітки і підбір перерізу балок настилу і допоміжних балок(Ускладнена компоновка)

1.1 Варіант 1 - проліт балки настилу 8 м, крок балок2 м

Рис. 1

Приймаємозалізобетонний настил завтовшки tн = 0.1м і щільністю залізобетону ПЃ = 2

500 кг /.

Тимчасова навантаженнязадана

Навантаження відвласної ваги залізобетонного настилу складе:

Виділяємо вантажнуплоща на 1 балку настилу (рис. 1).

Нормативне значеннянавантаження, що діє на балку настилу

Де a- Крок балок настилу;

B- Проліт балки настилу.

Розрахункове значеннянавантаження, що діє на балку настилу

;

Де і-коефіцієнти надійності за навантаженням для тимчасового навантаження і залізобетонногонастилу (СНиП 2.01.07-85 *).

Максимальний згинальниймомент дорівнює

Максимальна поперечнасила

Розрахунок на міцністьрозрізних балок суцільного перерізу зі сталі з межею текучості до 5400 кгс/см 2 ,несучих статичне навантаження, при вигині в одній з головних площинвиконують за формулою

Де с1- Коефіцієнт, що враховує розвиток пластичних деформацій в елементахконструкцій і залежний від форми перерізу;

- розрахунковеопір балки по межі текучості;

- коефіцієнтумов роботи для суцільних прокатних балок, несучих статичне навантаження (СП53-102-2004 табл. 1).

Необхідний моментопору поперечного перерізу балки дорівнює

За сортаментом прокатнихпрофілів (СТО АСЧМ 20-93) вибираємо двутавр № 45 з наступними геометричнимихарактеристиками

Wx = 1231см 3 ;

Ix = 27696см 4 ;

Sx = 708см 3 ;

Р = 66.5 кг/м;

d = 0.9см;

b = 16см;

h = 45см.

Значення дотичнихнапружень у перерізі згинаного елемента повинні задовольняти умові

Rs- Розрахунковий опір сталі зрушенню Rs = 0.58 в€™ Ry = 0.58 в€™ 2750 = 1595кгс/см 2 (СП 53-102-2004 табл. 2);

де Sx- Статичний момент зрушуваної частини перерізу відносно нейтральної осі;

Ix-момент інерції кручення балки (Ix =Sx в€™ h в€™ d);

d-товщина стінки балки.

Умова виконується,отже опорні перерізи балок настилу задовольняють умові міцності подотичним напруженням.

Розрахунок по 2 групіграничних станів для згинальних елементів полягає у визначеннівертикального відносного прогину і порівняння його з нормованим.

Відносний прогиноднопрогоновою балки, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням

За таблицею 19 СНиП 2.01.07-85 *в залежності від прольоту визначаємо нормований прогин. Для прольоту l = 8м:

Умова виконується, тоє перетин балки настилу задовольняє вимогам жорсткості.

Підрахуємо витрата івартість матеріалів при першому варіанті компонування балочної клітки.

Витрата металу на 1 м 2 :

Витрата залізобетону 1 м 2 в€™ 0.1м = 0.1 м 3 .

Вартість 1 м 2 настилу: С = 0.03325 т в€™ 10000 р +0.1 м 3 в€™ 1000 = 432.5 р.

1.2 Варіант 2 - проліт балки настилу 8 м, крок балок1.5 м

Рис. 2

Приймаємозалізобетонний настил завтовшки tн = 0.1м і щільністю залізобетону ПЃ = 2500 кг /.

Тимчасова навантаження задана

Навантаження відвласної ваги залізобетонного настилу складе

Виділяємо вантажнуплоща на 1 балку настилу (рис. 2).

Нормативне значеннянавантаження, що діє на балку настилу

Розрахункове значення навантаження, що діє на балкунастилу

Максимальний згинальниймомент дорівнює

Максимальна поперечнасила

Необхідний моментопору поперечного перерізу балки дорівнює

За сортаментом прокатнихпрофілів (СТО АСЧМ 20-93) вибираємо двутавр № 40 з наступними геометричнимихарактеристиками

Wx = 953см 3 ;

Ix = 19062см 4 ;

Sx = 545см 3 ;

Р = 57 кг/м;

d = 0.83см;

b = 15.5см;

h = 40см.

Значення дотичнихнапружень у перерізі згинаного елемента повинні задовольняти умові

Умова виконується,отже опорні перерізи балок настилу задовольняють умові міцності подотичним напруженням.

Розрахунок по 2 групіграничних станів для згинальних елементів полягає у визначеннівертикального відносного прогину і порівняння його з нормованим.

Відносний прогиноднопрогоновою балки, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням

За таблицею 19 СНиП 2.01.07-85 *в залежності від прольоту визначаємо нормований прогин. Для прольоту l = 8м

Умова виконується, тоє перетин балки настилу задовольняє вимогам жорсткості.

Підрахуємо витрата івартість матеріалів при другому варіанті компонування балочної клітки.

Витрата металу на 1 м 2

Витрата залізобетону 1 м 2 в€™ 0.1м = 0.1 м 3 .

Вартість 1 м 2 настилу: С = 0.038 т в€™ 10000 р +0.1 м 3 в€™ 1000 = 480 р

1.3 Варіант 3 (ускладнена компоновка) - пролітбалок настилу 3 м, крок балок настилу 1.6 м, проліт допоміжних балок 8 м,крок допоміжних балок 3 м

Рис. 3

Розрахунок балки настилу.

Приймаємозалізобетонний настил завтовшки tн = 0.1м і щільністю залізобетону

ПЃ = 2500 кг/

Тимчасова навантаженнязадана

Навантаження від власноїваги залізобетонного настилу складе

Виділяємо вантажнуплоща на 1 балку настилу (рис. 3).

Нормативне значеннянавантаження, що діє на балку настилу

Розрахункове значеннянавантаження, що діє на балку настилу

Максимальний згинальниймомент дорівнює

Максимальна поперечнасила

Необхідний моментопору поперечного перерізу балки дорівнює

За сортаментом прокатнихпрофілів (СТО АСЧМ 20-93) вибираємо двутавр № 18 з наступними геометричнимихарактеристиками:

Wx = 143см 3 ;

Ix = 1290см 4 ;

Sx = 81.4см 3 ;

Р = 18.4 кг/м;

d = 0.51см;

b = 9см;

h = 18см.

Значення дотичнихнапружень у перерізі згинаного елемента повинні задовольняти умові

Умова виконується,отже опорні перерізи балок настилу задовольняють умові міцності подотичним напруженням.

Розрахунок по 2 групіграничних стані...в для згинальних елементів полягає у визначеннівертикального відносного прогину і порівняння його з нормованим.

Відносний прогин однопрогоновоюбалки, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням

За таблицею 19 СНиП 2.01.07-85 *в залежності від прольоту визначаємо нормований прогин. Для прольоту l = 3м

Умова виконується, тоє перетин балки настилу задовольняє вимогам жорсткості.

Розрахунок допоміжноїбалки.

Рис. 4

Тимчасова навантаженнязадана

Навантаження відвласної ваги залізобетонного настилу складе

Навантаження від балокнастилу

де А - крок колон в поздовжньомунапрямку;

В - крок колон впоперечному напрямку;

Р - навантаження від 1 мбалки настилу.

Виділяємо вантажнуплоща на 1 допоміжну балку (рис. 3).

Нормативне значеннянавантаження, що діє на балку настилу

Розрахункове значеннянавантаження, що діє на балку настилу

Де -коефіцієнт надійності за навантаженням для металевих конструкцій (СНиП 2.01.07-85 *).

Максимальний згинальниймомент дорівнює

Максимальна поперечнасила

Необхідний моментопору поперечного перерізу балки дорівнює

За сортаментом прокатнихпрофілів (СТО АСЧМ 20-93) вибираємо двутавр № 50 з наступними геометричнимихарактеристиками

Wx = 1598см 3 ;

Ix = 39727см 4 ;

Sx = 919см 3 ;

Р = 78.5 кг/м;

d = 1см;

b = 17см;

h = 50см.

Значення дотичнихнапружень у перерізі згинаного елемента повинні задовольняти умові

Умова виконується,отже опорні перерізи балок настилу задовольняють умові міцності подотичним напруженням.

Розрахунок по 2 групіграничних станів для згинальних елементів полягає у визначеннівертикального відносного прогину і порівняння його з нормованим.

Відносний прогиноднопрогоновою балки, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням

За таблицею 19 СНиП 2.01.07-85 *в залежності від прольоту визначаємо нормований прогин. Для прольоту l = 8м

Умова виконується, тоє перетин балки настилу задовольняє вимогам жорсткості.

Підрахуємо витрата івартість матеріалів при третьому варіанті компонування балочної клітки.

Витрата металу на 1 м 2

Де Р1і Р2- Вага 1 метра профілю балки настилу і допоміжної балки.

Витрата залізобетону 1 м 2 в€™ 0.1м = 0.1 м 3 .

Вартість 1 м 2 настилу: С = 0.0377 т в€™ 10000 р +0.1 м 3 в€™ 1000 = 477 р.

Таким чином найбільшекономічним є 1 варіант компоновки балочної клітки.

2.Розрахунокі конструювання головної балки

Балки настилу спираютьсяна головні балки рівномірно з кроком 2 метри, проліт головних балок становить 18м. Таким чином, на головну балку діятимуть 9 зосереджених сил,приймемо їх як рівномірно розподілене навантаження.

Рис. 5

Навантаження, діючана головну балку буде включати в себе:

В·Кориснунавантаження;

В·Власнийвага настилу;

В·Власнийвага балок настилу;

В·Власнийвага головної балки (1-2% від навантаження на неї).

Навантаження від балокнастилу

Вага головної балки

Нормативне значеннянавантаження, що діє на головну балку

Розрахункове значеннянавантаження, що діє на головну балку

Максимальний згинальниймомент дорівнює

Максимальна поперечнасила

Внутрішні зусилля,виникають в головній балці настільки значні, що використання прокатнихпрофілів виключено. Тому головна балка проектується складовою. Як правило,складові балки проектуються зварними, а їх перетин нагадує перетинпрокатних двотаврів: один вертикальний лист стали утворює стінку двотавра, двагоризонтальних листа утворюють його полки.

2.1 Визначеннярозмірів перетину

Головнабалка проектується змінного по довжині перетину. Визначальним у компонуванніперетину головної балки є підбір розмірів стінки балки - висоти і товщини.Висота головної балки, основну частину якої становить висота стінки,визначається з економічних міркувань, жорсткості балки і допустимоїбудівельної висоті конструкції перекриття. Кожен з перерахованих факторіввизначає оптимальне, мінімальне і максимальне значення висоти балки.Товщина стінки балки також визначається декількома факторами і відповідномає декілька значень - мінімальне і, прийняте з умови роботи головноїбалки на дотичні напруження, і раціональне, прийняте з економічнихміркувань. Мінімальна висота стінки головної балки визначається з умовижорсткості балки з використанням формули, сполучною момент опоруперетину W і момент інерції I

Де y- Відстань від нейтральної осі перерізу до крайнього волокна.

Оскільки визначаєтьсямінімальне значення висоти, використовується мінімальне значення y

де - мінімальнийнеобхідний момент інерції всього перетину головної балки;

W n , min - мінімальнийнеобхідний момент опору всього перерізу головної балки.

Мінімальний моментопору перерізу головної балки визначається з умови міцностізгинальних елементів у відповідності з вимогами п. 5.12 СНиП в€Ґ -23-81 *В«Сталеві конструкціїВ»

Мінімальний моментінерції перерізу головної балки визначається з умови жорсткості відповідноз вимогою забезпечення допустимого відносного прогину балки, який дляголовних балок робочих площадок виробничих будівель при відсутності крановихшляхів становить: (Беленя Е.И.Металеві конструкції, табл. 3.3).

Мінімальне значеннявисоти головної балки

Оптимальна висотастінки балки визначається, виходячи з міркувань мінімізації маси балки.Формула для визначення висоти стінки головної балки при мінімумі маси балкимає наступний вигляд

де К - коефіцієнт,залежний від конструктивного оформлення балки, для зварних балок К = 1.15;

Попередньовизначаємо висоту стінки

- товщинастінки, орієнтовно приймаємо.

де О»w = 150- Умовна гнучкість стінки (Беленя Е.И. Металеві конструкції, табл. 7.2).

Максимальна висотастінки головної балки

Де НРТР- Будівельна висота;

tп-висота перекриття.

Висотабалки повинна вписуватися в задані габарити і бути кратною модулю уніфікації100 мм. Приймаємо висоту балки hw = 180см.

Мінімальнатовщина стінки головної балки визначається з умови її міцності при роботі назріз з використанням формули

Де Rs = 0.58 в€™ Ry = 0.58 в€™ 2750 = 1595кгс/см 2 (СП 53-102-2004 табл. 2);

h- Прийнята висота балки.

Мінімальнутовщину стінки, необхідну для забезпечення місцевої стійкості головної балкибез постановки поздовжнього ребра жорсткості визначимо за формулою

Такимчином, згідно ГОСТ 19903-74 *, приймаємо товщину стінки.

Перевіримоумовну гнучкість стінки головної балки

Данезначення потрапляє в діапазон 3.5 ≤ О»w ≤ 6,що говорить про виконання умови.

Товщинуаркуша полки головної балки приймаємо.

Повнависота головної балки буде дорівнює

.

Ширинуаркуша головної балки визначаємо з необхідного значення площі перерізу полиці.Формулу для визначення площі перерізу однієї полиці отримаємо з формули Штейнера,яка дозволяє визначати моменти інерції складних перерізів відносно осей,не співпадаючих з нейтральною віссю всього перерізу. Через малість значеннямоментом інерції перерізу полиці щодо власної осі можна предебречь,тоді формула для визначення площі перерізу однієї полиці прийме вигляд

Де- Необхідниймомент інерції однієї полиці відносно нейтральної осі балки;

- площаперетину однієї полиці;

h 0 - Відстань між власними осями полиць....

Необхідниймомент інерції перерізу головної балки

Необхідниймомент інерції стінки головної балки

Необхідниймомент інерції поясів головної балки

Необхіднаплоща перерізу поясів балки

Деh 0 = h w + t f = 180 +2 = 182см

Ширинуполки головної балки приймаємо за чинним сортаменту листової сталі (ГОСТ19903-74 *) з урахуванням прийнятої товщини листа і призначається не менше необхідної заплощі перерізу полиці

Ширинуполки приймають в діапазоні висоти балки,так як при будесуттєво проявлятися нерівномірність розподілу напружень по шириніпояса, а при мала бічнажорсткість балки, що погіршує умови монтажу і загальну стійкість балки.

ЗаГОСТ 82-70 приймаємо листи 20 * 450 мм. . Умовавиконується.

Площаперетину полки А f = 2 в€™ 45 = 90см 2 .

Виходячиз вимог місцевої стійкості, ставлення неокаймленного звису пояса до його товщини обмежуєтьсяпри роботі балки в межах пружних деформацій умовою

Апри розвитку пластичних деформацій умовою

Місцевастійкість пояса забезпечена.

Визначимогеометричні характеристики перерізу головної балки

Перевіркаперетину на міцність

Недонапряженіескладе

Умовавиконується, отже перетин головної балки задовольняє умовамперевірки по нормальним напруженням.

2.2Зміна перерізу балки по довжині

Змінаперетину головної балки по довжині виробляємо з економічних міркувань, пов'язанихз тим, що значення моментів, по яких проводиться розрахунок перерізу, діютьлише в середині прольоту. Змінити переріз балки можна, зменшивши висоту аботовщину стінки, ширину або товщину полиці. У зварних балках найбільшпоширене зменшення ширини полиці, при цьому залишаються постійними висота ітовщина стінки і товщина полиці, що зручно при виконанні зварювання поясних листіводин з одним. Найбільш вигідне по витраті стали місце зміни перерізупоясів однопрогоновою зварної балки знаходиться на відстані 1/6 прольоту балки відопори.

Зусилляв перерізі, розташованому на відстані 3 м від опори знаходяться за формулами

Площазменшеного перерізу пояса приймається з умови міцності на розтягзварного шва, стику різних перетину пояса. У такому випадку стикрозтягнутого пояса головної балки виконують прямим з ручним зварюванням безфізичного контролю якості.

М1- Згинаючий момент в місці зміни перерізу головної балки;

-необхідний момент опору зміненого перетину головної балки;

- розрахунковеопір зварного стикового шва за межі плинності з фізичним контролемякості (СП 53-102-2004 табл. 4).

Визначимонеобхідні момент опору і площа пояса

Прицьому ширина пояса повинна відповідати наступним вимогам

Остаточноприймаємо пояс 240 * 20 мм по ГОСТ 82-70. Так як ми збільшили ширину поясів,місце зміни перерізу поясів можна пересунути далі 1/6 прольоту. Знаходимоцю точку в зворотній послідовності

ПриймаємоХ = 3.5 м.

Знаходимогеометричні характеристики зміненого перерізу:

Статичниймомент полусеченія балки

2.3Перевірку міцності по дотичним напруженням елементів, що згинаються в одній ізголовних площин, виконуємо за формулою

Умовивиконуються, отже, міцність балки за нормальними і дотичнимнапруженням забезпечена.

Длястінки балки повинна виконуватися умова

ДеПѓ - нормальна напруга в серединній площині стінки;

П„- Дотичне напруження, сприймається стінкою.

Умовавиконується, отже, міцність балки забезпечена.

2.4Перевірка загальної стійкості

Перевіркузагальної стійкості можна не проводити при і при дотриманніумови

Деl0 - відстаньміж осями балок настилу, h0- Відстань між осями поясних листів, так якП„ = 0 і с1 = с.

Взміненому перетині

Оґ = 1так як балка працює пружно.

Умовидотримуються, тому перевірку не проводимо.

2.5Перевірка місцевої стійкості стінки

Перевіркаі забезпечення місцевої стійкості стінки головної балки виконується вЗалежно від значення умовної гнучкості стінки, яка визначається занаступною формулою

балка настил стінка перетин розрахунок

Значенняумовної гнучкості стінки перевищує 3.2, тому слід зміцнювати їїпоперечними ребрами жорсткості. Відстань між основними поперечними ребрамижорсткості при

а ≤ 2 в€™ h w = 2 в€™ 180 = 360см

Такимчином можна розташувати поперечні ребра жорсткості під кожною балкою настилу,які будуть на них спиратися.

Місцевустійкість стінки перевіряємо на відстані а1 = 1м/2 = 0.5 м. Визначаємо зусилля вданому перетині

Розрахунокна стійкість стінок балкок симетричного перерізу, укріплених тількипоперечними основними ребрами жорсткості, при відсутності місцевого напруженняПѓloc = 0 і умовної гнучкостістінки слід

Денапруги.

Де

приймається по табл.

Де

При

Умовадотримується.

приймається по табл.

При

Умовадотримується.

2.6

Товщинаребра

Приймаємо

2.7

З'єднанняПристінки.

Де

Зварнізгідно табл.конструкції В».

Де -по табл.

Звідсиотримаємо:

-

Висота

В38мм.

2.8

При

Деопір;

Зребра.дорівнює

Приймаємосм 2 .

Ділянка

Розрахунок

Де

Де

I x

Геометричні

Визначимо

Рис.6

За

Для

Умовавиконується, тобтозабезпечена.формулою.кгс/см 2 ;

кгс/см 2 ;

Визначаємо

Приймаємомм.

Перевіряємо

2.9

МонтажніМонтажнийВ

Визначаємо

Згинальний

Де

I x

Зусилля,

стик.

Оскільки

Де

Умова

Для

Рис.7

Розрахункове

Деасчетное опір високоміцного болта розтяганню;

Оі b - Коефіцієнт умов роботи з'єднання, що залежить від кількості болтів,необхідних для сприйняття розрахункового зусилля Оі b = 0.9при 5 ≤ n ≤ 10;

А bn - Площа перерізу болта нетто, яка визначається за табл. 62 СНиП в€Ґ -23-81 *В«Сталеві конструкціїВ»;

Оњі Оі h - коефіцієнтитертя і надійності, прийняті за табл. 36 СНиП в€Ґ -23-81 *В«Сталеві конструкціїВ».

Кількістьвисокоміцних болтів у з'єднанні при дії поздовжньої сили слідвизначати за формулою

Дедо - кількість поверхонь тертя з'єднувальних елементів.

Приймаємо10 болтів d = 24 мм, що встановлюютьсяв отвори d = 26 мм. Зазначенекількість болтів встановлюється по кожну сторону від центру стику. Перевіримоослаблення пояса по крайньому ряду болтів. Пояс ослаблений двома отворамидіаметром 26 мм по краю стику. Площа перерізу нетто:

Ослабленняпояси можна не враховувати.

Вослаблених отворами перетинах пояси для крайнього ряду болтів повинновиконуватися умова

ДеА f - площапояси; n i - Число робочих болтоконтактов в перевіряється перерізі; n- Число робочих болтоконтактов в з'єднанні, тут число робочих болтоконтактовдорівнює числу болтів, помноженому на число поверхонь тертя.

Умовавиконано.

Стінкуперекриваємо двома вертикальними накладками пе...ретином 42 * 170 * 1.2 см.

Рис.8

Приймаємовідстань між крайніми рядами болтів а max = 160см.

Згинальниймомент, що припадає на стінку, врівноважується сумою внутрішніх пар зусиль,діючих на болти, розташовані на стиковий полунакладке симетричновідносно нейтральної осі балки:

Деm - число вертикальних рядів болтівв одній полунакладке; а i - Плече пар зусиль в рівновіддалених від нейтральної осі болтах.

Всізусилля N i можна виразити через N 1 через подібність трикутників.

ОскількиN 1 = N max і а 1 = а max ,розрахунок монтажного стику головної балки можна звести до формули:

Деn - кількість болтів наполунакладке.

Ввипадку з'єднання одним болтом 3-х аркушів кожен болт має дві поверхнітертя, тому зусилля, яке може бути сприйняте одним болтом, дорівнює

Умовавиконується, тобто несуча здатність одного болта більше того зусилля,яке необхідно сприйняти болту крайнього ряду (максимальне зусилля,виникає в монтажному стику стінки).

2.10Примикання допоміжних балок до головної

Балкинастилу кріпимо до поперечних ребер жорсткості головних балок на болтах. Перетинребер 100 * 8 мм. Для установки балки настилу верхній пояс балки і частина нижньогозрізаємо. Приймаємо болти діаметром 16 мм класу міцності 5.8.

Рис.9

Розрахунковезусилля по зрізу, сприймане одним болтом

Розрахунковезусилля по смятию, сприймане одним болтом:

ДеR bs і R bp - Розрахункові опори болтового з'єднання зрізу і зминання відповідно;

А b - Площа перерізу болта;

Оі b - Коефіцієнт умов роботи болтового з'єднання;

n s - Число розрахункових зрізів одного болта;

d- Діаметр болта;

- найменшасумарна товщина елементів, м'ятих в одному напрямку.

Перетинбалки перевіримо на зріз з урахуванням ослаблення отворами під болти і вирізомчастини стінки:

Числоболтів n в з'єднанні придії зрушує сили N,прикладеної до центру ваги з'єднання, визначають, припускаючи роботу всіхболтів однаковою

Приймаємоn = 5. Болти розставляємо по висотібалки настилу з кроком 7 см.

Перетинбалки перевіримо на зріз з урахуванням ослаблення отворами під болти і вирізомчастини стінки

Міцністьболтового з'єднання забезпечена.

Зварнішви, що прикріплюють ребро до стінки балки, слід розрахувати на спільнедія Q і М = Q в€™ l,де l - відстань від осіболтів до кутових швів.

Поперечніребра приварюємо до стінки балки двома кутовими швами електродами Е42.Призначаємо до f = k f , min = 5мм. Довжина зварних швів l w = h w -2h sk -1см =180-12-1 = 167 см.

Розрахунокпроводимо по металу шва. Міцність зварних швів перевіримо за формулою

Міцністьзварних швів забезпечена.

2.11Уточнення власної ваги головної балки

Длятого, щоб згодом правильно зібрати навантаження на колону при статичномурозрахунку, необхідно уточнити навантаження від власної ваги головної балки,прийняту орієнтовно при статичному розрахунку головної балки. Головна балкабалочної клітки складається з стінки, двох полиць різної ширини в прольоті і вкрайніх ділянках, основних поперечних ребер жорсткості і двох опорних ребер. Власнийвага стінки

Власнийвага полиць

Власнийвага ребер жорсткості

Власнийвага головної балки

3.Розрахунокцентрально стислій колони

Навантаження, діючана колону, складається з навантаження, переданої головною балкою івласної ваги колони. Навантаження, що передається на колону головною балкою, зурахуванням уточненого власної ваги головної балки визначається наступнимчином:

Навантаження від вагиголовної балки

Розрахункове значеннянавантаження, що діє на головну балку

Сила, з якою дві головнихбалки діють на центральну колону

R гб = q р в€™ L = 16236.7 в€™ 18 = 292260.6кгс.

Власна вага 1 п.м.колони приймається орієнтовно 40-80 кгс/м.

Висота колони

Н до = Н-h гб -t н + h з = 9-1.86-0.1 +0.6 = 7.64м = 764 см.

Де Н - відмітка верхунастилу;

h гб - Висота головної балки;

t н - Висота настилу.

Вагаколони

G до = g до в€™ Н до = 60 в€™ 7.04 = 422.4кгс.

Поздовжнясила, що виникає в перетині максимально навантаженої колони

N = 292260.6 +422.4 = 292683кгс

3.1.Підбірперерізу стрижня

Рис.10

Прирозрахунку центрально-стиснутих елементів необхідно знати розрахункову довжину. Для цьогослід встановити розрахункову схему колони. При обпиранні головної балки наколону зверху, колона розглядається як шарнірно закріплена вгорі.Розрахункова довжина колони наскрізного перерізу

Дляколони застосовуємо сталь С235 з R y = 2350кгс/см 2 при товщині фасонного прокату до 20 мм. Здається гнучкістюколони О» = 40 (N Лѓ 200000кгс), коефіцієнт поздовжнього вигину П† = 0.894. Необхідну площу перерізуколони визначаємо за формулою

Даномузначенням площі відповідає перетин з 2-х двотаврів № 40 по ГОСТ 8239-89 зплощею А = 2 в€™ 72.6 = 145.2 см 2 і радіусом інерції

i x = 16.2см, i y = 3.03см

Гнучкістьколони

Якоївідповідає П† = 0.920.

Перевіряємочинне напруга

Умовавиконується, тобто підібране перетин задовольняє умові стійкостіцентрально стиснутого елемента відносно осі Х.

Післяпідбору перерізу стрижня колони по стійкості щодо матеріальної осі Хнеобхідно визначити відстань між гілками колони з умови рівностійкого.Наближено визначаємо необхідну гнучкість щодо вільної осі (дляколони з раскосную гратами О» y = О» x ).Задаємося гратами з рівнополочні куточків 50 * 5 мм в двох площинах А d = 2 в€™ 4.8 = 9.6см 2 . Гнучкість визначаємо за формулою

О‘ 1 - Коефіцієнт, визначений за табл. 8.1 Беленя Е.И. В«Металевіконструкції В».

ГнучкостіО» y відповідаєзначення радіусу інерції

Відстаньміж гілками

Отриманезначення повинно бути не менше ширини полиці двотавра плюс зазор, необхідний дляоправки внутрішніх поверхонь стрижня. В даному випадку b тр = 155 +100 = 255мм. Таким чином приймаємо відстань між гілками колони 470 мм.

Геометричніхарактеристики складеного перерізу колони

Цьомузначенню приведеної гнучкості відповідає значення поздовжнього вигину П†у = 0.924.Так як це значення більше П† х , перевірка стійкостіщодо осі Y не потрібна.

3.2 Розрахунок з'єднувальних елементівнаскрізний колони

Розрахунокз'єднувальних елементів стислих складових стрижнів повинен виконуватися наумовну поперечну силу Q fic ,прийняту постійною по всій довжині стрижня

Зусилляв розкосі визначимо за формулою

Деn - кількість розкосів, що беруть участьв сприйнятті поперечної сили, О± - кут між розкосами і поясом,приймається в діапазоні 45-55 В°.

П† min - Коефіцієнт поздовжнього згину, визначуваний залежно від гнучкостіраскоса, рівної

П† min = 0.871

Сумарненапруга стиснення раскоса

Де- Напруга врозкосі від стиснення колони;

- напруга врозкосі від дії поперечної сили.

Умовавиконується, отже стійкість раскоса забезпечена.

3.3 Розрахунок оголовка колони

Конструкціяого...ловка колони повинна забезпечити прийняте раніше шарнірне кріплення балки наопорах. Найпростішим способом реалізації шарнірного обпирання єпостановка балки на колону зверху, що забезпечує простоту монтажу.Розрахунковим елементом при такому обпиранні є ребро, підтримуюче плитуоголовка, товщину якої призначають конструктивно в межах 20-25 мм. Товщинуребра оголовка визначають з умови опору на зминання під повним опорнимтиском

Деl р = b +2 в€™ tпл = 25 +2 в€™ 2.5 = 30см - довжина ділянки зминання (b- Ширина опорного ребра, tпл- Товщина плити оголовка);

N- Опорний тиск головної балки;

R р - Розрахунковий опір зім'яту, прийняте рівним R un

R un = 3700кгс/см 2 по табл. 51 * СНиП в€Ґ -23-81В«Сталеві конструкціїВ», при листовому прокаті стали С235 товщиною 20 мм.

ЗаГОСТ 82-70 призначаємо 28 мм.

Шви,крепящие ребро до плити повинні бути розраховані на дію тієї ж сили N.Задаємося катетом шва до f , min = 7мм ≤ k f = 10мм ≤ до f , max = 1.2 в€™ t = 1.2 в€™ 8.4 = 10.08мм. Визначимо необхідну висоту швів з умови міцності по металу шва

зумови міцності металу на кордоні сплавки:

Призначимовисоту ребра з умов розміщення зварних швів 66 см, при цьому слід матизважаючи, що ці шви по відношенню до лінії дії зусилля Nє фланговими, а їх довжини призначаються не більше

85 в€™ ОІ f в€™ k f = 85 в€™ 0.7 в€™ 1 = 59.5см

Призначаємовисоту опорного ребра 59 см.

3.4 Розрахунок бази колони

Колонамає жорстке кріплення до фундаменту. Приймаємо діаметр анкерних болтів 30 мм. Фундаментпроектується з бетону В20 з розрахунковим опором стисненню R b = 115кгс/см 2 .

Визначаємонеобхідну площу плити з умови забезпечення міцності фундаменту

Ширинаопорної плити бази колони призначається конструктивно

Деh - висота гілки колони;

а- Звис плити, що приймається орієнтовно рівним 5-10 см.

Тодінеобхідна довжина плити

Виходячиз розмірів колони й зручності розміщення анкерних болтів призначаємо плиту 56 * 70см.

Розрахунковоїнавантаженням на плиту є тиск, рівний напруженню в фундаменті

Погоннанавантаження на ділянку плити дорівнює:

Визначимозгинальний момент на різних ділянках в плиті. Розрахунок ділянки плити слідвиробляти як консолі, при а/h Л‚ 0.5:

Якщоа/h Лѓ 0.5, то правильнішерозглядати плиту як пластину при обпиранні на три канта:

Приобпиранні на чотири канти:

Декоефіцієнт ОІ прийнятий за таблицею 8.7 Беленя Е.И. В«Металевіконструкції В»;

О±- Прийнятий по таблиці 8.6 Беленя Е.И. В«Металеві конструкціїВ»;

Ділянка1 працює як консольна балка з прольотом а = 6.8 см.

Ділянка2 працює як пластина, опертої на три сторони, проте при а/h = 0.27 Л‚ 0.5розрахунок ведеться як для консольного ділянки

Ділянка3 працює як пластина, опертої на чотири канти. При b/а = 46.17/19.5 = 2.4за таблицею 8.6 Є.І. Беленя В«Металеві конструкціїВ» приймаємо О± = 0.125.

Необхіднутовщину плити визначимо по максимальному моменту

Приймаємотовщину плити 3.6 см.

Висотатраверси визначається з умови розміщення зварних швів, що кріплять її до стрижняколони. Необхідна довжина швів при висоті катета до f = 10мм (товщину траверси призначаємо рівним 12 мм).

-по металу шва

зумови міцності металу на кордоні сплавки

Занайбільшому значенню призначаємо висоту траверси 60 см що менше максимальнодопустимої 85 в€™ до f = 85см.

Перевіркаміцності на вигин і зріз.

Згинальниймомент у місці прикріплення траверси до колони

Деq тр - Погонна навантаження на траверсу

Згинальниймомент в середині траверси

Поперечнасила в траверсі

Моментінерції перерізу траверси

Міцністьтраверси на вигин і зріз перевіримо за формулами

Міцністьтраверси на вигин і зріз забезпечена.

Бібліографічнийсписок

1. СНиП∥ -23-81 *.Норми проектування. Сталеві конструкції./Держбуд СССР.-Москва: Стройиздат,1988 рік.

2. СНиП2.01.07-85. Норми проектування. Навантаження і впливи./Держбуд СРСР. -Москва: Стройиздат, 1987 рік.

3. ГОСТ19903-74. Прокат листовий гарячекатаний/Держбуд СРСР. -Москва: Стройиздат, 1974 рік.

4. Металевіконструкції. Загальний курс./Під загальною редакцією Є.І. Беленя. - Москва:Стройиздат, 1985 рік.