П роектирование и расчет балочной клетки

• Название: П роектирование и расчет балочной клетки
• Дата: 17.07.2022
• Размер: 316.99 Kb.
• Имя файла: kazedu_193486 (1).docx
• Тип: Курсовой проект; #632092
• страница: 4 из 4

Расчетная схема на устойчивость опорного участка главной балки
см.

Площадь расчетного сечения опорной части балки:

см².

Момент инерции сечения относительно оси z-z:

см⁴.

Радиус инерции сечения:

см.

Гибкость:

.

Условная гибкость:

.

Условие устойчивости можно записать в виде:
,
где  = 0,97025 - коэффициент продольного изгиба балки (по табл. 72 СНиПа II-23-81*),

кН/см² < R_y_c = 23 кН/см²,

то есть принятая опорная стойка главной балки устойчива.

Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки двухсторонними швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08А при вертикальном расположении шва.

Согласно табл. 4 СНиП II-23-81* расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:
кН/см²,
где _wm = 1,25, - коэффициент надежности по материалу шва.

По СНиП II-23-81* расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:

кН/см².

По табл. 34 СНиП II-23-81 для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:

_f = 0,9 – по металлу шва;

_z = 1,05 – по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным:

кН/см²,  расчетным является сечение по металлу шва.

Определим катет сварных швов:

см.

Полученное значение катета шва больше минимального k_f^min = 5 мм, поэтому окончательно принимаем k_f = 7 мм.

Проверяем длину рабочей части шва



Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.
3.6 Проектирование стыка главной балки на высокопрочных болтах
Очевидно, что стык необходим по середине балки, где М_max = 535168 кН·см и Q = 0.

По табл. 61 СНиП II-23-81* выбираем высокопрочные болты для соединения d = 24 мм из стали 40Х "селект" с наименьшим временным сопротивлением R_bun = 110 кН/см² и площадью сечения болта нетто A_bn = 3,52 см² (табл. 62). По табл. 36 СНиП II-23-81* определяем, что при газопламенной обработке соединяемых поверхностей и при регулировании натяжения болтов по моменту коэффициент трения  = 0,42, коэффициент надежности _h = 1,12 (при разности номинальных диаметров отверстий и болтов  = 1 – 4).

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определим по формуле

,
где R_bh – расчетное сопротивление высокопрочного болта, принимаемое по формуле (3) в СНиПе II-23-81*:

кН/см²;

_b = 1,0 (при количестве болтов больше 10) коэффициент условий работы соединения.

кН.
Стык поясов

Перекрещиваем тремя накладками каждый пояс балки сечением 55014 мм и 226014 мм. Общая площадь сечения

см² > 55·2,4 = 132 см².

Определим усилие в поясе:

кН.

Количество высокопрочных болтов в соединении стыков поясов:

,

принимаем n = 18 болтов и размещаем их согласно рис. на стр. 40.


Размещение высокопрочных болтов на стыке поясов главной балки.
Стык стенки.

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 360130010 мм.

Момент, действующий на стенку:

кН·см.

Расстояние между крайними по высоте рядами болтов принимаем:

мм.

Вычислим коэффициент стыка :

,

где m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

Определяем, что число рядов болтов по вертикали равно 9, что соответствует шагу рядов болтов по высоте 150 мм (8150 = 1200 мм).

Проверим стык стенки по формуле:

кН < Q_bh·k = 204 кН.


Размещение высокопрочных болтов на стыке стенки главной балки.
Проверим ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты диаметром d_o = 26 мм (на 2 мм больше диаметра болта).

Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка, поэтому площадь сечения пояса нетто:

см²,

а площадь сечения пояса брутто:

см².

Согласно п.11.14 СНиПа II-23-81*:

см²,

то есть ослабление пояса можно не учитывать.

Проверим ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

см²,

следовательно, ослабление накладок можно не учитывать.
3.7 Проектирование сварного стыка главной балки
На монтаже сжатый пояс и стенку всегда соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс – косым швом под углом 60⁰, так как при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля затруднены. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки и по этому не рассчитывается.

Ч тобы уменьшить сварочные напряжения, сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1 и поясов 2 и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2 и 3. Последним заваривают угловые швы 4 и 5, имеющие небольшую продольную усадку.

4. Проектирование и расчет колонн
4.1 Расчетная схема и расчетная длина колонны
В качестве расчетной схемы выберем колонну, шарнирно закрепленную с двух сторон. Найдем фактическую длину колонны l, при высоте фундамента 500 мм:

мм.

Расчетная длина колонны равна: см.

где  - коэффициент расчетный длины, определяется по табл. 71,а СНиПа II-23-81*.
Р асчетная схема центрально-сжатого стержня колонны.
4.2 Определение продольной силы в колонне, выбор типа сечения колонны
Опорная реакция в главной балке равна Q = 1337,92 кН, а продольная сила в колонне равна

N = 21337,92+0,8·l_k = 3299,36 кН, используем колонну сплошного типа сечения. Примем, что сечение будет двутавровым, сваренным из трех листов.

4.3 Подбор сечения, проверка общей устойчивости колонн и местной устойчивости стенки и полок
Материал колонн – сталь С275. Для нее по табл. 51 СНиПа II-23-81* определим, что для t до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести R_y = 26 кН/см².

По формуле 7 СНиПа II-23-81* имеем, что Найдем по формуле:

Примем = 71, тогда  = 0,739,

см².

Т.к. см см, примем b_f= 460 мм, h_w= 560 мм.

Для того, чтобы воспользоваться формулой пункта 7.14 СНиП II-23-81*, определим значение

тогда согласно табл. 27 СНиП II-23-81* получим, что:

см, принимаем t_w = 9 мм.

Тогда см², необходимая площадь поясов равна:

см²,  см,

принимаем мм.

Проверим местную устойчивость полки колонны по табл.29 СНиП II-23-81*:
,
где , т.к.

см²,

см⁴, 

местная устойчивость полки не обеспечена.

Увеличиваем до мм.

, т.к.

см²,

см⁴, 

местная устойчивость полки обеспечена.

Проверяем напряжение по подобранному сечению:



Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости.

Сечение колонны со сплошной стенкой




Проверим местную устойчивость стенки колонны. Стенка колонны устойчива, если условная гибкость стенки меньше или равна предельной условной гибкости , т.к. 1,07 < 1,47  стенка устойчива.
4.4. Расчет и конструирование оголовка колонны
На колонну со сплошной стенкой свободно сверху опираются балки. Усилие на стержень колонны передается опорными ребрами балок через плиту оголовка. Ширина опорных ребер балок b_p= 360 мм. На колонну действует продольная сила N = 2678 кН. Торец колонны фрезерован. Толщину плиты оголовка принимаем равной t_f = 25 мм.

Плита поддерживается ребрами, приваренными к стенке колонны. Толщину ребер определяем из условия смятия. Требуемая площадь смятия:



О пределим высоту ребра, исходя из длины швов, прикрепляющих ребро к стенке.

Задаемся катетом шва k_f= 10 мм.

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением
Схема опирания главной балки на колонну
кН/см². Для стали С275 значение кН/см². Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП II-23-81*):

кН/см²,

кН/см².

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

кН/см²,

кН/см², следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу границы сплавления. Тогда длина одного углового шва будет равна

( при k_f = 10 мм – для вставки стенки в колонну > 10 мм.)

см, принимаем h_p=l_w+1=57,16+1=58 см.

Толщину вставки в стенку колонны определим из расчета стенки на срез:

см, принимаем t_{w, вс} = 19 мм.
4.5 Расчет и конструирование базы колонны
Собственный вес колонны:

кг.

Расчетная нагрузка на базу колонны:

кН.

Требуемая площадь плиты базы колонны
,
где  - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке  = 1;

R_b,loc – расчетное сопротивление смятию:
,
где R_b – расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В12,5 R_b = 0,75 кН/см²;

 - коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера операния плит, для бетонов класса ниже В25  =1;

- принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В 7,5, потому в нашем случае _b = 2.

кН/см².

При центрально-сжатой колонне и значительной жесткости плиты напряжения под плитой в бетоне можно считать равномерно распределенными, поэтому  = 1, тогда

см².

Считая в первом приближении плиту базы квадратной, будем иметь стороны плиты равными

см;

принимаем размеры плиты см, L = 75 cм (по конструктивным соображениям), тогда

см².

Напряжение под плитой

кН/см².

Плита работает на изгиб, как пластинка, опертая на соответствующее число кантов (сторон). Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются три участка.

На участке 1 плита работает по схеме "пластинка, опертая на четыре канта". Соотношение сторон

> 2,

то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.

Изгибающий момент:

кНсм.

Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты – сталь С275, для которой расчетное сопротивление R_y = 26 кН/см², тогда

см,

принимаем толщину базы 24 мм.

На участке 2 плита работает тоже, как пластинка, опертая на три канта.

см,

Соотношение сторон

,

следовательно плиту можно рассматривать как консоль длиной с.

Изгибающий момент:

кНсм.

На участке 3 плита оперта на три канта.

см,

,

следовательно плиту можно рассматривать как консоль длиной е.

Изгибающий момент:

кНсм.

Б аза колонны (цифры в кружках - номера участков)
Расчет траверсы.

Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной.

Рассчитаем угловые швы на условный срез.

Задаемся катетом шва k_f= 13 мм.

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением кН/см². Для стали С275 значение кН/см². Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП II-23-81*):

кН/см²,

кН/см².

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

кН/см²,

кН/см², следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу границы сплавления. Тогда длина одного углового шва будет равна

см,

Высота траверсы h_т = l_w +1 = 44,09+1 = 45,09 см, принимаем h_т = 45 см.
Список используемой литературы
1. Металлические конструкции. Под редакцией Г.С. Веденикова, Стройиздат, 1998.

2. Металлические конструкции. Под редакцией Е.И. Беленя, М., Стройиздат, 1986.

3. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции (Госстрой СССР. – М. ЦИТП Госстроя СССР, 1996)