МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РФ
САРАТОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра ПГС
Пояснювальна записка
до курсової роботи з дисципліни «Металеві конструкції»
Виконав:
Прийняв:
Саратов 2006
Зміст
Введення ................................................. .................................................. ........ 2
1.Ісходние дані .............................................. ........................................... 2
2.Конструктівная схема балочної клітки ............................................ ......... 2
3.Основні положення з розрахунку конструкцій ........................................... 3
4.Составленіе варіантів балочної клітки ............................................ ........ 4
4.1.Варіант № 1 ............................................. .................................................. 6
4.1.1.Расчет настилу ............................................ ............................................ 6
4.1.2.Расчет балок настилу ........................................... ................................... 8
4.1.3.Расчет допоміжних балок ........................................... ................. 11
4.2.Варіант № 2 ............................................. ................................................ 14
4.2.1.Расчет настилу ............................................ .......................................... 14
4.2.2.Расчет балок настилу ........................................... ................................. 16
4.2.3.Расчет допоміжних балок ........................................... ................. 19
4.3.Варіант № 3 ............................................. ................................................ 22
4.3.1.Расчет настилу ............................................ .......................................... 22
4.3.2.Расчет балок настилу ........................................... ................................. 24
4.3.3.Расчет допоміжних балок ........................................... ................. 26
5.Сравненіе варіантів .............................................. ................................... 29
6.Проектірованіе складовою балки ............................................. ................ 30
6.1.Компоновка і підбір перерізу балки ........................................... ......... 30
6.2.Проверка міцності балки ............................................. ........................ 33
6.3.Проверка і забезпечення місцевої стійкості елементів перерізу головної балки 35
6.4.Расчет з'єднання поясів балки зі стінкою .......................................... 40
6.5.Конструірованіе і розрахунок опорної частини балки .................................. 41
6.6.Конструкція і розрахунок сполучення допоміжної балки з головною балкою 43
6.7.Конструірованіе монтажного стику головної балки ... ... ... ... ... ... .... ... 43
7.Конструкція і розрахунок колони ............................................ ..................... 45
7.1.Общіе відомості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
7.2.Конструірованіе і розрахунок стрижня колони ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
7.3. Конструювання і розрахунок планки колони ......................................... 49
7.4.Конструірованіе і розрахунок бази колони ........................................... .. 49
7.5.Конструірованіе і розрахунок оголовка колони ...................................... 51
Список літератури ................................................ ....................................... 53
ВСТУП
У роботі представлені принципи і правила проектування металевих конструкцій балочної майданчики промислової будівлі, відображена основна технологічна послідовність конструювання та розрахунку її елементів.
До складу майданчика включені такі конструкції: сталевий настил, балки настилу і допоміжні балки з прокатних двотаврів, головні балки складеного двотаврового перерізу (зварені), сталеві колони наскрізного перерізу.
Розрахунок елементів металевих конструкцій проводиться за методом граничних станів з використанням міжнародної системи одиниць СІ. Розрахунок конструкцій вироблено з необхідною точністю та у відповідність з положенням з розрахунку і конструктивними вимогами СНиП 2-23-81 * «Сталеві конструкції».
Виконання розрахунково-графічної роботи провадиться за заданим вихідним даним.
1. Вихідні дані
Робочі площадки служать для розміщення виробничого обладнання на певній висоті в приміщенні цеху промислової будівлі. У конструкцію майданчика входять колони, балки, настил і зв'язку. Система несучих балок сталевого покриття називається балочної клітиною.
Вихідні дані:
- Корисне навантаження -
- Проліт - L = 14 м
- Крок колон - l = 5 м
- Висота колони - H = 6 м
- Колони - наскрізні з планками.
- Тип підлоги - I
- Клас бетону фундаменту В12, 5.
Розрахунок починають із складання розрахункових схем споруди в цілому і його окремих елементів. Складанню розрахункових схем повинна передувати робота щодо компонування окремих конструкцій з попередньою ескізної опрацюванням креслень елементів і їх сполучень.
Визначивши за прийнятою розрахунковій схемі зусилля в конструкції або її елементах (статичний розрахунок), виробляють підбір їх перетинів (конструктивний розрахунок), перевіряють несучу здатність і жорсткість конструкцій. Якщо хоча б одна з перевірок не задовольняється, уточнюють розміри перерізів.
З цією метою слід складемо 3 варіанти розташування допоміжних балок і балок настилу. Після статичного і конструктивного розрахунків настилу і балок для всіх варіантів зробимо їх порівняння за витраті стали на 1м ² площі перекриття балкової клітки і кількості монтажних одиниць.
Після цього виберемо найбільш вигідний варіант балочної клітки по витраті стали і кількості монтажних одиниць. У випадку однакової витрати сталі, перевагу слід віддавати варіанту з найменшою кількістю монтажних одиниць.
Рис. 2
4.1.Варіант № 1
4.1.1. Розрахунок настилу
Приймаються сталь С245 (т.к II гр.)
Збір навантажень: Таблиця 1
Листи настилу кріпляться до верхніх полиць балок настилу за допомогою зварювання кутовими швами катетом не менше 4 мм. Для зручності зварювання ширина листа повинна бути на 15-20 мм менше кроку балок настилу (див. роб. Креслення). При навантаженнях, що не перевищують 50 кН / м ², і відносному прогині менше граничного, який приймається для всіх настилів рівним [f / l] = 1 / 150, міцність шарнірно закріпленого по краях сталевого настилу завжди буде забезпечена, і його треба розраховувати тільки на жорсткість ( прогин).
Визначимо найменшу товщину настилу при заданому прольоті балок настилу lн при lн = 100 см.
де
qн-нормативне навантаження на настил;
tн = 1,16 см. За сортаменту приймаємо tн = 12 мм.
Настил кріпиться до балок настилу суцільними зварними швами.
Визначимо розтяжне зусилля Н, що діє на 1 погонний
де γf-коефіцієнт надійності за навантаженням (γf = 1,05).
1. Розрахунок по металу шва
- Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (табл. 34 * СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва gwf = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *)
Відповідно до табл. 55 СНиП II-23-81 * приймаємо електроди типу Е42 для сталі С245.
Розрахунковий опір металу шва R wf = 180 МПа (за т.56 СНиП II-23-81 *).
2.Расчет по металу кордону сплаву.
- Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва = 0,45 Run. За т.51 * СНиП II-23-81 *
для сталі С245 Run = 370 МПа.Rwz = 0.45 · 370 = 166.5 МПа = 16,65 кН/см2.
gwz = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *);
Приймаються необхідний катет шва kf = 5 мм (відповідно до табл.38 СНиП II-23-81 *)
4.1.2.Расчет балок настилу
Збір навантаження: Таблиця 2
Визначення питомої ваги настилу.
Погонна навантаження на балку настилу:
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження:
Необхідний момент опору при с1 = 1,1:
За сортаментом приймаємо двотавр № 12 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 350см4, Wх = 58,4 СМ4, Sх = 33,7 см3, b = 64 мм, t = 7,3 мм, d = 4,8 мм, h = 120 мм, mбн = 11,5 кг / м).
Перевірка нормальних напружень
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 6,4 · 0,73 = 4,672 см2;
Аw = (h-2t) d = (12-2 · 0,73) 0,48 = 5,0592 см2
25,51 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 32,1181 × 2 × 0,5 = 32,1181 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
4,237 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 200 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030272 · 100 = 0,30272 кН / см;
Jx = 350 СМ4
0,00437> 0,004 => жорсткість балки не забезпечена.
За сортаментом приймаємо двотавр № 14 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 572см4, Wх = 81,7 СМ4, Sх = 46,8 см3, b = 73 мм, t = 7,5 мм, d = 4,9 мм, h = 140 мм, mбн = 13,7 кг / м).
Перевірка нормальних напружень
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
17,87 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 7,3 · 0,75 = 5,475 см2;
Аw = (h-2t) d = (14-2 · 0.75) 0.49 = 6,125 см2
18,19 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 32,1181 × 2 × 0,5 = 32,1181 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
3,5 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 200 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030272 · 100 = 0,30272 кН / см;
Jx = 572 СМ4
0,0026 <0,004 => жорсткість балки забезпечена.
4.1.3.Расчет допоміжних балок
Збір навантажень:
Таблиця 3
Визначимо питому вагу балок настилу.
Навантаження з балок настилу передається на допоміжні балки у вигляді зосереджених сил. При частому розташуванні балок настилу (4 і більше) можна замінити зосереджені сили еквівалентної рівномірно розподіленим навантаженням.
Погонна навантаження на балку настилу:
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження обчислюємо за формулою:
Перевірка міцності
Рис.5
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
24,67 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 14,5 · 1,23 = 17,835 см2;
Аw = (h-2t) d = (36-2 · 1,23) 0.75 = 25,155 см2;
24,69 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qвб lвб × 0,5 = 64,5239 · 5 × 0,5 = 161,30975 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
6,8 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lвб = 500 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030409 · 200 = 0,60818 кН / см;
Jx = 13380 СМ4
0,00359 <0,004 => жорсткість балки забезпечена
При додатку зосередженої навантаж через полицю допоміжної балки в місці, не укріпленому поперечним ребром, стінка балки повинна бути перевірена на міцність від місцевого тиску за формулою
де Fбн = 64,5239 кН / м - розрахункова зосереджене навантаження;
t = 1,23 - товщина стінки допоміжної балки;
lef = b +2 tef = 14,5 +2 · 2,63 = 19,76 (см) - умовна довжина розподілу навантаж, де b = 14,5-ширина полиці балки настилу;
tef = t + r = 1,23 +1,4 = 2,63 (см) - відстань від навантаженої грані полиці до початку внутрішнього закруглення стінки, де t = 1,23 см; r = 1,4 см.
Ryγc = 24.1, 1 = 26,4;
2,65 <26,4 - умова виконана => стінка балки володіє міцністю від місцевого тиску.
Перевірка загальної стійкості балки
4.2.Варіант № 2
4.2.1.Расчет настилу САРАТОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра ПГС
Пояснювальна записка
до курсової роботи з дисципліни «Металеві конструкції»
Виконав:
Прийняв:
Саратов 2006
Зміст
Введення ................................................. .................................................. ........ 2
1.Ісходние дані .............................................. ........................................... 2
2.Конструктівная схема балочної клітки ............................................ ......... 2
3.Основні положення з розрахунку конструкцій ........................................... 3
4.Составленіе варіантів балочної клітки ............................................ ........ 4
4.1.Варіант № 1 ............................................. .................................................. 6
4.1.1.Расчет настилу ............................................ ............................................ 6
4.1.2.Расчет балок настилу ........................................... ................................... 8
4.1.3.Расчет допоміжних балок ........................................... ................. 11
4.2.Варіант № 2 ............................................. ................................................ 14
4.2.1.Расчет настилу ............................................ .......................................... 14
4.2.2.Расчет балок настилу ........................................... ................................. 16
4.2.3.Расчет допоміжних балок ........................................... ................. 19
4.3.Варіант № 3 ............................................. ................................................ 22
4.3.1.Расчет настилу ............................................ .......................................... 22
4.3.2.Расчет балок настилу ........................................... ................................. 24
4.3.3.Расчет допоміжних балок ........................................... ................. 26
5.Сравненіе варіантів .............................................. ................................... 29
6.Проектірованіе складовою балки ............................................. ................ 30
6.1.Компоновка і підбір перерізу балки ........................................... ......... 30
6.2.Проверка міцності балки ............................................. ........................ 33
6.3.Проверка і забезпечення місцевої стійкості елементів перерізу головної балки 35
6.4.Расчет з'єднання поясів балки зі стінкою .......................................... 40
6.5.Конструірованіе і розрахунок опорної частини балки .................................. 41
6.6.Конструкція і розрахунок сполучення допоміжної балки з головною балкою 43
6.7.Конструірованіе монтажного стику головної балки ... ... ... ... ... ... .... ... 43
7.Конструкція і розрахунок колони ............................................ ..................... 45
7.1.Общіе відомості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
7.2.Конструірованіе і розрахунок стрижня колони ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
7.3. Конструювання і розрахунок планки колони ......................................... 49
7.4.Конструірованіе і розрахунок бази колони ........................................... .. 49
7.5.Конструірованіе і розрахунок оголовка колони ...................................... 51
Список літератури ................................................ ....................................... 53
ВСТУП
У роботі представлені принципи і правила проектування металевих конструкцій балочної майданчики промислової будівлі, відображена основна технологічна послідовність конструювання та розрахунку її елементів.
До складу майданчика включені такі конструкції: сталевий настил, балки настилу і допоміжні балки з прокатних двотаврів, головні балки складеного двотаврового перерізу (зварені), сталеві колони наскрізного перерізу.
Розрахунок елементів металевих конструкцій проводиться за методом граничних станів з використанням міжнародної системи одиниць СІ. Розрахунок конструкцій вироблено з необхідною точністю та у відповідність з положенням з розрахунку і конструктивними вимогами СНиП 2-23-81 * «Сталеві конструкції».
Виконання розрахунково-графічної роботи провадиться за заданим вихідним даним.
1. Вихідні дані
Робочі площадки служать для розміщення виробничого обладнання на певній висоті в приміщенні цеху промислової будівлі. У конструкцію майданчика входять колони, балки, настил і зв'язку. Система несучих балок сталевого покриття називається балочної клітиною.
Вихідні дані:
- Корисне навантаження -
- Проліт - L = 14 м
- Крок колон - l = 5 м
- Висота колони - H = 6 м
- Колони - наскрізні з планками.
- Тип підлоги - I
- Клас бетону фундаменту В12, 5.
2. Конструктивна схема балочної клітки.
Балочна клітина складається з наступних елементів: сталевого настилу (Н), що укладається по балках настилу (БН), допоміжних балок (СБ), та головних балок (ГБ), що розташовані зазвичай паралельно довшій стороні перекриття. Таким чином, балки настилу сприймають корисне навантаження від маси настилу та статі. Допоміжні балки передають все навантаження від балок настилу на головні балки, а головні балки - на колони або стіни.3.Основні ПОЛОЖЕННЯ ПО РОЗРАХУНКУ КОНСТРУКЦІЙ
Мета розрахунку - забезпечити задані умови експлуатації та необхідну міцність і стійкість при мінімальній витраті матеріалу і мінімальних затратах праці на виготовлення і монтаж. Розрахунок проводиться з використанням методів опору матеріалів та будівельної механіки. Основним завданням цих методів є визначення внутрішніх зусиль, які виникають у конструкціях під впливом прикладених навантажень.Розрахунок починають із складання розрахункових схем споруди в цілому і його окремих елементів. Складанню розрахункових схем повинна передувати робота щодо компонування окремих конструкцій з попередньою ескізної опрацюванням креслень елементів і їх сполучень.
Визначивши за прийнятою розрахунковій схемі зусилля в конструкції або її елементах (статичний розрахунок), виробляють підбір їх перетинів (конструктивний розрахунок), перевіряють несучу здатність і жорсткість конструкцій. Якщо хоча б одна з перевірок не задовольняється, уточнюють розміри перерізів.
4. Складання варіантів балочної клітки.
При проектуванні балочної клітки завдання зводиться до того, щоб шляхом техніко-економічного порівняння різних варіантів знайти найбільш економічну конструкцію балочної клітки по витраті матеріалу на 1 м ² площі перекриття.З цією метою слід складемо 3 варіанти розташування допоміжних балок і балок настилу. Після статичного і конструктивного розрахунків настилу і балок для всіх варіантів зробимо їх порівняння за витраті стали на 1м ² площі перекриття балкової клітки і кількості монтажних одиниць.
Після цього виберемо найбільш вигідний варіант балочної клітки по витраті стали і кількості монтажних одиниць. У випадку однакової витрати сталі, перевагу слід віддавати варіанту з найменшою кількістю монтажних одиниць.
Рис. 2
4.1.Варіант № 1
4.1.1. Розрахунок настилу
Приймаються сталь С245 (т.к II гр.)
| Вид навантаження | |||
| Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 29,33 | 31,129 |
Листи настилу кріпляться до верхніх полиць балок настилу за допомогою зварювання кутовими швами катетом не менше 4 мм. Для зручності зварювання ширина листа повинна бути на 15-20 мм менше кроку балок настилу (див. роб. Креслення). При навантаженнях, що не перевищують 50 кН / м ², і відносному прогині менше граничного, який приймається для всіх настилів рівним [f / l] = 1 / 150, міцність шарнірно закріпленого по краях сталевого настилу завжди буде забезпечена, і його треба розраховувати тільки на жорсткість ( прогин).
Визначимо найменшу товщину настилу при заданому прольоті балок настилу lн при lн = 100 см.
де
qн-нормативне навантаження на настил;
tн = 1,16 см. За сортаменту приймаємо tн = 12 мм.
Настил кріпиться до балок настилу суцільними зварними швами.
Визначимо розтяжне зусилля Н, що діє на 1 погонний
де γf-коефіцієнт надійності за навантаженням (γf = 1,05).
1. Розрахунок по металу шва
- Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (табл. 34 * СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва gwf = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *)
Відповідно до табл. 55 СНиП II-23-81 * приймаємо електроди типу Е42 для сталі С245.
Розрахунковий опір металу шва R wf = 180 МПа (за т.56 СНиП II-23-81 *).
2.Расчет по металу кордону сплаву.
- Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва = 0,45 Run. За т.51 * СНиП II-23-81 *
для сталі С245 Run = 370 МПа.Rwz = 0.45 · 370 = 166.5 МПа = 16,65 кН/см2.
gwz = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *);
Приймаються необхідний катет шва kf = 5 мм (відповідно до табл.38 СНиП II-23-81 *)
4.1.2.Расчет балок настилу
Збір навантаження: Таблиця 2
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, | f | Розрахункове навантаження, | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 12мм | 0,942 | 1,05 | 0,9891 |
| 5 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 30,272 | 32,1181 |
Визначення питомої ваги настилу.
Погонна навантаження на балку настилу:
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження:
Необхідний момент опору при с1 = 1,1:
За сортаментом приймаємо двотавр № 12 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 350см4, Wх = 58,4 СМ4, Sх = 33,7 см3, b = 64 мм, t = 7,3 мм, d = 4,8 мм, h = 120 мм, mбн = 11,5 кг / м).
Перевірка нормальних напружень
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 6,4 · 0,73 = 4,672 см2;
Аw = (h-2t) d = (12-2 · 0,73) 0,48 = 5,0592 см2
25,51 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 32,1181 × 2 × 0,5 = 32,1181 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
4,237 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 200 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030272 · 100 = 0,30272 кН / см;
Jx = 350 СМ4
0,00437> 0,004 => жорсткість балки не забезпечена.
За сортаментом приймаємо двотавр № 14 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 572см4, Wх = 81,7 СМ4, Sх = 46,8 см3, b = 73 мм, t = 7,5 мм, d = 4,9 мм, h = 140 мм, mбн = 13,7 кг / м).
Перевірка нормальних напружень
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
17,87 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 7,3 · 0,75 = 5,475 см2;
Аw = (h-2t) d = (14-2 · 0.75) 0.49 = 6,125 см2
18,19 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 32,1181 × 2 × 0,5 = 32,1181 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
3,5 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 200 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030272 · 100 = 0,30272 кН / см;
Jx = 572 СМ4
0,0026 <0,004 => жорсткість балки забезпечена.
4.1.3.Расчет допоміжних балок
Збір навантажень:
Таблиця 3
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, | f | Розрахункове навантаження, | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 12мм | 0,942 | 1,05 | 0,9891 |
| 5 | Балки настилу № 14 | 0,137 | 1,05 | 0,14385 |
| 6 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 30,409 | 32,26195 |
Навантаження з балок настилу передається на допоміжні балки у вигляді зосереджених сил. При частому розташуванні балок настилу (4 і більше) можна замінити зосереджені сили еквівалентної рівномірно розподіленим навантаженням.
Погонна навантаження на балку настилу:
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження обчислюємо за формулою:
Перевірка міцності
Рис.5
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
24,67 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 14,5 · 1,23 = 17,835 см2;
Аw = (h-2t) d = (36-2 · 1,23) 0.75 = 25,155 см2;
24,69 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qвб lвб × 0,5 = 64,5239 · 5 × 0,5 = 161,30975 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
6,8 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lвб = 500 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030409 · 200 = 0,60818 кН / см;
Jx = 13380 СМ4
0,00359 <0,004 => жорсткість балки забезпечена
При додатку зосередженої навантаж через полицю допоміжної балки в місці, не укріпленому поперечним ребром, стінка балки повинна бути перевірена на міцність від місцевого тиску за формулою
де Fбн = 64,5239 кН / м - розрахункова зосереджене навантаження;
t = 1,23 - товщина стінки допоміжної балки;
lef = b +2 tef = 14,5 +2 · 2,63 = 19,76 (см) - умовна довжина розподілу навантаж, де b = 14,5-ширина полиці балки настилу;
tef = t + r = 1,23 +1,4 = 2,63 (см) - відстань від навантаженої грані полиці до початку внутрішнього закруглення стінки, де t = 1,23 см; r = 1,4 см.
Ryγc = 24.1, 1 = 26,4;
2,65 <26,4 - умова виконана => стінка балки володіє міцністю від місцевого тиску.
Перевірка загальної стійкості балки
4.2.Варіант № 2
Приймаються сталь С245 (т.к II гр.)
Рис. 6
| Вид навантаження | |||
| Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 29,33 | 31,129 |
Листи настилу кріпляться до верхніх полиць балок настилу за допомогою зварювання кутовими швами катетом не менше 4 мм. Для зручності зварювання ширина листа повинна бути на 15-20 мм менше кроку балок настилу (див. роб. Креслення). При навантаженнях, що не перевищують 50 кН / м ², і відносному прогині менше граничного, який приймається для всіх настилів рівним [f / l] = 1 / 150, міцність шарнірно закріпленого по краях сталевого настилу завжди буде забезпечена, і його треба розраховувати тільки на жорсткість ( прогин).
Визначимо найменшу товщину настилу при заданому прольоті балок настилу lн при lн = 62,5 см.
де
qн-нормативне навантаження на настил;
tн = 0,73 см. За сортаменту приймаємо tн = 8 мм.
Настил кріпиться до балок настилу суцільними зварними швами.
Визначимо розтяжне зусилля Н, що діє на 1 погонний
де γf-коефіцієнт надійності за навантаженням (γf = 1,05).
1. Розрахунок по металу шва
- Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (табл. 34 * СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва gwf = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *)
Відповідно до табл. 55 СНиП II-23-81 * приймаємо електроди типу Е42 для сталі С245.
Розрахунковий опір металу шва R wf = 180 МПа (за т.56 СНиП II-23-81 *).
2.Расчет по металу кордону сплаву.
- Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва = 0,45 Run. За т.51 * СНиП II-23-81 *
для сталі С245 Run = 370 МПа.Rwz = 0.45 · 370 = 166.5 МПа = 16,65 кН/см2.
gwz = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *);
Приймаються необхідний катет шва kf = 5 мм (відповідно до табл.38 СНиП II-23-81 *)
4.2.2.Расчет балок настилу
Збір навантаження: Таблиця 5
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, | f | Розрахункове навантаження, | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 8мм | 0,628 | 1,05 | 0,6594 |
| 5 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 29,958 | 31,7884 |
Визначення питомої ваги настилу.
Рис.7
Погонна навантаження на балку настилу
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження:
Необхідний момент опору при с1 = 1,1:
За сортаментом приймаємо двотавр № 16 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 873см4, Wх = 109см4, Sх = 62.3 см3, b = 81 мм, t = 7,8 мм, d = 5.0 мм, h = 160 мм, mбн = 15.9 кг / м).
Перевірка нормальних напружень
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25.37 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 8.1 · 0,78 = 6.318м2;
Аw = (h-2t) d = (16-2 · 0,78) 0,5 = 7.22 см2
25,78 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 19.86775 × 3.5 × 0,5 = 34.76856 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
3.18 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 350 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0029958 · 62.5 = 0,1872375 кН / см;
Jx = 873 СМ4
0,0058> 0,004 => жорсткість балки не забезпечена.
За сортаментом приймаємо двотавр № 18 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 1290см4, Wх = 143см4, Sх = 81.4 см3, b = 90 мм, t = 8,1 мм, d = 5,1 мм, h = 180 мм, mбн = 18,4 кг / м).
Перевірка нормальних напружень
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
19,34 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 9.0, 81 = 7,29 см2;
Аw = (h-2t) d = (18-2 · 0.81) 0.51 = 8,3538 см2
19,64 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 19,86775 × 3,5 × 0,5 = 34,76856 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
2,81 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 350см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0029958 · 62,5 = 0,1872375 кН / см;
Jx = 1290 СМ4
0,00393 <0,004 => жорсткість балки забезпечена.
4.2.3.Расчет допоміжних балок
Збір навантажень:
Таблиця 6
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, | f | Розрахункове навантаження, | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 8мм | 0,628 | 1,05 | 0,6594 |
| 5 | Балки настилу № 18 | 0,2944 | 1,05 | 0,30912 |
| 6 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 30,2524 | 32,09752 |
Навантаження з балок настилу передається на допоміжні балки у вигляді зосереджених сил. При частому розташуванні балок настилу (4 і більше) можна замінити зосереджені сили еквівалентної рівномірно розподіленим навантаженням.
Погонна навантаження на балку настилу:
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження обчислюємо за формулою:
Необхідний момент опору при с1 = 1,1:
За сортаментом приймаємо двотавр № 45 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 27696 СМ4, Wх = 1231см4, Sх = 708 см3, b = 160 мм, t = 14,2 мм, d = 9 мм, h = 450 мм, mбн = 66 , 5 кг / м).
Перевірка міцності
Рис.8
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25,92 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 16.1, 42 = 22,72 см2;
Аw = (h-2t) d = (45-2 · 1,42) 0.9 = 37,944 см2;
25,69 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qвб lвб × 0,5 = 112,34 · 5 × 0,5 = 280,85 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
5,056 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lвб = 500 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,00302524 · 350 = 1,058834 кН / см;
Jx = 27696 СМ4
0,003 <0,004 => жорсткість балки забезпечена
При додатку зосередженої навантаж через полицю допоміжної балки в місці, не укріпленому поперечним ребром, стінка балки повинна бути перевірена на міцність від місцевого тиску за формулою
де Fбн = 112,34 * 0,625 = 70,2125 кН / м - розрахункова зосереджене навантаження;
lef = b +2 tef = 16 +2 · 3,02 = 22,04 (см) - умовна довжина розподілу навантаж, де b = 16-ширина полиці балки настилу;
tef = t + r = 1,42 +1,6 = 3,02 (см) - відстань від навантаженої грані полиці до початку внутрішнього закруглення стінки.
Ryγc = 24.1, 1 = 26,4;
2,243 <26,4 - умова виконана => стінка балки володіє міцністю від місцевого тиску.
Перевірка загальної стійкості балки
4.3.Варіант № 3
4.3.1.Расчет настилу
Приймаються сталь С245 (т.к II гр.)
Рис. 9
| Вид навантаження | |||
| Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 29,33 | 31,129 |
Листи настилу кріпляться до верхніх полиць балок настилу за допомогою зварювання кутовими швами катетом не менше 4 мм. Для зручності зварювання ширина листа повинна бути на 15-20 мм менше кроку балок настилу (див. роб. Креслення). При навантаженнях, що не перевищують 50 кН / м ², і відносному прогині менше граничного, який приймається для всіх настилів рівним [f / l] = 1 / 150, міцність шарнірно закріпленого по краях сталевого настилу завжди буде забезпечена, і його треба розраховувати тільки на жорсткість ( прогин).
Визначимо найменшу товщину настилу при заданому прольоті балок настилу lн при lн = 125 см.
де
qн-нормативне навантаження на настил;
tн = 1,45 см. За сортаменту приймаємо tн = 16 мм.
Настил кріпиться до балок настилу суцільними зварними швами.
Визначимо розтяжне зусилля Н, що діє на 1 погонний
де γf-коефіцієнт надійності за навантаженням (γf = 1,05).
1. Розрахунок по металу шва
- Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (табл. 34 * СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва gwf = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *)
Відповідно до табл. 55 СНиП II-23-81 * приймаємо електроди типу Е42 для сталі С245.
Розрахунковий опір металу шва R wf = 180 МПа (за т.56 СНиП II-23-81 *).
2.Расчет по металу кордону сплаву.
- Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81 *)
- Коефіцієнт умов праці шва = 0,45 Run. За т.51 * СНиП II-23-81 *
для сталі С245 Run = 370 МПа.Rwz = 0.45 · 370 = 166.5 МПа = 16,65 кН/см2.
gwz = 1 (за п.11.2 СНиП II-23-81 *);
Приймаються необхідний катет шва kf = 5 мм (відповідно до табл.38 СНиП II-23-81 *)
4.3.2.Расчет балок настилу
Збір навантаження: Таблиця 8
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, | f | Розрахункове навантаження, | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 16мм | 1,256 | 1,05 | 1,3188 |
| 5 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 30,586 | 32,4478 |
Визначення питомої ваги настилу.
Рис.10
Погонна навантаження на балку настилу
Максимальний згинальний момент від розрахункового навантаження:
Необхідний момент опору при с1 = 1,1:
За сортаментом приймаємо двотавр № 14ГОСТ 8239-89 (ІХ = 572см4, Wх = 81,7 СМ4, Sх = 46,8 см3, b = 73 мм, t = 7,5 мм, d = 4,9 мм, h = 140 мм , mбн = 13,7 кг / м).
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
22,57 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 7,3 · 0,75 = 5,475 м2;
Аw = (h-2t) d = (14-2 · 0,75) 0,49 = 6,125 см2
22,97 <26,4 - умова міцності виконується
Перерізуюча сила на опорі:
Qmax = qбн lбн × 0,5 = 40,55975 × 2 × 0,5 = 40,55975 кН;
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
4,4247 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lбн = 350 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,0030586 · 125 = 0,382325 кН / см;
Jx = 572 СМ4
0,0034> 0,004 => жорсткість балки забезпечена.
4.3.3.Расчет допоміжних балок
Збір навантажень:
Таблиця 9
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, | f | Розрахункове навантаження, | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 16мм | 1,256 | 1,05 | 1,3188 |
| 5 | Балки настилу № 14 | 0,1096 | 1,05 | 0,11508 |
| 6 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом: | 30,6956 | 32,55788 |
Навантаження з балок настилу передається на допоміжні балки у вигляді зосереджених сил. При частому розташуванні балок настилу (4 і більше) можна замінити зосереджені сили еквівалентної рівномірно розподіленим навантаженням.
Необхідний момент опору при с1 = 1,1:
За сортаментом приймаємо двотавр № 36 ГОСТ 8239-89 (ІХ = 13380см4, Wх = 732см4, Sх = 423 см3, b = 145 мм, t = 12,3 мм, d = 7,5 мм, h = 360 мм, mбн = 48,6 кг / м).
Перевірка міцності
Рис.11
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
24,898 <26,4 - умова міцності виконується
Уточнимо коефіцієнт з1 = з по табл. 66 СНиП II-23-81 *
АF = bt = 14,5 · 1,23 = 17,84 см2;
Аw = (h-2t) d = (36-2 · 1,23) 0.75 = 25,115 см2;
24,92 <26,4 - умова міцності виконується
Перевірка дотичних напружень.
RS gс =
5,15 <14.94 => умова виконується.
Перевірка жорсткості.
lвб = 500 см;
Е = 2,06 · 104 кН/см2;
qн = 0,00306956 · 200 = 0,613912 кН / см;
Jx = 13380см4
0,0036 <0,004 => жорсткість балки забезпечена
При додатку зосередженої навантаж через полицю допоміжної балки в місці, не укріпленому поперечним ребром, стінка балки повинна бути перевірена на міцність від місцевого тиску за формулою
де Fбн = 81,39 кН-розрахункова зосереджене навантаження;
lef = b +2 tef = 14 +2 · 2,63 = 19,76 (см) - умовна довжина розподілу навантаж, де b = 16-ширина полиці балки настилу;
tef = t + r = 1,23 +1,4 = 2,63 (см) - відстань від навантаженої грані полиці до початку внутрішнього закруглення стінки.
Ryγc = 24.1, 1 = 26,4;
3,35 <26,4 - умова виконана => стінка балки володіє міцністю від місцевого тиску.
Перевірка загальної стійкості балки
5. ПОРІВНЯННЯ ВАРІАНТІВ балкової клітини.
Таблиця 10
| Найменування елементів | 1 - варіант | 2 - варіант | 3 - варіант | |||
| Витрата сталі, кг / | Кількість балок, шт | Витрата сталі, кг / | Кількість балок, шт | Витрата сталі, кг / | Кількість балок, шт | |
| Сталевий настил | 94,2 | 35 | 62,8 | 40 | 125,6 | 28 |
| Балки настилу | 13,7 | 28 | 29,44 | 35 | 10,96 | 21 |
| Допоміжні балки | 24,3 | 8 | 19 | 4 | 24,3 | 8 |
| РАЗОМ: | 132,2 | 71 | 111,24 | 79 | 160,86 | 57 |
6. ПРОЕКТУВАННЯ Складові балки
Збір навантаження на головну балку Таблиця 11
| Найменування навантаження | Нормативна навантаження, кН/м2 | f | Розрахункове навантаження, кН/м2 | |
| 1 | Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| 2 | Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| 3 | Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| 4 | Сталевий настил t = 8мм | 0,628 | 1,05 | 0,6594 |
| 5 | Балки настилу № 18 | 0,2944 | 1,05 | 0,30912 |
| 6 | Допоміжна балка № 45 | 0,19 | 1,05 | 0,1995 |
| 7 | Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| 8 | Разом: | 30,4424 | 32,29702 |
Перетин складовою зварної балки складається з трьох аркушів: вертикального - стінки і двох горизонтальних - полиць.
Максимальний розрахунковий згинальний момент і максимальна перерізуюча сила визначаємо з урахуванням власної ваги головної балки, множенням розрахунковим значень на коефіцієнт a = 1,02.
Рис. 12
Мрасч = 3956,4 кНм;
Мmax = 1,02 · 3956,4 = 4074,68 кНм;
Qрасч = 2 * 565,2 = 1130,4 кН;
Qmax = 1,02 · 1130,4 = 1164,3 кН;
Знайдемо необхідний момент опору за формулою:
де gс = 1,1
Визначимо мінімально допустиму висоту балки
Визначимо оптимальну висоту балки, відповідну найменшому витраті стали:
k = 1,2;
Приймаються tw = 12мм
Приймаються висоту головної балки
З умови зрізу визначаємо мінімальну товщину стінки (без урахування роботи поясів)
Приймаємо товщину стінки 10 мм.
Щоб забезпечити місцеву стійкість стінки без зміцнення поздовжніми ребрами жорсткості необхідно щоб
1> 0,78 => не потрібно зміцнення стінки додатковими ребрами.
Підбір перерізу поясів
Необхідний момент інерції перерізу
Момент інерції стінки:
Необхідний момент інерції полиць:
Jf тр = Jтр - JW;
Jf тр = 1003236-166698 = 836538 СМ4;
Необхідна площа перерізу полиці:
Нехай
tf = Af / bf = 102,12 / 53 ≈ 20 мм.
Уточнимо площа перерізу полиці:
Af = bf tf = 53.2 = 106 см2.
Для забезпечення стійкості стислого пояса балки необхідне виконання умови:
bef = (bf-tw) / 2 = (530-10) / 2 = 260;
13 <14,65 => стійкість стиснутого пояса забезпечена.
6.2.Проверка міцності
Момент інерції:
Момент опору:
Статичний момент:
Rg gс = 1,1 × 24 = 26.4 кН/см2
25,29 <26,4 - умова міцності виконується.
Вибираємо листовий прокат для поясів 530х20х14000, для стінки 1300х10х14000.
Оскільки проліт 14 м, то економічно доцільно зменшити перетин балки. Зменшення перерізу будемо робити на відстані 1 / 6 прольоту балки від опори, тобто х = 2,33 м.
Рис. 15
З урахуванням власної ваги головної балки М / = 1,02 · 2306 = 2352,12 кНм.
Визначимо необхідний момент опору і момент інерції зміненого перерізу, виходячи з міцності зварного стикового шва, що працює на розтяг.
Приймаються пояс шириною 400 мм.
Уточнимо площа перерізу полиці:
Af1 = bf1 tf = 40.2 = 80 см2.
Рис. 16
Геометричні характеристики перерізу балки
Момент інерції
Момент опору
Статичний момент
18,6 <22,44 кН/см2-умова міцності виконується.
Максимальне дотичне напруження в балці
RS gс = 0,58 × 24.1, 1 = 15,3 кН/см2
10,06 <15,3 - перевірка виконується.
6.3. Перевірка та забезпечення місцевої стійкості елементів головної балки
Перевіримо стійкість стінки і визначимо необхідність постановки ребер жорсткості. Умовна гнучкість стінки визначається за формулою
4,3> 3,2 => необхідне зміцнення стінки ребрами жорсткості.
Виконуємо постановку ребер жорсткості в місцях передачі навантаження від допоміжної балки на головну.
Рис. 17
Ширина ребер:
Приймаються bh = 90 мм.
Товщина ребра
Приймаються tS = 7 мм.
Балка розбита на п'ять відсіків.
Перевірка стійкості стінки в першому відсіку.
Перевірка виконується в перетині розташованому на відстані 0,96 від першого ребра жорсткості, тобто на відстані х1 = 1,75-1,26 = 0,49 м від опори.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Площа перерізу балки в цьому відсіку:
А = 1.126 +2 · 40.2 = 286 см2;
Навантаження від ваги балки:
М1 = qx (lx) / 2 = 2,245 · 1,75 (14-1,75) / 2 = 24,06;
М1 '= 1130,4 * 1,75 = 1978,2 кН * м
МI = 24,06 +1978,2 = 2002,26 кНм;
М2 = qx (lx) / 2 = 2,245 · 0,49 (14-0,49) / 2 = 7,43;
М2 '= 1130,4 * 0,49 = 553,896
МII = 7,43 +553,896 = 561,326 кНм;
Мср = (2002,26 +561,326) / 2 = 1281,79 кНм;
Нормальні і дотичні напруження
а) нормальні
б) дотичні
Qср = 1164,31 кН;
Критичні нормальні напруги
Критичні дотичні напруги
Перевірка стійкості стінки
перевірка в першому відсіку виконується.
Перевірка стійкості стінки балки у другому відсіку
Перевірка виконується в перетині розташованому на відстані 0,96 від другого ребра жорсткості, тобто на відстані х2 = 5,25-1,26 = 3,99 м від опори.
Площа перерізу балки в цьому відсіку:
А = 1 * 126 +2 · 53 * 2 = 33 см2;
Навантаження від ваги балки:
М1 '= 1130,4 * 5,25-565,2 * 3,5 = 3956,4
МI = 60,87 +3956,4 = 4017,27 кНм;
М2 = qx (lx) / 2 = 2,65 · 3,99 (14-3,99) / 2 = 52,92;
М2 '= 4510,296-1266 = 3244,3
МII = 52,92 +3244,3 = 3297,2 кНм;
Мср = (4017,27 +3297,2) / 2 = 3657,2 кНм;
Нормальні і дотичні напруження
б) дотичні
Qср = 582,16 кН;
Критичні нормальні напруги
Критичні дотичні напруги
Перевірка стійкості стінки
перевірка у другому відсіку виконується.
Перевірка стійкості стінки балки в третьому відсіку
Перевірка виконується в перетині розташованому на відстані 0,96 від третього ребра жорсткості, тобто на відстані х2 = 8,75-1,26 = 7,49 м від опори.
А = 338 см2;
Навантаження від ваги балки:
q = 2.65
М1 = qx (lx) / 2 = 2.65 * 8.75 (14-8.75) / 2 = 60.87;
М1 '= 3956,4 кН * м
МI = 60,87 +3956,4 = 4017,27 кНм;
М2 = qx (lx) / 2 = 2,65 · 7,49 (14-7,49) / 2 = 64,6;
М2 '= 3956,4 кН * м
МII = 64,6 +3956,4 = 4021 кНм;
Мср = (4017,27 +4021) / 2 = 4019 кНм;
Нормальні і дотичні напруження
а) нормальні
б) дотичні
Qср = 0;
Критичні нормальні напруги
Критичні дотичні напруги
Перевірка стійкості стінки
перевірка в третьому відсіку виконується.
6.4. Розрахунок поясних зварних швів.
Полиці складових зварних балок з'єднують зі стінкою на заводі автоматичним зварюванням. Зсувна сила на одиницю довжини
Для сталі С245 за табл. 55 * СНиП II-23-81 * приймаємо електроди Е-42.
Визначимо необхідну висоту катета КF поясного шва "у човник".
1. Розрахунок по металу шва.
Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (СНиП II-23-81 *, табл.34)
Коефіцієнт умови роботи g wf = 1 (СНиП II-23-81 *, пп. 11.2)
Розрахунковий опір металу R wf = 180 МПа (СНиП II-23-81 *, табл.56)
bf g wf R wf = 0,9 × 1 × 18 = 16,2 кН/см2
2. Розрахунок по металу кордону сплаву.
Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (СНиП II-23-81 *, табл.34)
Коефіцієнт умови роботи g wz = 1 (СНиП II-23-81 *, пп. 11.2)
Розрахунковий опір металу R wz = 0,45 R un = 0,45 × 370 = 166,5 МПа
bz g wz R wz = 1,05 1 × 16,65 = 17,48 кН/см2
Порівнювання отримані величини, знаходимо
(Bgw R w) min = 16,2 кН/см2
Висота катета поясного шва повинна бути не менш
kf ≥ 3 мм
За товщиною найбільш товстого з зварюваних елементів (tf = 20мм) за табл. 38 СНиП II-23-81 *, приймаємо kf = 6 мм.
6.5.Конструірованіе і розрахунок опорної частини балки
Приймаються сполучення балки з колоною примиканням збоку. Кінець балки зміцнюємо опорними ребрами. Опорне ребро жорсткості кріпиться зварними швами до стінки балки. Нижній торець опорного ребра балки острогани для безпосередньої передачі тиску на колону.
Визначимо площу перерізу ребра на зминання торцевої поверхні:
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Приймаються ширину ребра BР = 36 см => tр = 34,57 / 36 = 0,96 см.
Приймаються tp = 10мм.
Уточнимо площа перерізу ребра:
Ар = 1.36 = 36 см2.
Виступаючу частину ребра приймаємо a = 15 мм.
Перевірка ребра на стійкість.
Ширина ділянки стінки, включеної в роботу опорної стійки:
Aw = Ар + twbw = 36 +1 · 19 = 55 см2;
Радіус інерції перерізу ребра
Гнучкість ребра
= 0,9745 (СНиП II-23-81 *, табл.72)
Перевірка опорного ребра на стійкість:
19,6 <24 кН/см2.
Розрахуємо прикріплення опорного ребра до стінки балки зварюванням електродами Е-42 (табл. 55 * СНиП II-23-81 *). За табл. 56 * СНиП II-23-81 * приймаємо Rwf = 180 МПа = 18 кН/см2, Rwz = 0,45 Run = 0,45 · 360 = 162МПа = 16,2 кН/см2, βf = 0,9,
βz = 1,05.
βf Rwf = 0,9 · 18 = 16,2 кН/см2;
βz Rwz = 1,05 · 16,2 = 17,01 кН/см2;
Оскільки товщина більше товстого елемента 20мм, то кmin = 6мм (табл. 38 СНиП II-23-81 *).
Перевіряємо довжину робочої частини шва:
53,55 <126 см.
Ребро приварює до стінки по всій висоті суцільними швами.
6.6. Конструювання і розрахунок сполучення допоміжної балки з головною
Сполучення допоміжної балки з головною проводиться через ребра жорсткості.
Опорна реакція допоміжної балки дорівнює:
Приймаються болти нормальної точності, клас по міцності - 6,6, діаметром 20 мм. Розрахунковий опір зрізу болтів для прийнятого класу міцності Rbs = 230 МПа.
Розрахункові зусилля, які може витримати один болт працює на зріз:
Nb = Rbs × gb × A × ns,
де Rbs = 230 МПа,
gb = 1 - коефіцієнт умов праці,
ns = 1 - число зрізів болта.
А = pd2 / 4 = 3,14 × 2,02 / 4 = 3,14 см2 - розрахункова площа перерізу болта
Nb = 23 × 1 × 3,14 × = 72.22 кН.
Необхідну кількість болтів у з'єднанні
Приймаються 5 болтів
Розміщуємо болти відповідно до табл. 39 СНиП II-23-81 *.
6.7.Конструірованіе монтажного стику головної балки
Для уникнення зварювання при монтажі, монтажні стики зварних балок іноді виконують на високоміцних болтах. У таких стиках кожен пояс балки бажано перекривати трьома накладками з двох сторін, а стінку - двома вертикальними накладками, площа перерізу яких повинна бути не менше площі перерізу перекривається ними елемента.
Болти в стику ставлять на мінімальних відстанях один від одного: (2,5-3) d болта (при d = 24мм зручно мати крок 80мм), щоб зменшити розміри і масу стикових накладок.
Розрахунок кожного елемента балки ведуть окремо, а згинальний момент розподіляють між поясами і стінкою пропорційно їх жорсткості.
Стик робимо в середині прольоту балки, де
Стик здійснюється високоміцними болтами
Несуча здатність болта, що має дві площини тертя розраховується за формулою:
де
Стик поясів:
Кожен пояс балки перекриваємо трьома накладками перерізами
Визначимо зусилля в поясі:
Кількість болтів для прикріплення накладок розраховується за формулою:
Стик стінки:
Стінку перекривають двома вертикальними накладками перетином
Момент, що діє на стінку:
Приймаються відстань між крайніми по висоті рядами болтів:
Звідси, коефіцієнт стику:
Перевіряємо стик стінки:
Перевіряємо ослаблення нижнього розтягнутого поясу отворами під болти
Пояс ослаблений двома отворами по краю стику:
Ослаблення пояси можна не враховувати.
Перевіряємо ослаблення накладок у середині стику чотирма отворами:
7.Конструірованіе і розрахунок колони
7.1.Общіе відомостіРозрахунок колони починається з визначення навантаження. Поздовжня сила визначається за формулою
N = gLB,
де g - повна розрахункове навантаження на 1м2 перекриття;
L і B - кроки по сітці колон.
Вибирається розрахункова схема колони, яка встановлюється виходячи з передбачуваної конструкції бази та оголовка.
Відповідно до прийнятої розрахункової схемою визначається розрахункова довжина колони
Центрально-стислі колони та стійки розраховуються на міцність і стійкість.
Міцність перевіряють за формулою
а стійкість за формулою
7.2.Конструірованіе і розрахунок стрижня наскрізної колони
Підбір перерізу наскрізної колони починається з розрахунку на стійкість щодо матеріальної осі Х. Задаємо гнучкість дорівнює 50.
Визначаємо потрібні площа перерізу гілки і радіус інерції перерізу відносно осі Х.
За знайденим значенням підбираємо відповідний їм профіль швелера по сортаменту.
Перевіряється стійкість колони щодо вільної осі Y за наведеною гнучкості, що враховує деформативність решітки.
де
Для спільної роботи швелери необхідно з'єднати поперечними планками. Відстань між планками визначається за формулою:
де
lв - відстань між планками у просвіті.
Елементи з'єднувальних грат (планки) та їх прикріплення до гілок розраховують на зусилля, що виникають у них від умовної поперечної сили:
Умовна поперечна сила розподіляється порівну між елементами решітки, що лежать у двох площинах.
Сполучні планки розраховують на силу, зрізують планку:
і на момент, що вигинає планку в її площині:
Зварні кутові шви, що прикріплюють планки до гілок колони, розраховують на спільну дію зусиль в планці:
де
Вибираю сталь С235 Ry = 230МПа.
Збір навантажень: Таблиця 12
| Вид навантаження | |||
| Метало-цементний розчин t = 30мм | 0,75 | 1,3 | 0,975 |
| Гідроізоляція: 2 шари руберойду на мастиці | 0,1 | 1,3 | 0,13 |
| Теплоізоляція: шлако-бетон t = 40мм | 0,48 | 1,3 | 0,624 |
| Сталевий настил t = 8мм | 0,628 | 1,05 | 0,6594 |
| Балки настилу № 18 | 0,2944 | 1,05 | 0,30912 |
| Допоміжна балка № 45 | 0,19 | 1,05 | 0,1995 |
| Головна балка | 0,53 | 1,05 | 0,5565 |
| Корисне навантаження | 28 | 1,05 | 29,4 |
| Разом | 30,9724 | 32,85352 |
qн =
N = qLB = 32.85352 * 14 * 5 = 2299.75
N = 2299.75 +5 КН (вага колони) = 2304.75КН
Приймаю гнучкість
Вибираю швелер № 40
Перевіряємо загальну стійкість:
Приймаються підібране розтин.
Так як
Перевірка стійкості відносно вільної осі Y
Приймаю
36> 27
Перевіряємо загальну стійкість:
Умова виконується. Приймаються підібране розтин.
7.3.Расчет і розстановка поперечних планок
Умовна поперечна сила дорівнює
Сила, головка планку:
Момент, згинальний планку в її площині:
Зварні кутові шви розраховують на спільну дію зусиль в планці.
Зварювання напівавтоматичне в середовищі вуглекислого газу. (СВ-08Г2С, Е 42)
Приймаю катет шва
11.92 <
Умови виконуються
7.4.Конструірованіе і розрахунок бази колони.
Конструкція бази повинна забезпечувати: рівномірну передачу навантаження від колони на фундамент; прийняте в розрахунковій схемі з'єднання колон з фундаментами; простоту монтажу.
Була прийнята база - з траверсами.
Діаметри анкерних болтів при жорсткому сполученні приймають рівним 24-36мм.
Після того, як обраний тип бази, визначають розміри опорної плити в плані. Для простоти розрахунку приймаємо, розрахункове зусилля в колоні N розподіляється рівномірно базою колони по всій площі контакту з фундаментом.
Визначаємо вагу колони:
Необхідна площа плити
Ширина бази з траверсами:
Вт = 380мм
tтр = 10мм
c = 40мм
ВПЛ = 480мм
Приймаються 500мм
Довжина плити:
Приймаються довжину 650мм
Приймаються розміри плити 500 × 650 мм.
Залежно від конструкції бази опорна плита може мати ділянки з опертям на чотири або три канта, на два канти та консольні.
Згинальні моменти для ділянок з опертям на чотири канти визначаємо за формулою
q = N / Aпл - тиск на 1см2 плити;
а - коротка сторона ділянки плити;
ά - коефіцієнт, що залежить від ставлення довшої сторони до більш короткою.
Для ділянки, що спирається на три канта
За найбільшим з знайдених для різних ділянок плити згинальних моментів визначають необхідну товщину плити за формулою
Приймаються товщину 34 мм
Зусилля стрижня колони передається на траверсу через зварні шви, довжина яких і визначає висоту траверси.
Траверси приварюють до полиць колони зовнішніми швами
Приймаються 30 см
Шви між опорною плитою зварний колони і траверсою розраховується на повне зусилля, що діє в колоні.
Приймаю катет шва
Кріплення бази до фундаменту.
При жорсткому сполученні колони з фундаментом необхідні анкерні болти для фіксації проектного положення колони та закріплення її у процесі монтажу. Приймаються чотири анкерних болта діаметром d = 24 мм.
7.5. Розрахунок оголовка колони.
Визначимо розміри столика, що приварюється до колони для кріплення головної балки збоку.
Визначимо необхідну висоту катета КF.
Катет шва приймаємо k = 8 мм (СНиП II-23-81 *, табл.38)
1.Расчет по металу шва.
Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (СНиП II-23-81 *, табл.34)
Коефіцієнт умови роботи g wf = 1 (СНиП II-23-81 *, пп. 11.2)
Розрахунковий опір металу R wf = 220 МПа
bf g wf R wf = 0,9 × 1 × 18 = 16,2 см2.
2. Розрахунок по металу кордону сплаву.
Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (СНиП II-23-81 *, табл.34)
Коефіцієнт умови роботи g wz = 1 (СНиП II-23-81 *, пп. 11.2)
Розрахунковий опір металу R wz = 0,45 R un = 0,45 × 360 = 162 МПа
bz g wz R wz = 1,05 × 1 × 16,2 = 17,01 кН/см2
Порівнювання отримані величини, знаходимо
(Bgw R w) min = 16,2 см2
Приймемо ширину столика 360 м з конструктивних міркувань. Знайдемо довжину шва:
Приймаються висоту столика 370 мм.
Список використовуваної літератури:
1. СНиП 2-23-81 *. Сталеві конструкції / Держбуд СРСР .- М.: ЦІТП Держбуду СРСР, 1990.-96с.
2. Приклади розрахунку металевих конструкцій: Учеб. Посібник для технікумов.-2-еізд., Перераб. і доп .- М.: Стройиздат, 1991.-431с.: іл.
3. Металеві конструкції. Загальний курс.: Підручник для вузів / Є. І. Беленя, В.А. Балдін та ін; Під загальною ред. Є. І. Беленя. - 6-е вид., Перераб. і доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 560с., Іл.
4. Навчальний посібник. Конструювання і розрахунок балочної майданчики промислової будівлі. - Шагівалеев К. Ф., Айгумов М.М. - Саратов: СГТУ, 2004. - 51с.
N = qLB = 32.85352 * 14 * 5 = 2299.75
N = 2299.75 +5 КН (вага колони) = 2304.75КН
Приймаю гнучкість
Вибираю швелер № 40
Перевіряємо загальну стійкість:
Приймаються підібране розтин.
Так як
Перевірка стійкості відносно вільної осі Y
Приймаю
36> 27
Перевіряємо загальну стійкість:
Умова виконується. Приймаються підібране розтин.
7.3.Расчет і розстановка поперечних планок
Умовна поперечна сила дорівнює
Сила, головка планку:
Момент, згинальний планку в її площині:
Зварні кутові шви розраховують на спільну дію зусиль в планці.
Зварювання напівавтоматичне в середовищі вуглекислого газу. (СВ-08Г2С, Е 42)
Приймаю катет шва
11.92 <
Умови виконуються
7.4.Конструірованіе і розрахунок бази колони.
Конструкція бази повинна забезпечувати: рівномірну передачу навантаження від колони на фундамент; прийняте в розрахунковій схемі з'єднання колон з фундаментами; простоту монтажу.
Була прийнята база - з траверсами.
Діаметри анкерних болтів при жорсткому сполученні приймають рівним 24-36мм.
Після того, як обраний тип бази, визначають розміри опорної плити в плані. Для простоти розрахунку приймаємо, розрахункове зусилля в колоні N розподіляється рівномірно базою колони по всій площі контакту з фундаментом.
Визначаємо вагу колони:
Необхідна площа плити
Ширина бази з траверсами:
Вт = 380мм
tтр = 10мм
c = 40мм
ВПЛ = 480мм
Приймаються 500мм
Довжина плити:
Приймаються довжину 650мм
Приймаються розміри плити 500 × 650 мм.
Залежно від конструкції бази опорна плита може мати ділянки з опертям на чотири або три канта, на два канти та консольні.
Згинальні моменти для ділянок з опертям на чотири канти визначаємо за формулою
q = N / Aпл - тиск на 1см2 плити;
а - коротка сторона ділянки плити;
ά - коефіцієнт, що залежить від ставлення довшої сторони до більш короткою.
Для ділянки, що спирається на три канта
За найбільшим з знайдених для різних ділянок плити згинальних моментів визначають необхідну товщину плити за формулою
Приймаються товщину 34 мм
Зусилля стрижня колони передається на траверсу через зварні шви, довжина яких і визначає висоту траверси.
Траверси приварюють до полиць колони зовнішніми швами
Приймаються 30 см
Шви між опорною плитою зварний колони і траверсою розраховується на повне зусилля, що діє в колоні.
Приймаю катет шва
Кріплення бази до фундаменту.
При жорсткому сполученні колони з фундаментом необхідні анкерні болти для фіксації проектного положення колони та закріплення її у процесі монтажу. Приймаються чотири анкерних болта діаметром d = 24 мм.
7.5. Розрахунок оголовка колони.
Визначимо розміри столика, що приварюється до колони для кріплення головної балки збоку.
Визначимо необхідну висоту катета КF.
Катет шва приймаємо k = 8 мм (СНиП II-23-81 *, табл.38)
1.Расчет по металу шва.
Коефіцієнт глибини провару шва bf = 0,9 (СНиП II-23-81 *, табл.34)
Коефіцієнт умови роботи g wf = 1 (СНиП II-23-81 *, пп. 11.2)
Розрахунковий опір металу R wf = 220 МПа
bf g wf R wf = 0,9 × 1 × 18 = 16,2 см2.
2. Розрахунок по металу кордону сплаву.
Коефіцієнт глибини провару шва bz = 1,05 (СНиП II-23-81 *, табл.34)
Коефіцієнт умови роботи g wz = 1 (СНиП II-23-81 *, пп. 11.2)
Розрахунковий опір металу R wz = 0,45 R un = 0,45 × 360 = 162 МПа
bz g wz R wz = 1,05 × 1 × 16,2 = 17,01 кН/см2
Порівнювання отримані величини, знаходимо
(Bgw R w) min = 16,2 см2
Приймемо ширину столика 360 м з конструктивних міркувань. Знайдемо довжину шва:
Приймаються висоту столика 370 мм.
Список використовуваної літератури:
1. СНиП 2-23-81 *. Сталеві конструкції / Держбуд СРСР .- М.: ЦІТП Держбуду СРСР, 1990.-96с.
2. Приклади розрахунку металевих конструкцій: Учеб. Посібник для технікумов.-2-еізд., Перераб. і доп .- М.: Стройиздат, 1991.-431с.: іл.
3. Металеві конструкції. Загальний курс.: Підручник для вузів / Є. І. Беленя, В.А. Балдін та ін; Під загальною ред. Є. І. Беленя. - 6-е вид., Перераб. і доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 560с., Іл.
4. Навчальний посібник. Конструювання і розрахунок балочної майданчики промислової будівлі. - Шагівалеев К. Ф., Айгумов М.М. - Саратов: СГТУ, 2004. - 51с.