Проектування металевої балочної конструкції

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищої

професійної освіти

Кафедра: Будівельних конструкцій

Курсовий проект з дисципліни

"Металеві конструкції"

На тему: "Проектування металевої балочної конструкції"

Виконав: ст. гр. ПГС

Маковецький О.О.

Перевірив:

Тонков Л.Ю.

Перм 2009

Зміст

1. Вихідні дані

2. Компонувальний рішення

3. Розрахунок і конструювання балок

3.1 Допоміжні балки

3.1.1. Збір навантажень

3.1.2. Силовий розрахунок

3.1.3. Призначення типу перерізу допоміжних балок і марки стали

3.2 Головні балки

3.2.1 Силовий розрахунок

3.2.2 Компонування перетину і перевірка міцності та загальної стійкості

3.2.3 Зміна перерізу головної балки

3.2.4 Перевірка загальної стійкості і деформативності балок

3.2.5 Перевірка місцевої стійкості балок

3.2.6 Розрахунок поясних швів, опорних частин балок, вузлів сполучень балок

4. Розрахунок і конструювання колон

4.1 Вибір розрахункової схеми

4.2 Компонування перерізу колони

4.3 Перевірка перерізу колони

4.4 Конструювання і розрахунок оголовка колони

4.5 Конструювання і розрахунок бази колони

4.6 Підбір перерізу зв'язок по колонах

Література

  1. Вихідні дані

Довжина прольоту

L

10.2

м

Довжина другорядної балки

l

6.2

м

Висота колони

H до

7.8

м

Товщина плити настилу

t пл

8

см

Навантаження

q н

13

кН / м 2

Схема прольоту

  1. Компонувальний рішення

Проектування споруди починаємо з призначення компоновочной схеми, в якій за основу, приймаємо балочную клітину нормального типу, що спирається на центрально-стислі колони. Стійкість споруди в площині головних балок забезпечується шляхом примикання цих балок до жорсткого блоку (для робочих майданчиків - це каркас будівлі цеху). У площині, перпендикулярній головним балках, стійкість споруди забезпечується шляхом постановки зв'язок по колонах, тобто створенням диска.

  1. Розрахунок і конструювання балок

3.1 Допоміжні балки

3.1.1 Збір навантажень

Навантаження на допоміжні і всі нижележащие конструкції складається з постійної складової і тимчасової (корисної) навантаження.

Збір навантажень на робочий майданчик:

п / п

Найменування навантаження

Нормативна навантаження, кН / м 2

Розрахункове навантаження, кН / м 2

Постійне навантаження

1

Пол асфальтобетонний:

0.72

1.3

0.94


t =

40

мм





=

18

кН / м 3




2

Монолітна з / б плита:

2.00

1.1

2.2


t =

8

мм





=

25

кН / м 3




3

Власний вага другорядних балок:

0,20

1.05

0.21

Разом постійне навантаження q:

2.92


3.35

4

Корисне навантаження p:

13

1.2

15.6

Всього навантаження (q + p):

15.92


18.95

      1. Силовий розрахунок

Погонна навантаження на допоміжні балки дорівнює:

g = (p + q) · a = 18.95 · 1.7 = 32.215 кН / м.

Опорні реакції:

V A = V B = g · l / 2 = 32.215 · 6.2 / 2 = 99.867 кН.

Максимальний згинальний момент:

M max = g · l 2 / 8 = 32.215 · 6.2 ² / 8 = 154.793 кНм.

Максимальна поперечна сила:

Q max = V A = 99.867 кН.

      1. Призначення типу перерізу допоміжних балок і марки стали

Перетин приймаємо у вигляді сталевого гарячекатаного двутавра з паралельними гранями полиць по ГОСТ 26020-83.

Марка стали С255. Розрахунковий опір марки стали R y (за межею текучості) приймаємо по Снипу II -23-81 *: R y = 240 МПа.

Перетин балок призначаємо з умови міцності:

σ = M max · γ n / C 1 · W n, min £ R y · γ c, (3.1.1)

де М max - максимальний розрахунковий згинальний момент в балці;

W n, min - момент опору перерізу балки, тобто потрібного W тр;

γ с - коефіцієнт умов роботи балки, γ c = 1 (СНиП II -23-81 *);

γ n - Коефіцієнт надійності, γ n = 0.95;

З 1 - коефіцієнт, приймаємо рівний З 1 = З = 1.12 (СНиП II -23-81 *).

З умови міцності (3.1.1) знаходимо необхідний момент опору:

W тр = М max · γ n / C 1 · R y · γ c, (3.1.2)

W тр = 154.793 · 10 3 · 0.95 / 1.12 · 240.10 6 · 1 = 547.073 см ³.

Знаючи W тр = 547.073 см ³, підбираємо по сортаменту СТО АСЧМ 20-93 Б, найближчий номер профілю з надлишком, W x> W тр і виписуємо з сортаменту для нього геометричні характеристики:

Двутавр 35 Б1:

W y = 641.3 м ³; W z = 91 м ³;

I y = 11095 см 4; I z = 791.4 см 4;

i y = 14.51 см; i z = 3.88 см;

S y = 358.1 м ³; I t = 13.523 см 4;

A = 52.68 см 2;

t = 9 мм;

b = 174 мм;

h = 346 мм ;

s = 6 мм.

Проводимо перевірки міцності:

σ = M max · γ n / C 1 · W y £ R y · γ c, (3.1.3)

де по Снипу II -23-81 * C 1 = 1.09.

σ = 154.793 · 10 ³ · 0.95 / 641.3 · 10 -6 · 1.09 = 210.4 МПа.

σ = 210.4 МПа <R y · γ c = 240 МП a,

τ = Q max · γ n / hw · tw (3.1.4)

τ = 99.867 · 10 ³ · 0.95 / 6.10 -3 · 328.10 -3 = 48.21 МПа.

перевірка міцності виконуються.

Перевірку деформативності балок виробляємо від дії нормативних навантажень та при рівномірно розподіленому навантаженні використовуємо формулу:

ƒ / l = 5 · g н · l 3 / 384 · E · I y £ [ƒ / l], (3.1.5)

де l - проліт балки, рівний l = 6.2 м;

g н = (p н + q н) · a = 27.064 кН / м;

Е = 2,06 · 10 5 МПа;

[Ƒ / l] - нормований відносний прогин балки,

приймаємо по Сніпу II -23-81 *: [ƒ / l] = 1/200.556.

ƒ / l = 5.27 .064 · 10 3 · 6.2 3 / 384.2 .06 • 10 6 · 11095.10 -6 = 6.375 · 10 -3.

ƒ / l = 6.375 · 10 -3 <[ƒ / l] = 4.986 · 10 -3,

перевірка деформативності виконується.

Перевірка загальної стійкості балок здійснюється за формулою:

σ = M max · γ n / φ b · W y £ R y · γ c, (3.1.6)

W y - прийнятий момент опору балки;

γ з = 0.95 при перевірці стійкості;

φ b - коефіцієнт, визначений за Сніпу II -23-81 *.

Визначаємо φ b , Знаходимо за формул e:

φ 1 = ψ · I z / I y · (h / l ef) ² · E / R y (3.1.7)

де h - висота перерізу балки;

ψ - коефіцієнт, визначаємо за формулою:

ψ = 1,6 + 0.08 · α (3.1.8)

α = 1.54 · It / Iz · (l ef / h) ² (3.1.9)

α = 1.54 · 13.523/791.4 · (6.2/0.346) 2 = 8.449;

ψ = 1.6 +0.08 ∙ 8.449 = 2.276;

φ 1 = 2.276 · 791.4/11095 · (0.346/6.2) 2 · 2.06 · 10 5 / 240 = 0.434;

φ 1 <0.85 → φ b = φ 1;

σ = 154.793 · 10 3 · 0.95/641.3 · 10 -6 · 0.434 = 528.4 МПа;

Перевірка загальної стійкості не виконується. У зв'язку з тим, що настил з / б стійкість забезпечиться.

3.2 Головні балки

3.2.1 Силовий розрахунок

F = 2 · R В.Б. · α = 2.99 .867 · 1.05 = 209.721 кН;

V A = V B = 30.6 · F / L = 30.6 · 209.721 / 10.2 = 629.763 кН;

M max = 5.1 · V A - 7.65 · F = 5.1 · 629.163 - 7.65 · 209.721 = 1604.366 кНм;

Q max = V A = 629.763 кН.

      1. Компонування перетину і перевірка міцності та загальної стійкості

Головні балки проектуються зварними складеного перерізу. Тип перетину - симетричний двутавр. Компонування перетину починається з призначення висоти балки 'h'. У нашому випадку висота балки призначається виходячи з двох критеріїв:

1. З умови економічності.

2. З умови жорсткості балки.

Виходячи, з умови мінімального витрати сталі, висота балки визначається при h ≤ 1.3 за формулою:

h опт = k · Ö W т р / t w, (3.2.1)

де h - Висота балки, визначається в першому наближенні як h ≈ 0.1 • L, h ≈ 1.02 <1.3 м;

L - Проліт головної балки;

к = 1.15 - для балок постійного перерізу;

γ з = 1.

W тр = M max · γ n / R y · γ c, (3.2.2)

W тр = 1604.366 · 10 3 · 0.95 / 240.10 6 · 1 = 6351 см ³,

t w = [7 + 3 · (h, м)], 3.2.3)

t w = 7 + 3.1 .02 = 10.06 мм, округляємо кратно 2 мм: t w = 12 мм,

h опт = 1.15 · Ö 6351 / 1.2 = 83.662 c м <1.3 м.

З умови забезпечення необхідної жорсткості:

h min = 5 · R y · Γ c · L · [L / ƒ] · (p н + q н) / [24 · E · (p + q) · γ n], (3.2.4)

де по Снипу II -23-81 *: [L / ƒ] = 1/211.667,

h min = 5.240.10 6 · 1.10 .2 · 211.667 · 15.92 / [24.2 .06 · 10 6 · 18.95 · 0.95] = 47.7 см.

З отриманих висот h опт, h min приймаємо велику h = h опт = 83.662 см, дотримуючись рекомендацій при h <1 м - приймаємо h кратну 5 см, тобто h = 85 см. Мінімально допустима товщина стінки з умови міцності на зріз визначається за формулою:

t w (min) ³ 1.5 · Q розр · γ n / H ef · R s · γ c, (3.2.5)

де R s - Розрахунковий опір сталі зрушення в залежності від значення R y:

R s = 0.58 · R y;

R s = 0.58 · 240.10 6 = 139.2 МПа;

h ef - розрахункова висота стінки, що дорівнює h ef = 0.97 · h.

h ef = 0.97 ∙ 85 = 82 см;

t w (min) ³ 1.5 · 629.163 · 10 3 · 0.95 / 0.82 · 139.2 · 10 6 = 7.86 мм.

Оскільки t w (min) > 6 мм, то згідно сортаменту, товщиною кратною 2 мм., Приймаємо товщину стінки t w = 8 мм.

Повторюємо обчислення:

h опт = 1.15 · Ö 6351 / 0,8 = 102.465 c м> 1 м округляємо кратно 10 см → h = 110 см

t w (min) ³ 1.5 · 629.163 · 10 3 · 0.95 / 1.1 · 139.2 · 10 6 = 6.036 мм> 6 мм → t w = 8 мм.

Для визначення значень b f, t f необхідно знайти необхідну площу пояса А f за формулою:

A f = 2 · (I y - I w) / h ², (3.2.6)

де I y - необхідний момент інерції, що визначається за формулою:

I y = W тр · h / 2, (3.2.7)

I w - момент інерції стінки перерізу, що визначається за формулою:

I w = t w · h ef 3 / 12, (3.2.8)

I y = 6351.110 / 2 = 349 300 см 4,

I w = 0.8 · 106.7 ³ / 12 = 80980 см 4,

отримуємо:

A f = 2 · (349300 - 80980) / 110 ² = 44.35 см ².

Ширину пояса вибираємо з умови:

b f = (1 / 3 - 1 / 5) · h, (3.2.9)

t f = A f / b f, (3.2.10)

b f і t f призначаємо з урахуванням сортаменту на листову сталь, при цьому має виконуватися умова:

b f / t f <| b f / t f | » Ö E / R y. (3.2.11)

b f = (1 / 3 - 1 / 5) · 110 = 289.5 мм, округляємо кратно 20 мм → b f = 300 мм;

тоді

t f = 44.35/30 = 1.49 см, округляємо кратно 2 мм → t f = 16 мм;

Відповідно до сортаментом та розрахунком приймаємо такі величини за ГОСТ 82-70: t f = 16 мм, b f = 300 мм.

Остаточне значення:

A = A w + 2 · A f ,

A w = h ef · T w = 106.8 · 0.8 = 85.14 c м ²,

тоді

А = 85.14 + 2 • 44.35 = 174.14 c м ²,

I y = t w · h ef 3 / 12 + 2 · (b f · t f 3 / 12 + b f · t f · (h / 2 - t f / 2) 2) (3.2.12)

I y = 0.8 · 106.8 3 / 12 + 2 · (30 · 1.6 3 / 12 + 30.1 .6 · (110 / 2 - 1.6 / 2) 2) = 363 200 c м 4,

тоді

W y = I y / (h / 2), (3.2.13)

W x = 363200.2 / 110 = 6604 c м ³,

W y = 6604 c м ³> W тр = 6351 см ³

S y = b f · t f · H 0 / 2 + (h ef · t w / 2 · h ef / 4) (3.2.14)

S y = 30.1 .6 · 108.4 / 2 + (106.8 · 0.8 / 2.106 .8 / 4) = 3742 c м ³.

Міцність перетину перевіряємо, виходячи, з припущення пружної роботи стали:

σ = M max · γ n / W x £ R y · γ c, (3.2.15)

по Снипу II -23-81 *: R y = 240 МПа,

σ = 1604.366 · 10 3 · 0.95/6604 · 10 -6 = 230.8 МПа <240 МПа

Перевірка по дотичних напруг:

τ = Q max · S y · γ n / I y · t w £ R s · γ c (3.2.16)

τ = 629.163 · 10 3 · 0.95/363200 · 10 -8 · 0.008 = 76.98 МПа

τ = 76.98 МПа <139.2 МПа

Перевірка міцності стінки на спільну дію σ y і τ yz:

Ö σ y ² + 3 · τ yz ² £ 1.15 · R y · γ c , (3.2.17)

σ y = M max · γ n · h ef / 2 · I y , (3.2.18)

σ y = 1604.366 · 10 3 · 0.95 · 1.068 / 2.363200.10 -8 = 224.1 МПа;

τ yz = Q max · γ n / T w · h ef (3.2.19)

τ yz = 629.163 · 10 3 · 0.95/0.008 · 1.068 = 69.96 МПа;

Ö 224.1 ² + 3.69 .96 ² £ 1.15 · 240.1,

254.763 МПа <276 МПа.

3.2.3 Зміна перерізу головної балки

У однопрогонових шарнірно опертих балках доцільно змінювати її перетин відповідно до епюр згинаючих моментів. Слідуючи рекомендаціям, зміна перерізу виробляємо шляхом зменшення b f, залишаючи без зміни h, t f, t w.

Для цього ширину пояса b f 1 у кінцевій частині балки призначаємо рівної (0.5 - 0.75) • b f, прийнятої для перетину з розрахунковим моментом М розр. При цьому, дотримуючись умови:

b f 1 ³ 0.1 · h і b f 1 ³ 160 мм (3.2.20)

b f 1 = (0.5 ÷ 0.75) · b f = 220 мм,

220> 110 мм,

b f 1 = 220 мм.

Для призначеної ширини пояса b f 1 = 22 см, додаткові умови виконуються.

Після призначення b f 1 знаходимо геометричні характеристики I y 1, W y 1, S y 1.

I y1 = I w +2 · I f1 = t w · h ef 3 / 12 + 2 · (b f1 · t f 3 / 12 + b f1 · t f · (h / 2 - t f / 2) 2)

I y1 = 0.8 · 106.8 3 / 12 + 2 · (22.1 6 3 / 12 + 22.1 .6 · (110 / 2 - 1.6 / 2) 2) = 292 700 c м 4;

W y1 = 2 · I y1 / h = 292700.2 / 110 = 5321.82 c м 3;

S y1 = h ef · t w / 2 · h ef / 4 + b f1 · t f · H 0 / 2 = 106.2 · 0.8 / 2.106 .2 / 4 + 22.1 .6 · 108.4 / 2 = 3092 c м 3;

Згинальний момент, який може бути сприйнятий зміненим перетином, визначається за формулою:

M 1 = W x 1 · R y · γ c, (3.2.21)

де γ з = 1.

M 1 = 5321.82 · 10 -6 · 240.10 6 · 1 = +1224 кНм.

Далі знаходимо відстань від опори балки до ординати М 1.

M 1 - V A · x + 2 · F · x - 713.052 = 0;

Вирішуємо рівняння відносно x:

1224 - 629.163 · x + 2.209 .721 · x - 713.052 = 0;

x = 2.436 мx = 2.4 м.

Стик поясів у балках відносимо від перетину з ординатою М 1 в бік опор на 300 мм.

x - 300 = 2.4 - 0.3 = 2.1 м. Приймаємо: x = 2.1 м.

Згинальний момент в отриманому перерізі, буде дорівнює:

M розр = V A · 2,1 - F · 1.25 = 629.163 · 2,1 - 209.721 · 1.25 = +1059 кНм.

У місці зміни перерізу балки проводимо перевірки:

σ = M розр · γ n / W y 1 £ R y · γ c, (3.2.22)

σ = 1059.10 3 · 0.95 / 5231.82 · 10 -6 = 189 МПа <240 МПа;

τ = Q розр · S y 1 · γ n / I y 1 · t w £ R s · γ c, (3.2.23)

Q розр = V A - F = 629.163 -209.721 = 419.442 кН,

τ = 419.442 · 10 3 · 3092.10 -6 · 0.95 / 292700.10 -8 · 0.008 = 52.62 МПа <139.2 МПа.



      1. Перевірка загальної стійкості і деформативності балок

f / l = Mmax n · L / 9.6 · EIy £ [f / L] = 1/211.667 (По Снипу II -23-81 *) (3.2.24)

Mmax n = Mmax / K, (3.2.25)

де k = (p + q) р / (p + q) н, (3.2.26)

k = 18.95/15.92 = 1.19> 1;

Mmax n = 1604.366/1.19 = 1348.21 кНм;

f / l = 1348.21 · 10 3 · 10.2 / 9.6 · 2.06 · 10 5 · 10 6 · 363200.10 -8 = 2.278 · 10 -3 <4.724 · 10 -3

      1. Перевірка місцевої стійкості балок

Стінки балок для забезпечення їх місцевої стійкості слід зміцнювати поперечними ребрами, поставленими на всю висоту стінки. Ребра жорсткості потрібні в тому випадку, якщо значення умовної гнучкості стінки:

λ w = h ef / t w · Ö R y / E> 3.2, (3.2.27)

при відсутності рухомого навантаження

λ w = 106.8/0.8 · Ö 240/2.06 · 10 5 = 4.557> 3.2.

При цьому відстань між поперечними ребрами вздовж балки приймаємо, а = 1,7 м, яке не повинно перевищувати, а £ 2 · h ef. Поперечні ребра також встановлюватися в місцях додатку нерухомих зосереджених навантажень, від допоміжних балок і на опорах.

Ширина виступаючої частини ребра:

b h ³ h ef / 30 + 40мм, (3.2.28)

b h ³ 1068/30 + 40 = 75.6 мм,

після округлення до розміру кратного 10 мм, отримаємо b h = 100 мм.

Товщина ребра:

t s ³ 2 · b h · Ö R y / E, (3.2.29)

t s = 2.100 · Ö 240/2.06 · 10 5 = 6.827 мм,

приймаємо по сортаменту t s = 7 мм.

Розрахунок на стійкість стінки перевіряємо за формулою:

Ö / σ cr) ² + / τ cr) ² £ 1, (3.2.30)

σ cr = C cr · R y / λ w ², (3.2.31)

C cr = 35.5,

σ cr = 35.5 · 240.10 6 / 4.557 ² = 410.281 МПа;

τ cr = 10.3 · (1 + (0.76 / μ ²)) · R s / λ ef ², (3.2.32)

μ - відношення більшої сторони відсіку балки до меншої, тобто:

μ = a / h ef = 1.7/1.068 = 1.59,

λ ef = (d / t w) · Ö R y / E, (3.2.33)

d - менша з сторін відсіку балки, тобто h ef = 106.8 c м;

λ ef = (106.8/0.8) · Ö 240/2.06 · 10 5 = 4.557,

τ cr = 10.3 · (1 + (0.76/1.59 ²)) · 0.58 · 240.10 6 / 4.557 ² = 89.799 МПа;

σ = (Мср · γ n / I y) · y, (3.2.34)

τ = Q · γ n / (t w · h ef), (3.2.35)

y = h ef / 2 = 106.8 / 2 = 53.4 см.

На стійкість перевіримо друге відсік:

Мср = 891.314 кНм,

Q = 419.442 кН,

σ = (891.314 · 10 3 · 0.95/292700 · 10 -8) · 0.534 = 154.5 МПа;

τ = 419.442 · 10 3 · 0.95 / (0.008 · 1.068) = 46.64 МПа;

Ö (154.5/410.281) ² + (46.64/89.799) ² = 0.642 £ 1;

На стійкість перевіримо перший відсік:

Мср = 267.395 кНм,

Q = 629.163 кН,

σ = (267.395 · 10 3 · 0.95/292700 · 10 -8) · 0.534 = 46.34 МПа;

τ = 629.163 · 10 3 · 0.95 / (0.008 · 1.068) = 69.96 МПа;

Ö (46.34/410.281) ² + (69.96/89.799) ² = 0.787 £ 1;

На стійкість перевіримо 3-ої відсік:

Мср = 1426.103 кНм,

Q = 209.721 кН,

σ = (1426.103 · 10 3 · 0.95/363200 · 10 -8) · 0.534 = 199.2 МПа;

τ = 209.721 · 10 3 · 0.95 / (0.008 · 1.068) = 23.32 МПа;

Ö (199.2/410.281) ² + (23.32/89.799) ² = 0.551 £ 1;

На стійкість перевіримо четвертий відсік:

Мср = 1604.366 кНм,

Q = 0 кН,

σ = (1604.366 · 10 3 · 0.95/363200 · 10 -8) · 0.534 = 224.1 МПа;

τ = 0.10 3 · 0.95 / (0.008 · 1.068) = 0 МПа;

Ö (224. 1 / 410.281) ² + (0/89.799) ² = 0.5 46 £ 1;

      1. Розрахунок поясних швів, опорних частин балок, вузлів сполучень балок

Розрахунок поясних швів зводиться до визначення необхідного катета кутового зварного шва k f. У балках, що проектуються, з однієї марки сталі, при статичному навантаженні необхідний катет шва дорівнює:

k f ³ (Q розр · S f) / (2 · I y · β f · R wf · γ wf · γ c), (3.2.36)

де S f - Статичний момент полиці балки;

β f = 1.1 - коефіцієнт, для автоматичного зварювання сталі з R y до 580 МПа;

γ wf = 1 - коефіцієнт умов праці шва;

R wf = 180 МПа - розрахунковий опір зварного кутового шва умовного зрізу, γ з = 1.

k f ³ (419.442 · 10 3 · 0.95 · 3092.10 -6) / (2.292700.10 -8 · 1.1 · 180.10 6 · 1.1) = 1.06 мм,

Приймаються k f = 6 мм.

Ділянка стінки складовою балки над опорою повинен зміцнюватися опорним ребром жорсткості і розраховуватися на поздовжній вигин з площини як стійка висотою l s = h, навантажена опорною реакцією V r. У розрахунковий переріз включається, крім опорних ребер і частина стінки.

Площа опорного ребра визначимо з умови зминання торця за формулою:

A s = b h · t s = V r · γ n / R p, (3.2.37)

R p = R un / γ m по Сніпу II-23-81 *: R un = 370 МПа, γ m = 1.025,

R p = 370/1.025 = 368.975 МПа,

A s = 629.163 · 10 3 · 0.95/368.975 · 10 6 = 17.05 м 2

Знаходимо ts:

t s = A s / bh = 17.05/22 = 0.758 см ≈ 8 мм → t s = 12 мм.

Тоді

δ £ 1.5 · t s = 1.5 · 12 = 18 мм.

Перевірка стійкості опорної стійки щодо осі x - x здійснюється за формулою:

σ = V r · γ n / φ · A £ R y · γ c, (3.2.38)

де А - розрахункова площа стійки, що дорівнює:

A = b h · t s + 0.65 · t w ² · Ö E / R y, (3.2.39)

A = 22.1 .2 + 0.65 · 0.8 ² · Ö 2.06 · 10 5 / 240 = 39.188 см ²;

φ - коефіцієнт поздовжнього згину, що визначається Сніпу II -23-81 *, в залежності від гнучкості:

λ = l ef / i x, l ef = h = 110 см

i x = Ö I x / A,

де I x - Для розрахункового перерізу:

I x = (t s · b h ³) / 12 + (0.65 · t w · Ö E / R y · t w ³) / 12 =

= (1.2 · 22 ³) / 12 + (0.65 · 0.8 · Ö 2.06 · 10 5 / 240.0 .8 ³) / 12 = 1140 см 4,

тоді:

i x = Ö 1140/39.188 = 5.394 см, λ = 110/5.394 = 20.393,

приймаємо: φ = 0,96,

σ = 629.163 · 10 3 · 0.95/0.96 · 39.188 · 10 -4 = 158.9 МПа <240 МПа.

Сполучення допоміжних балок з головними, за умовами завдання розраховуємо для випадку примикання допоміжної балки до поперечного ребра жорсткості головної балки. Сполучення виробляємо на зварюванні.

Розрахунок сполучення полягає в призначенні необхідного катета шва k f. Довжина шва l ω, визначається висотою стінки допоміжної балки l ω = h ef -1 см, де h ef = 0.85 · h - висота стінки прокатної балки до закруглення. При проектуванні ребер головних і допоміжних балок з однієї стали катет шва, дорівнює:

k f ³ V · γ n / f · L ω · R y · γ ωf · Γ c), (3.2.40)

де V - реакція допоміжної балки;

h ef = 0.85 · 30 = 25.5 см,

l ω = 25.5 - 1 = 24.5 см,

k f ³ 99.867 · 10 3 · 0.95 / (1.1 · 0.245 · 240.10 6 · 1.1) = 1.467 мм.

Приймаються k f = 6 мм.

4. Розрахунок і конструювання колон

    1. Вибір розрахункової схеми

Визначення розрахункової стискає сили на колону виробляємо підсумовуванням опорних реакцій головних балок:

N = 2 · k · V, (4.1.1)

де k = 1.03 - 1.05 - коефіцієнт, що враховує власну вагу колони;

N = 2 · (1.03-1.05) · 629.163 = 1309 кН.

Умови спирання колон на фундаменти і схема зв'язок по колонах визначається наступними вимогами. Необхідно забезпечити геометричну незмінність споруди в площині і із площини головних балок. З площини головних балок геометрична незмінність, як правило, забезпечується встановленням вертикальних зв'язків по колонах. У площині головних балок шляхом прикріплення їх до нерухомих точок (каркасу будівлі).

При цьому необхідно прагнути до забезпечення одно стійкості колон: i x / i y = l ef, x / l ef, y. Це досягається шляхом раціонального вибору типу перетину і правильної орієнтації його в плані споруди.

    1. Компонування перерізу колони

Стрижень колони конструюємо у вигляді прокатного швелера.

Необхідну площу перерізу колони, визначаємо за формулою:

A тр = N · γ n / 2 · φ · R y · γ c, (4.2.1)

де φ - коефіцієнт, на етапі компонування визначаємо за попередньо заданої гнучкості λ з, значення якої приймаємо за графіком [1], рис.7. При N = 1309 кН, λ з = 80, тоді φ = 0.686.

А тр = 1309 · 10 3 · 0.95 / 2 · 0.686 · 240 · 10 6 · 1 = 37.77 см ².

Використовуючи порівняно постійну залежність між радіусом інерції і габаритами перерізу, оцінюємо орієнтовні розміри швелера.

i x, тр = L ef, x / λ з, (4.2.2)

де L ef, x = L ef, y = l р

l г = H до + 0.5 м = 7.8 + 0.5 = 8.3 м,

i x, тр = 830/80 = 10.375 см;

За сортаментом ГОСТ 8240-89 приймаємо два швелера № 30

А 0 = 40.5 см 2; I x 0 = 5810 см 4;

I y 0 = 327 см 4; b = 100 мм;

t = 11 мм; i x 0 = 12 см;

h = 300 мм; i y 0 = 2.84 см;

z 0 = 2.52 см; s = 6.5 мм;

Переймаючись гнучкістю окремої вітки щодо власної осі λ з = 35 і шириною планки ds = 250 мм, знаходимо кількість планок на колоні:

m ³ l р / (Λ 1 · i1 + ds) - 1, (4.2.3)

де i1 = i y0,

λ 1 = λ з,

m ³ 830 / (35 · 2,84 + 25) - 1 = 5,672

m = 6,

l в = l г / (m +1) - ds, (4.2.4)

l в = 830 / (6 +1) - 25 = 96.571 см ≈ 94 см,

λ 1 = l в / i1, (4.2.5)

λ 1 = 94 / 2.84 = 33.099,

λ x = L ef, x / i x0, (4.2.6)

λ x = 830 / 12 = 69.167.

Для знаходження ширини перерізу використовують умова рівностійкого:

λ x = L ef, x = Ö λ y 2 + λ 1 лютого

λ y = Ö λ x 2 - λ 1 2, (4.2.7)

λ y = Ö 69.167 2 - 33.099 2 = 60.733,

i y, тр = L ef, y / λ y, (4.2.8)

i y, тр = 830 / 60.733 = 13.66,

Використовуючи відому залежність між радіусом інерції і габаритом перерізів, знаходять значення:

b тр = i y, тр / 0.44, (4.2.9)

b тр = 13.66 / 0.44 = 31.059 см,

b = 31 см.

Прийнятий розмір b повинен забезпечувати необхідний зазор між крайками полиць гілок:

b ³ 2 · bf + 100 мм,

b ³ 2 · 100 + 100 = 300 мм,

Конструювання планок:

Для забезпечення роботи колони, як безраскосной ферми планки повинні володіти достатньою згинальної жорсткістю щодо вільної осі х-х. Висота планки:

d s = (0.5 ÷ 0.8) · b (4.2.10)

d s = (0.5 ÷ 0.8) · 310 = 190 мм.

Довжина планки l s призначається такий, щоб нахлест на кожну гілку був не менше 5 t, де t - Найменша товщина з'єднувальних елементів. Товщину планок призначають у межах 6 ... 12 мм. таким чином, щоб забезпечити її місцеву стійкість:

t s = (1 / 10 ... 1 / 25) · d s (4.2.11)

Приймаємо: t s = 8 мм; d s = 180 мм; l s = 250 мм.

    1. Перевірка перетину наскрізної колони

Для прийнятого перерізу визначаємо фактичні геометричні характеристики А, I x, I y, i x, i y і проводимо перевірки.

А = 2 · А 0 = 2.40 .5 = 81 см ²; (4.3.1)

I x = 2 · I x 0 = 2.5810 = 11620 см 4; (4.3.2)

I y = 2 • [I y0 + A 0 · (B 1 / 2) 2] = 2 · [327 +40.5 · (25.96 / 2) 2] = 14300 см 4; (4.3.1)

i x = i х 0 = 12 см; (4.3.3)

i y = Ö I y / A = Ö 14300/81 = 13.287 см. (4.3.1)

λ y = L ef, у / i у (4.3.4)

λ y = 830/13.287 = 62.467

λ х = L ef, х / i x (4.3.5)

λ х = 830/12 = 69.167;

Проводимо перевірки міцності гнучкості та загальної стійкості стрижня колони.

Перевірка загальної стійкості виконується за формулою:

N · γ n / Φ min · A £ R y · γ с, (4.3.6)

де φ min - визначається за максимальною величиною λ x, λ y;

приймаємо φ min = 0.758, тоді:

1309.10 3 · 0.95/0.758 · 81 = 202.5 МПа <240 МПа.

Перевірка виконується, тоді автоматично виконується перевірка міцності.

Перевірку гнучкості колон, виробляємо за формулами:

λ x = L ef, x / i x £ | λ |, λ y = L ef, y / i y £ | λ |, (4.3.7)

де | λ | - гранична гнучкість колон, визначаємо по Снипу II -23-81 *:

| Λ | = 180 - 60 · α, (4.3.8)

α = N · γ n / R y · γ c · A · φ min = 1309.10 3 · 0.95/240 · 10 6 · 1.81.10 -4 · 0.758 = 0.844; (4.3.9)

| Λ | = 180 - 60.0, 893 = 129.36

тоді:

λ = 830/12 = 69.17 <129.36; λ = 830/13.287 = 62.47 <129.36,

гнучкість колон забезпечена.

Розрахунок планок центрально-жатих колон і їх сполук ведуть на зусилля, що виникають від умовної поперечної сили, яку приймають постійною по всій довжині колони:

Q fic = 7.15 ∙ 10 -6 · (2330 - E / R y) · N · γ n / φ; (4.3.10)

Q fic = 7.15 · 10 -6 · (2330-2.06 ∙ 10 5 / 240) · 1309.10 3 · 0.95/0.758 = 17.26 кН,

де φ - коефіцієнт поздовжнього вигину, приймається в площині з'єднувальних елементів по λ ef . Умовна поперечна сила розподіляється порівну між планками двох граней:

Q s = Q fic / 2 (4.3.11)

Q s = 17.26 / 2 = 8.63 кН,

У кожній планці, як в стійці безраскосной ферми виникає поперечна сила:

F s = Q s · l / b (4.3.12)

F s = 8.63 · 10 3 · 0.25/0.31 = 6.96 кН,

і згинальний момент в місці прикріплення до гілок:

M s = Q s · l / 2 (4.3.13)

M s = 8.63 · 10 3 · 0.25 / 2 = 1.09 кНм,

Перевірка міцності планок:

σ = M s · γ n / W s ≤ R y · γ c (4.3.14)

W s = t s · d s 2 / 6 (4.3.15)

W s = 0.8 · 19 2 / 6 = 48.133 см 3

σ = 1.09 · 10 3 · 0.95/48.133 · 10 -6 = 39.18 МПа < 240 МПа.

Зварні кутові шви, що прикріплюють планки до гілок колони, розраховуються на спільну дію зусиль в планці M s і F s за формулами (перевірка міцності по металу):

Ö σ ω 2 + τ ω 2 ≤ R ωf · Γ ωf · Γ c (4.3.16)

σ ω = M s · γ n / W ω (4.3.17)

σ ω = 1.09 · 10 3 · 0.95/30.24 · 10 -6 = 34.24 МПа

τ ω = F s · γ n / A ω (4.3.18)

τ ω = 6.96 · 10 3 · 0.95/10.08 · 10 -4 = 6.56 МПа

W ω = β f · k f · l ω 2 / 6 (4.3.19)

W ω = 0.7 ∙ 0.8 · 18 2 / 6 = 30.24 см 3

A ω = β f · k f · L ω (4.3.20)

A ω = 0.7 · 0.8 · 18 = 10.08 см 2

Ö 34.24 2 + 6.56 2 = 34.863 180 МПа

де β f - коефіцієнт проплавлення кутового шва β f = 0,7 мм.

l ω - розрахункова довжина зварного шва:

l ω = d s - 10мм (4.3.21)

l ω = 190 - 10 = 180 мм.

катет шва приймається в межах 6 мм ≤ K f ≤ 1.2 · t s Приймаємо: K f = 8 мм. Стрижень колони повинен зміцнюватися суцільними діафрагмами, розташовувані у кінців відправної елемента і по довжині колони не рідше ніж через 4 м. Діафрагмами служать опорні плити бази та оголовка колони.

    1. Конструювання і розрахунок оголовка колони

Слідуючи рекомендаціям, маємо головні балки на колоні зверху з передачею навантаження на вертикальні консольні ребра.

Розрахунковими параметрами оголовка є:

  1. габарити консольних ребер: ширина b s, висота h s і товщина t s;

  2. катети швів кріплення ребер до стінки балки k f 1 і опорної плити k f 2;

  3. товщина стінки стрижня колони в межах висоти ребер.

Висоту ребер h f призначаємо з умови міцності зварних швів, що кріплять ребра до стінки колони, не менше 0.6 · h, де h - висота перерізу колони:

h s £ (å l ω, тр / 4) + 1см, h s ³ 0.6 · h,

(4.4.1)

å l ω, тр = N · γ n / β f · k f · R ωf · γ ωf · γ c,


де N - Поздовжня сила в колоні;

k f - приймаємо за найменшою товщині зварюваних елементів, але не менше 6 мм;

å l ω, тр = 1309.10 3 · 0.95/0.7 · 0.008 · 180.10 6 · 1.1 = 123.4 см,

h s £ (123.4 / 4) + 1 = 23.425 см, h s ³ 0.6 · 30 = 31.85 см,

Прийнята висота ребра обмежується величиною:

85 · β f · K f = 85.1 .1 · 0.6 = 56.1 см.

Приймаються h s = 32 см.

Товщину ребра t s призначаємо з умови зрізу:

t s ³ 1.5 · Q · γ n / h s · R s · γ c, Q = N / 2, (4.4.2)

Q = 1309.10 3 / 2 = 654.5 кН,

t s ³ 1.5 · 654.5 · 10 3 · 0.95/0.24 · 139.2 · 10 6 · 1 = 2.1 см.

Приймаються t s = 2.2 см.

Ширину ребра b s призначаємо:

b s = 300 - 2.6 .5 = 287 мм = 28.7 см.

Прийнята товщина і ширина ребра повинні задовольняти умові опору зминанню торця під тиском опорного ребра балки та умови забезпечення місцевої стійкості. З умови зминання:

t s ³ N · γ n / R p · b см, (4.4.3)

де R p - визначаємо по Снипу II -23-81 *;

b см - Розрахункова довжина площадки зминання: b см = b s + 2 · t,

b s - Ширина опорного ребра балки;

t - Товщина опорної плити колони;

b см = 22 + 2.2 = 26 см,

t s ³ 1309.10 3 · 0.95/368.975 · 10 6 · 0.26 = 1.3 см.

З умови місцевої стійкості:

b s / t s £ 0.5 · Ö E / R y, (4.4.4)

28.7/2.2 = 13.0.5 <0,5 · Ö 2.06 · 10 5 / 240 = 14.65.

Перевіряємо стінку колони на міцність по зрізу в перерізах, де примикають консольні ребра:

τ = 1.5 · N · γ n / 2 · t w · h s, (4.4.5)

τ = 1.5 · 1309.10 3 · 0.95 / 4.0 .011 · 0.32 = 132.5 МПа ≤ 139.2 МПа.

Низ опорних ребер обрамляється горизонтальними поперечними ребрами товщиною 6 мм, щоб надати жорсткість ребрах, що підтримує опорну плиту, і зміцнити від втрати стійкості стінку стрижня колони.

    1. Конструювання і розрахунок бази колони

Конструкція бази повинна забезпечувати рівномірну передачу навантаження від колони на фундамент, а також простоту монтажу колон. Слідуючи рекомендаціям, приймаємо базу з траверсами, що служать для передачі зусилля з поясів на опорну плиту.

Розрахунковими параметрами бази є розміри опорної плити. Розміри опорної плити визначаємо з умови міцності бетону фундаменту в припущенні рівномірного розподілу тиску під плитою.

Необхідна площа плити:

А пл = N · γ n / R ф, (4.5.1)

де R ф - розрахунковий опір бетону фундаменту:

R ф = R пр.б · ³ Ö А ф / А пл, (4.5.2)

А ф / А пл - відношення площі фундаменту до площі плити, попередньо приймаємо рівним: 1.1 - 1.2;

R пр. б - Призмова міцність бетону, приймаємо в залежності від класу бетону, для бетону В 12,5: R пр.б = 7.5 МПа;

R ф = 7.5 · ³ Ö 1.1 = 7.742 МПа,

А пл = 1309.10 3 · 0.95/7.742 · 10 6 = 1610 см ².

Для визначення розмірів сторін плити задаємося її шириною:

B пл = b f + 2 · t s + 2 · c, (4.5.3)

t s - товщина траверси, приймаємо 10 мм;

c - Ширина схилу, прийнята 60 - 80 мм;

У пл = 31 + 2.1 + 2.7 = 47 см.

Необхідна довжина плити:

L пл = А пл / У пл, (4.5.4)

L пл = 1610/47 = 34.26 см,

L пл = 35 см.

З конструктивних міркувань приймаємо розміри плити рівними: У пл = 48 см, L пл = 52 см. Повинно виконуватися умова:

L пл / У пл = 1 - 2, (4.5.5)

52/48 = 1.08.

Товщину плити визначаємо з умови міцності при роботі плити на вигин, як пластини, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням на площі контакту відсіччю фундаменту.

q = N · γ n / L пл · У пл, (4.5.6)

q = 1309.10 3 · 0.95/0.52 · 0.48 = 4982 кН / м ².

Опорну плиту уявляємо, як систему елементарних платівок, що відрізняються розмірами і характером спирання на елементи бази: консольні (тип 1), опертих по двох сторонах (тип 2), опертих по трьох сторонах (тип 3), опертих по чотирьох сторонах (тип 4) .

У кожної елементарної платівці визначаємо максимальний згинальний момент, що діє на смужці шириною 1см.

M = q · Α · D ², (4.5.7)

де d - Характерний розмір елементарної платівки;

α - коефіцієнт, що залежить від умови опертя і визначається за таблицями Б. Г. Гальоркіна;

Тип 1: Для консольної платівки за аналогією з балкою:

М = 4982.0 .5 · 0.08 ² = 15.942 кНм.

Тип 3:

b 1 / a 1 = 10.5/30 = 0.35,

b 1 = (L пл-h к) / 2 = (52 - 31) / 2 = 10.5 см,

a 1 = 30 см,

α = 0.5

d = b 1,

M = 4982.0 .5 · 0.105 ² = 27.46 кНм.

Тип 4:

b / a = 29.7/27.8 = 1.07,

b = 31 - 2.0 .65 = 29.7,

a = 30 - 2.1 .1 = 27.8 см,

α = 0.0529

d = a,

M = 4982.0 .0529 · 0.278 ² = 20.368 кНм.

Товщину плити визначаємо за більшим з моментів на окремих ділянках:

t пл ³ Ö 6 · M max / R y · γ c, (4.5.8)

t пл ³ Ö 6.27 .46 · 10 3 / 240.10 6 · 1 = 2.6 см,

приймаємо t пл = 2.6 см = 26 мм.

Висоту траверси визначаємо з умови прикріплення її до стрижня колони зварними кутовими швами, вважаючи при цьому, що діє в колоні зусилля рівномірно розподіляється між усіма швами. K f = 8 мм.

Необхідна довжина швів:

l ω, тр = N · γ n / β f · K f · R ωf · Γ ωf · Γ c, (4.5.9)

l ω, тр = 1309.10 3 · 0.95/0.9 · 0.008 · 180.10 6 · 1.1 = 96 см,

h m ³ (l ω, тр / 4) + 10 мм, (4.5.10)

h m ³ (96 / 4) + 1 = 25 см.

Приймаються h m = 25 см.

Траверсу перевіряємо на вигин і на зріз, розглядаючи її як однопрогонових двох консольну балку з опорами у місцях розташування зварних швів і завантажену лінійної навантаженням:

q 1 = q · B m, (4.5.11)

де В m - ширина вантажного майданчика траверси;

У m = У пл / 2 = 48 / 2 = 24 см.

q 1 = 4982.10 3 · 0.24 = 1196 кН / м.

При цьому в розрахунковий переріз включаємо тільки вертикальний лист траверси товщиною t s і висотою h m.

σ = 6 · M max · γ n / t s · h m ² £ R y · γ c, (4.5.12)

τ = 1.5 · Q max · γ n / t s · h m £ R s · γ c, (4.5.13)

де M max і Q max - максимальне значення згинального моменту і поперечної сили в траверсі.

M max = 7.24 кНм,

Q max = 179.4 кН,

σ = 6.7 .24 · 10 3 · 0.95/0.01 · 0.25 2 = 66.03 МПа <240 МПа,

τ = 1.5 · 179.4 · 10 3 · 0.95/0.01 · 0.25 = 102.3 МПа <139.2 МПа.

База колони кріпиться до фундаменту двома анкерними болтами, діаметром d = 24 мм.

    1. Підбір перерізу зв'язок по колонах

Зв'язки по колонах служать для забезпечення геометричної незмінюваності споруди і для зменшення розрахункової довжини колон. Зв'язки по колонах включають діагональний зв'язок, що утворить спільно з колонами і розпіркою жорсткий диск і систему розпірок, що прикріплюють з'єднання колони до цього жорсткого диска. Кут нахилу діагоналей до горизонтальної площини α = 35 0.

Підбір перерізу зв'язків виробляємо за граничної гнучкості. Розрахункова довжина розпірок і діагональних зв'язків в обох площинах приймається рівною їх геометричній довжині.

При цьому розпірки зв'язку вважаються стислими, а елементи діагональних зв'язків розтягнутими.

Необхідний радіус інерції перерізу стержня:

i тр = l ef / | λ |, (4.6.1)

де | λ | - гранична гнучкість елементів, приймаємо по Сніпу II -23-81 *,

| Λ | = 400 - для розтягнутих елементів, | λ | = 200 - для стиснутих елементів;

l ef - розрахункова довжина.

Підбір перерізу діагональних зв'язків.

- Геометрична довжина дорівнює:

l = Ö L ² + l г ² = Ö 6.2 ² + 8.3 ² = 10.36 м,

- Розрахункова довжина дорівнює:

l = l ef = 10.36 м,

- Необхідний радіус інерції перерізу стержня дорівнює:

i тр = 10.36/400 = 0.0259 м = 2.59 см,

- По сортаменту, ГОСТ 8509-93, приймаємо розмір куточків, a = 10 мм: 56 '56' 5

Підбір перерізу розпірок:

- Геометрична довжина дорівнює:

l = B = 6.2 м,

- Розрахункова довжина дорівнює:

l ef = L = 6.2 м,

- Необхідний радіус інерції перерізу стержня:

i тр = 6.2/200 = 0.031 м = 3.1 см,

i = 0.21 · b,

b = 14.76 см,

- По сортаменту, приймаємо розмір куточків: 75 '75' 5

Література

  1. Методичні вказівки до РГУ за курсом 'Металеві конструкції'. Новосибірськ: НГАСУ, 1998.

  2. СНиП II -23-81 *. Сталеві конструкції / Держбуд Росії. - М.: ГУП ЦПП, 2003. - 90 С.

  3. СНиП 2.01.07-85 *. Навантаження і впливи. - М.: ФГУП ЦПП, 2007. - 44 с.

  4. Металеві конструкції: Загальний курс: Учеб. для вузів / Г. С. Веденніков, Є. І. Беленя, В.С. Ігнатьєва та ін; Під ред. Г. С. Веденнікова. - 7-е вид., Перераб. і доп. - М.: Стройиздат, 1998. - 760с.: Іл.

  5. Металеві конструкції. У 3 т. Т 1. Елементи конструкцій / В. В. Горєв, Б. Ю. Уваров, В. В. Філіпов та ін; Під ред. В. В. Горєва. - 3-е вид., Стер. - М.: Висш.шк., 2004. -551 С.: Іл.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Будівництво та архітектура | Курсова
182.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування прольоту конструкції перону
Ефективність використання універсальних різців Проектування спрощеної конструкції державки різців
Розробка електропривода моталки для згортання металевої смуги в рулони
Проект балочної майданчики
Конструювання балочної клітки
Вибір схеми балочної клітки
Легкоскидні конструкції
Конструкції будинку
Конструкції стін
© Усі права захищені
написати до нас