Сталеві конструкції робочого майданчика

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищої професійної освіти «Алтайський Державний Технічний Університет ім. І.І. Ползунова ».

Факультет Заочний

Кафедра Будівельних конструкцій

Курсовий проект

З дисципліни «Металеві конструкції, включаючи зварювання»

Тема «Сталеві конструкції робочого майданчика»

Зміст

1. Вихідні дані для проектування

2. Розрахункова частина

Список літератури

1. Вихідні дані для проектування

Розмір робочої площадки в плані: 9х24 м.

Сітка колон: 4,5 х12 м.

Технологічна навантаження (рівномірно розподілена): 12,5 .

Позначка верху настилу: 9,6 м.

Клас бетону фундаментів: В12, 5.

Район будівництва: Тюмень.

2. Розрахункова частина

Місто Тюмень відноситься до кліматичного району I 2 по т. 50 * СНиП II -23-81 * «Сталеві конструкції» підбираємо марку сталі С345 для настилу по ГОСТ 27772-88.

Розрахунок настилу.

Рис.1 Схема спирання настилу на балки настилу

Співвідношення між шириною і товщиною наздогнала можна визначити з наступного нерівності:

де - Довжина прольоту

- Товщина настилу

- Циліндрична жорсткість настилу.

- Модуль пружності сталі

- Коефіцієнт Пуассона - Для сталі.

Виходячи з умов на проектування, товщина настилу приймається 10 мм.

Таким чином .

Так як число і крок настилів має бути цілим числом, то приймаємо .

Визначимо величину розпору:

- Коефіцієнт надійності за навантаженням

Підберемо катет зварного шва за формулами:

за таблицею 34 СНиП «Сталеві конструкції»

-Довжина зварного шва.

-

R - тимчасовий опір сталі електродів.

Для електродів марки Е42

приймаємо катет зварного шва 4 мм.

Розрахунок балки настилу

Рис 2. Схема розташування основного осередку

Для балок настилу в кліматичному районі I2 приймається сталь марки С345 з розрахунковим опором для товщини від 4 до 10 мм. На балку діє технологічна навантаження і власну вагу сталевого настилу. Сумарне навантаження, що діє на одну балку настилу розподілена, на площі з габаритами , - Довжина балки настилу, - Крок балок настилу. Приймаючи щільність сталі , Величину технологічного навантаження , А також знайдену нами раніше товщину листа настилу знайдемо величину розрахункової лінейнораспределенной навантаження.

Рис 3. Розрахункова схема балки настилу

Нормативне навантаження на балку:

де - Нормативне навантаження на балку

- Технологічна навантаження.

- Щільність сталі.

- Товщина настилу

- Крок балок настилу.

Розрахункове навантаження на балку:

де - Розрахункове навантаження на балку.

- Коефіцієнт надійності по навантаженню.

- Коефіцієнт надійності за навантаженням для ваги сталевих конструкцій.

Максимальні нормальні напруження, що виникають у балці настилу, не повинні перевищувати розрахункового опору сталі за межею текучості з урахуванням коефіцієнта за умовою роботи.

де - Розрахунковий опір сталі за межею текучості .

- Коефіцієнт умов роботи.

- Максимальний згинальний момент.

- Момент опору перерізу балки відносно осі Х.

Максимальний згинальний момент в балці настилу:

По таблиці сортаментів двотаврів (ГОСТ 8239-72 «стелі. Сортамент») приймаємо найближчий більший за моментом опору двутавр.

Найбільш підходить двутавр з номером профілю № 20

Розрахуємо прогин балки настилу.

Прийняті характеристики балки настилу задовольняють умови прогину.

Розрахунок головної балки.

Збір навантажень та формування розрахункової схеми

Рис 4. Визначення вантажної площі

Вибираємо балку в середині так як вона найбільш навантажена. Вантажна площа з якою збираються всі навантаження і прикладаються як зосереджена сила F, показана на рис 4.

Нормативне значення зосередженої сили

Де - Корисна технологічна навантаження

( обсяг настилу, що відповідає його площі в плані 1 щільність сталі

-Вага балки настилу, що дорівнює добутку ваги 1м.п. двутавра номер 20 на довжину балки настилу;

Розрахункове значення зосередженої сили:

- Коефіцієнт надійності за навантаженням для рівномірно розподілених навантажень = 1,2

- Коефіцієнт надійності за навантаженням для ваги сталевих конструкцій = 1,05.

- Коефіцієнт надійності за відповідальністю = 0,95.

так як зосереджених навантажень більше 8 допускається замінити навантаження еквівалентної равномернораспределенной

Побудуємо епюри згинальних моментів і поперечних сил.

Визначаємо перетин головної балки.

Марка стали приймається С345 з розрахунковим опором .

-Максимальний згинальний момент.

- Необхідний момент опору.

Компановка перетину почнемо з призначення висоти, оскільки висота-це параметр від якого залежать всі інші розміри.

Призначення висоти балки.

Висота балки призначається виходячи з аналізу трьох значень - Оптимальна висота балки, яка забезпечує найменшу площу перерізу, а отже, і найменшу витрату сталі.

Оптимальна висота

- Товщина стінки, обчислюється за емпіричною формулою

Обчислюється

Де - Коефіцієнт, який приймається для складових зварних балок 1,15-1,2.

Визначаємо мінімальну висоту.

Приймаються висоту балки рівної 84 см.

Будівельна висота перекриття не задана.

Призначаємо товщину стінки.

З умови міцності стінки в опорних перетинах її товщина повинна задовольняти умові:

- Висота стінки балки, наближено

см.

розрахунковий опір сталі зрушенню

-Межа плинності стали .=

- Коефіцієнт надійності за матеріалом

Приймаються 6мм кратно 2.

Для забезпечення місцевої стійкості товщина стінки повинна задовольняти умові:

Виходячи з умов призначаємо 8мм.

Призначення розмірів поясів.

Приймаються 22 см.

Необхідна ширина пояса.

Визначимо необхідну площу кожного поясу складовою балки:

де A ^f _тр - необхідна площа перерізу кожного поясу, см ^2.

Визначаємо величину звису пояса.

Уточнюємо висоту стінки.

Визначаємо геометричні характеристики головної балки:

Виконуємо перевірку міцності за нормальними напруг:

МПа

Забезпечення стійкості верхнього стиснутого пояса.

Місцева стійкість забезпечена.

Зміна перерізу балки по довжині.

Перетин складовою балки, підібране за максимальним вигинає моменту, можна зменшити в місцях зниження моментів.

Ширина пояса зміненого перерізу призначається виходячи з розрахунку і з урахуванням конструктивних вимог:

Визначаємо місце зміни перерізу.

см.

На відстані 2 м від опори зосереджених сил немає.

Обчислюємо згинальний момент і поперечну силу в перерізі:

Визначимо необхідний момент опору зміненого перерізу:

Необхідна площа пояси:

ширина пояса

см.

Виходячи з вищевказаних умов, приймаємо

Обчислюємо геометричні характеристики прийнятого перерізу:

Виконуємо перевірку міцності стикового зварного шва.

МПа.

Перевірка виконана.

Виконуємо перевірку міцності по дотичним напруженням в приопорних перерізі.

Обчислення напруг проводиться за формулою Журавського.

-Статичний момент полусеченія

Умова виконується.

Виконуємо перевірку на міцність по приведених напругах в стінці в місці зміни перерізу.

(301,5 МПа)

Перевірка виконується, сталь працює пружно.

Перевіряємо деформативність балки.

Перевіряємо балку за прогинами в середині прольоту не повинен перевищувати нормованого значення , Що визначається за СНіП «Навантаження і впливи.

Таким чином максимальний прогин не перевищує нормованого значення, жорсткість балки забезпечена.

Забезпечення загальної стійкості балки.

Стійкість балки забезпечена якщо виконується умова:

-Розрахункова довжина балки в розрахунках на загальну стійкість. У даному випадку це відстань між балками настилу, які закріплюють головну балку від переміщень з її площині.

Умова виконується.

Забезпечення загальної стійкості стінки балки.

Стінку зміцнюють ребрами, розташованими перпендикулярно її площині, тим самим збільшуючи її жорсткість. Їх встановлюють обов'язково якщо умовна гнучкість стінки більше значення 3,2.

Максимальна відстань між ребрами не повинно перевищувати 160 см.

Для зручності та забезпечення додаткової жорсткості, встановлюємо ребра під зосередженим навантаженням.

Так як поперечні ребра встановлюються під зосередженим навантаженням можна виключити локальні напруги.

Перевірка на стійкість стінки балки в межах відсіку при , Виконується за формулою:

Де значення визначається в залежності від геометричних параметрів відсіку.

Визначення нормальних і дотичних напружень.

Відсік 1.

-Менша з сторін відсіку.

визначається в залежності від

т

аким чином

Середнє дотичне напруження у стінці.

Критичні дотичні напруження в стінці визначаються:

- Відношення більшої сторони відсіку до меншої.

Перевіряємо умову стійкості:

, Що менше ніж

Нерівність виконується отже стійкість стінки у відсіку забезпечена.

Відсік 4

Визначення нормальних і дотичних напружень.

X = 360 см.

d - менша з сторін відсіку.

визначається в залежності від

Середнє дотичне напруження у стінці.

Критичні дотичні напруження в стінці визначаються:

- Відношення більшої сторони відсіку до меншої.

що менше ніж 0,9 отже стійкість у відсіку забезпечена.

Визначаємо розміри ребра:

Ширина виступаючої частини ребра:

приймаємо 70 мм. Товщина ребра:

приймаємо 6 мм відповідно до сортаментом прокатної сталі.

Проектування опорної частини балки.

Приймемо спирання балки на колону зверху через опорне ребро, що приварюється до торця.

Обчислюємо необхідну площу опорного ребра:

опорна реакція балки. - Розрахунковий опір зім'яту торцевої поверхні при наявності пригону. (БНіП "Сталеві конструкції».

Призначаємо ширину ребра рівною ширині поясів

Тоді Приймаються рівною 10 мм відповідно до сортаментом прокатної сталі. Виступаюча вниз частина ребра не повинна перевищувати . . Перевіряємо місцеву стійкість ребра:

Місцева стійкість ребра забезпечена.

Перевіряємо стійкість опорної стійки з площини стінки балки:

За таблицю 72 БНіП "Сталеві конструкції» визначаємо

Стійкість забезпечена.

Призначаємо катет двосторонніх кутових зварних швів кріплення опорного ребра до стінки.

Приймаються напівавтоматичну зварювання в нижньому положенні зварювальним дротом Св-08Г2С в середовищі .

Для цього дроту:

Необхідний катет швів:

По металу шва:

По металу кордону сплаву:

За розрахунковим вимогу катет становить 3мм.

За конструктивним вимогам Т.38 СНиП мінімальний катет 5мм. Остаточно приймаємо 5мм.

Зварні шви, що кріплять ребро до поясів, приймаємо конструктивно мінімальними 6мм.

Розрахунок поясних зварних швів.

Поясні зварні шви перешкоджають взаємному зсуву поясів при вигині балки і забезпечують їх спільну роботу.

Зсувні зусилля на одиницю довжини:

-Статичний момент поясу відносно нейтральної осі балки.

Так як відсутні зосереджені навантаження через пояс балки в місці не укріпленому ребром жорсткості, то поясні шви не відчувають додаткового місцевого тиску.

Поясні шви виконують безперервними по всій довжині балки постійного катета, який призначається з розрахунку в найбільш напруженому одиничному відрізку довжини. Їх краще виконувати автоматичним зварюванням у положенні «у човник». Вони можуть бути односторонніми або двосторонніми.

Приймаються автоматичне зварювання зварювальним дротом СВ-1НМА під флюсом АН-47 в положенні «у човник».

По металу шва.

По таблиці 38 СНиП мінімальний катет зварного шва 7 мм.Поетому приймаємо 7мм.

Розрахунок укрупнювального стику головної балки.

У стиках на високоміцних болтах кожен пояс перекривається трьома накладками, а стінка двома. Площа перерізу яких повинна бути не менше площі перекриваються елементів. Застосовуються високоміцні болти з контролем зусилля натягу. У таких з'єднаннях передача зусилля здійснюється за рахунок сил тертя, які виникають по поверхні дотику від сильного притискання деталей один до одного. Для стику приймаємо високоміцні болти 20мм.

Коефіцієнт тертя

Несуча спроможність одного болта з урахуванням двох площин тертя.

кН.

Приймаємо по 8 болтів з кожної сторони стику і розміщуємо їх у відповідності з конструктивними вимогами.

Пояс ослаблений чотирма отворами:

<

Отже, розрахунок ведемо за умовною площі пояси:

МПа

Міцність поясів у місці укрупнювального стику забезпечена. Приймаються товщини поясних накладок 10 мм. Тоді площа найбільш напруженого перерізу накладок, найближчого до середини балки, з урахуванням ослаблення чотирма отворами:

<

Отже, розрахунок ведемо за умовною площі накладок

МПа

Міцність забезпечена.

Приймаються накладки товщиною 10 мм.

Момент сприймається стінкою:

Приймаються відстань між крайніми по висоті рядами болтів:

Приймаємо два вертикальні ряди (m = 2) c кожної сторони стику і шість горизонтальних рядів з кроком 720 / 5 = 144мм. У перетині балки, де виконується стик Q = 0, максимальне зусилля в найбільш навантаженому болті:

Міцність стику стінки забезпечена.

Розрахунок колони.

Як матеріал для колони використовується матеріал сталь С345 з розрахунковим опором , Що розраховується колона є наскрізною, складеного перерізу з двох швелерів.

Розрахункова схема колони являє собою балку на шарнірних опорах.

Розрахункова схема колони.

Визначимо розрахункове навантаження на колону:

Геометрична і розрахункова довжина колони будуть різні в різних напрямках.

Визначимо геометричну довжину колони.

визначимо розрахункову довжину колони:

Попередньо задамося гнучкістю колони в залежності від навантаження.

Визначаємо коефіцієнт поздовжнього вигину залежно від гнучкості і розрахункового опору сталі (т. 72 СНиП)

Підбираємо перетин стрижня, розраховуючи його відносно осі х.

Визначаємо необхідну площу перерізу:

Визначаємо необхідний радіус інерції:

Враховуючи отримані результати приймаємо два швелера № 22

З урахуванням обраного швелера гнучкість відносно осі х:

Коефіцієнт поздовжнього вигину

Перевіряємо стійкість відносно осі х:

Недонапруження становить:

Розрахунок щодо вільної осі:

Визначаємо відстань між гілками колони з умови рівностійкого у двох площинах: . Приймаються гнучкість гілки , А потім визначаємо необхідну гнучкість щодо вільної осі у-у.

Відповідно до типу прийнятого перерізу відстань між гілками

Визначається з виразу

Отриманою гнучкості відповідає радіус інерції:

Визначаємо відстань між гілками:

Отримане відстань повинна бути не менше подвійної ширини полиць швелерів плюс зазор необхідний для відправлення внутрішніх поверхонь стержня:

Приймаються відстань між гілками 300 мм.

Зазор між гілками

Перевіримо перетин щодо вільної осі:

Радіус інерції перерізу відносно вільної осі:

Гнучкість стрижня щодо вільної осі:

Наведена гнучкість колони:

Стійкість колони щодо вільної осі:

Недонапруження становить

Остаточно приймаємо:

Розрахунок планок

Встановлюємо розміри планки. Планки заводимо на гілки на 50 мм.

Ширина планки: приймаємо 24 см.

Висота планки:

Товщина планки:

Відстань між планками: см.

Розрахункова довжина між планками:

Визначаємо розрахункові зусилля, діючі на одну планку:

Умовна поперечна сила в колоні:

Поперечна сила і згинальний момент, що діють на планку однієї грані:

Приймаються приварення планок до полиць двотаврів кутовими швами . Так як міцність кутових швів буде менше міцності планки, то достатньо виконати перевірку міцності зварних швів. Приєднання планок здійснюється ручним, зварюванням електродами Е42.

Площа і момент опору зварного шва:

Напруга у шві від моменту і поперечної сили:

Рівнодіючої напруга:

Міцність конструкції забезпечена.

Розрахунок оголовка колони.

Обпирання балок на колону прийнято зверху. Тому оголовок колони складається з плити і ребер, що підтримують плиту і передають навантаження на стрижень колони. Ребра оголовка приварюють до опорної плити і до гілок колони. Шви прикріплюють ребро оголовка до плити, повинні витримувати повний тиск на оголовок.

Визначаємо величину катета зварного шва по металу шва:

По металу кордону сплаву:

Зважаючи на велику товщини зварного шва торець колони і ребро необхідно фрезовані. У цьому випадку тиск від балок буде передаватися безпосередньо через опорну плиту на ребро оголовка, призначається конструктивно, приймаємо .

Товщину опорної плити приймаємо конструктивно .

Висоту ребра оголовка визначаємо з умови необхідної довжини швів, зраджують навантаження на стрижень колони. Приймаються .

По металу шва:

По металу кордону сплаву:

Приймаються

Товщину ребра оголовка приймаємо з умови опору на зминання під повним опорним тиском:

де -Довжина мнеться поверхні, рівна ширині опорного ребра балки плюс дві товщини плити оголовка.

- Розрахунковий опір зім'яту торцевої поверхні.

Згідно сортаменту приймаємо 1.2 см.

Перевіряємо ребро на зріз:

призначаємо товщину допоміжних ребер 8 мм.

Перевіряємо на зріз:

Розраховуємо зварні шви, що з'єднують опорне ребро оголовка з допоміжними:

По металу шва:

- Розрахункова довжина шва, яка приймається меншою його повної довжини на 10 мм.

По металу кордону сплаву:

Остаточно приймаємо 7 мм.

Розрахунок бази колони.

База є опорною частиною колони і призначена для передачі зусилля з колони на фундамент. Конструкцію бази приймаємо із траверсами. Траверса служить для більш рівномірного розподілу зусиль від колони на плиту і збільшує її несучу здатність.

Бетон фундаменту класу В12, 5, для якого призмова міцність .

Розрахункове навантаження на колону визначають як суму навантажень: навантаження на колону і вага колони

- Коефіцієнт надійності по навантаженню.

Визначаємо необхідну площу опорної плити бази колони:

Ширину плити приймаємо з конструктивних міркувань:

-Відстань між траверсами, висота перерізу гілки = 22 см.

- Товщина траверси, яка з конструктивних міркувань приймається 10 ... 16 мм, приймаємо 15 мм.

- Вільний виступ плити за траверсу, що приймається від 2 до 6 см.

Довжина плити:

Плита працює як пластинка на пружній основі, що сприймає тиск від гілок, траверс і ребер.

Плиту розраховують як пластину, навантажену знизу рівномірно-розподіленим тиском і оперту на елементи перетину стрижня і бази колони (траверси, діафрагми, ребра).

Напруження під плитою:

Відповідно до прийнятої конструкцією бази плита має ділянки, опертий на чотири канти, на три канта і консольні.

Ділянка, опертий на чотири канти:

Відношення сторін

Коефіцієнт

Згинальний момент дорівнює:

Ділянка, опертий на три канта:

Згинальний момент дорівнює:

За максимальному моменту визначаємо товщину плити.

відповідно до сортаментом приймаємо 22 мм.

Висоту траверси знаходимо по довжині зварних швів, необхідних для прикріплення її до стрижня колони. Прикріплення траверси до колони виконуємо напівавтоматичним зварюванням зварювальним дротом СВ-08Г2С.

Розрахункові характеристики:

Розрахунок ведемо по металу шва.

При 4-х вертикальних швах з катетом 5 мм висота траверси складе:

Приймаються висоту траверси 30 см.

Виробляємо перевірку траверси на міцність. Траверса розраховується як однопролетная балка з консолями.

на максимальному ділянці:

Приварення торця гілок колони до опорній плиті виконуємо конструктивними швами 6 мм, так як ці шви в розрахунку не враховувалися.

Список літератури

1. Беленя Е.И. Металеві конструкції .- М.: Стройиздат, 1986. -560 С.

2. Ліхтарніков Н.М. та ін Розрахунок сталевих конструкцій: Довідкова допомога. -

К.: Будівельник, 1984. -368 С.

3. СНіП 2.01.07.85 *. Навантаження і впливи. Норми проектування. -М., 1975 - 36с.

4. СНиП II-23-81 *. Сталеві конструкції. Норми проектування .- М., 1988 - 93 с.

5. Кікоть А.А. Розрахунок сталевий зварної балки - АлтГТУ, Барнаул, 2005 50 с.