Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 61
Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений "Расчет и проектирование стальных конструкций балочной клетки"
Краснодар 2008 3.1 Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия 3.2 Расчетная схема и усилие в главной балке 3.3 Подбор сечения главной балки 3.4 Изменение сечения главной балки 3.5 Проверка общей устойчивости балки 3.6 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки 3.7 Расчет поясных швов главной балки 3.8 Конструирование и расчет опорной части балки 3.9 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки 4.1 Подбор сечения сплошной колоны балочной площадки 4.2 Конструирование и расчет оголовки колоны 4.3 Конструирование и расчет базы колоны 1. Выбор схемы балочной клетки
2.1 Компоновка балочной клетки
В зависимости от заданной нагрузки где n
0
= l
н
/f
= 150 – норма прогиба; где ν
= 0,3 – коэффициент Пуассона. Задаемся расстоянием между балками настила l
н
= 1000 м, тогда толщина настила будет: Окончательно принимаем t
н
= мм, поскольку пролет настила меньше шага балок настила на ширину полки балки. Рисунок 2 – Схема балочной клетки (нормальный вариант) Схема расстановки балок настила показана на рисунке 2, а сопряжение балок – на рисунке 1а или 1б. Принимаем шаг вспомогательных балок, а значит и пролет балок настила a
вб
= l
бн
= 2,8 м. Задаемся расстоянием между балками настила l
н
= 1000 м, тогда толщина настила, определяемая по формуле (2.1) будет: Окончательно принимаем t
н
= 11 мм, поскольку пролет настила меньше шага балок настила на ширину полки балки. Схема компоновки второго варианта показана на рисунке 3. Схема сопряжения балок может быть принята по рисунку 1в. 2.2 Расчет вспомогательных балок и балок настила
После компоновки вариантов выполняется расчет балок по каждому из вариантов в такой последовательности: – определение нормативных нагрузок; – определение расчетных нагрузок с учетом коэффициентов надежности по нагрузке: для временной нагрузки γ
f
,
p
= 1,2; для собственного веса стальных конструкций γ
f
,
g
= 1,05. – расчет балок настила и вспомогательных на прочность и проверка их прогибов по формулам: Предельный относительный прогиб для балок настила и вспомогательных принимается Расчет швов прикрепления настила
Сварка ручная электродная Э42 Определяем силу растягивающую кровлю: Для стали С245 и электродов Э42 Rwf=20 кн/см2
Для ручной сварки βf=0,7 и βz=1,0 требуемый катит шва составляет; Учитывая что Rwz=0,45*36,5=16,4 кн/см2
и βz=1,0, проверку можно не делать так как βfRwf< βzRwz, окончательно принимаем для полки двутавра № tf
= мм Kf
= мм. Нагрузку на главную балку при передаче ее через 5 и более балок настила можно считать равномерно распределенной. Расчетная схема и эпюры усилий даны на рисунке 4. Постоянная нагрузка (вес настила, балок настила и вспомогательных балок) найдена при сравнении вариантов. Собственный вес главной балки может приниматься приближенно в размере 2–3% от нагрузки на нее. Грузовая площадь заштрихована на рисунке 5. Рисунок 4 – Расчетная схема и усилия в главной балке Рисунок 5 – К определению нагрузки на главную балку Высоту главной балки h
гб
целесообразно назначать близкой к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия Оптимальная высота определяется по формуле При этом гибкость стенки Погонная нагрузка с учетом собственного веса (2%) и веса настила кН/м2
Расчетные усилия Требуемый момент сопротивления Расчетное сопротивление стали С245 при толщине поясных листов до 20 мм составляет При этажном сопряжении балок настила (рисунок 1, а) Минимальная высота (по жесткости) Задаемся гибкостью стенки Принимаем h= м, что больше hmin
, меньше hmax
и близко к hopt
. При расчете с учетом пластических диформаций, задаемся с1
=1,1
Находим толщину стенки пологая, что tf
=2 cм, hw
=h‑2 tf
= -2·2= см а) Принимаем Находим требуемую площадь поясов Принимаем пояса из листа 550×20 мм. При этом Таким образом, рекомендации выполнены. Принятое сечение балки показано имеет характеристики. Геометрические характеристики сечения: Проверка прочности: Недонапряжение составляет: Проверки прогиба балки не требуется, так как принятая высота Принимаем место изменения сечения на расстоянии 2,3 м от опор, т.е. приблизительно 1/6l
, как показано на рисунке 8. Находим расчетные усилия: Подбираем сечение, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса. Требуемый момент сопротивления равен: Для выполнения стыка принята полуавтоматическая сварка без физического контроля качества шва. Принимаем поясной лист 300×20 мм. Геометрические характеристики измененного сечения: Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в точке А по стыковому шву (рис. 9). Рисунок 9 – К расчету балки в месте изменения сечения Наличие местных напряжений, действующих на стенку балки, требует проверки на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений в уровне поясного шва и под балкой настила по уменьшенному сечению вблизи места изменения ширины пояса. Так как под ближайшей балкой настила будет стоять ребро жесткости, которое воспринимает давление балок настила, передачи локального давления в этом месте на стенку не будет, Поэтому приведенные напряжения проверяем в месте изменения сечения на грани стенки (точка Б), где они будут наибольшими: Проверка прочности опорного сечения на срез (по максимальным касательным напряжениям в точке В): Проверка прочности стенки на местное давление балок настила по формуле: Где b= 14,5 см – ширина полки балки настила I№36 из сортамента; Таким образом, прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена. Устойчивость балок проверять не требуется, если выполняются следующие условия: – нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, в частности, железобетонные плиты или стальной лист; – при отношении расчетной длины балки Коэффициент Следовательно, устойчивость балки можно не проверять. Устойчивость сжатого пояса при отсутствии пластических деформаций обеспечивается выполнением условия: В рассмотренном примере устойчивость обеспечена. Расставим ребра жесткости и проверим местную устойчивость стенки. Рисунок 10 – Расстановка ребер жесткости. Расчетные усилия для проверки устойчивости стенки Ребра жесткости принимаем односторонние шириной и толщиной В отсеке №1 стенка работает в упругой стадии и проверка устойчивости выполняется по формуле Расчетные усилия принимаем приближенно по сечению Предельное значение Проверяем устойчивость стенки отсека №1 по формуле (3.14): Устойчивость стенки обеспечена. В отсеке №2 расположено место изменения сечения, поэтому эпюра sх
имеет скачок. Средние напряжения в пределах наиболее напряженного участка отсека (расчётного) длиной Находим критические напряжения Проверяем устойчивость стенки отсека №2: Устойчивость стенки обеспечена. Проверяем устойчивость стенки отсека №3 Находим критические напряжения Проверяем устойчивость стенки отсека №3: Устойчивость стенки обеспечена. Проверяем устойчивость стенки отсека №4 Находим критические напряжения Проверяем устойчивость стенки отсека №4: Устойчивость стенки обеспечена. Поясные швы примем двусторонними, так как 1 – сечение по металлу шва; 2 – сечение по металлу границы сплавления Рисунок 11 – К расчету поясных швов Сварка автоматическая, выполняется в положении «в лодочку» сварочной проволокой Св‑08Га. Для этих условий и стали С245 находим Принимаем минимальный катет шва Проверяем прочность шва: по металлу границы сплавления Таким образом, минимально допустимый катет шва достаточен по прочности. Ребро крепится к стенке полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св‑08Г2С. Размер выступающей части опорного ребра принимаем 20 мм. Из условия смятия находим Ширину опорного ребра Принимаем ребро из листа 300×14 мм. Площадь Проверяем устойчивость опорной части Подбираем размер катета угловых швов по формуле: Проверку по металлу границы сплавления делать не нужно, так как Принимаем болты диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 23 мм. Тогда Qbh
= Стык поясов перекрываем накладками из стали С245 сечением 550×12 с наружной и 2×260×12 с внутренней стороны поясов. При этом суммарная площадь сечения накладок Усилие в поясах Принимаем 18 болтов. Ставим их, как показано на рис. 14, в соответствии с требованиями Стык стенки перекрываем парными накладками из листа t
=10 мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстоянии в ряду a
=100 мм (максимально допустимое расстояние Проверяем прочность болтового соединения на сдвиг В соответствии с заданием принимаем сплошное сечение колонны. Принимаем шарнирное закрепление концов колонны (коэффициент μ=1). Материал – сталь класса С235, лист t
= 4÷20 мм. Ry
= 23 кН/см2
. Геометрическая длина колонны равна отметке верха настила (из задания) за вычетом толщины настила t
н
,
высоты балки настила и главной балки h
г.б.
, с учетом выступающей части опорного ребра 2 см, заглубления колонны ниже отметки чистого пола на 0,6 м. с учетом μ=1 составляет Усилие в колонне Определяем ориентировочную требуемую площадь сечения по формуле (4.1) при Проектируя колонну с гибкостью, равной примерно l=60, найдём наименьшие размеры h
иbf
Поскольку ширину колонны bf
не рекомендуется принимать больше высоты h
, а толщину стенки принимают обычно Принимаем: пояса – 2 листа 420×15 мм, площадью 2Af
=2×42×1,5=126,0 см2
стенка – 1 лист 460×10 мм, площадью Aw
=4,6×1.0=46.0см2
, рис. 18 Площадь сечения колонны Находим геометрические характеристики принятого сечения: Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна: По большей из гибкостей находим коэффициент продольного изгиба Недонапряжение составляет Местная устойчивость стенки стержня колонны обеспечена. Таким образом, подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей и местной устойчивости и может быть выполнено с помощью автоматической сварки. Поперечные ребра не требуются т.к. Принимаем плиту оголовка толщиной t
пл
= 25 мм и размерами 530x420 мм. Давление главных балок передается колонне через ребро, приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами Д. Сварка полуавтоматическая, в углекислом газе, проволокой Св‑08Г2С, Принимаем ширину ребер 200 мм, что обеспечивает необходимую длину участка смятия Принимаем tp
= 25 мм. Длину ребра lр
находим из расчета на срез швов Д его прикрепления. Примем kf
=10 мм. Тогда Принимаем lp
=51 см. При этом условие Необходимо устройство вставки верхней части стенки. Принимаем ее толщину t
вст
=25 мм, а длину Торец колонны фрезеруем после ее сварки, поэтому швы Г можно не рассчитывать По табл. 6 прил. Б принимаем конструктивно минимально допустимый катет шва kf
=
7мм. Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами, сечение которых принимаем 100x8 мм. Определяем требуемую площадь плиты из условия смятия бетона где Принимаем плиту размером 650×560 мм. Тогда Рисунок 24 – Схема участка плиты 2 Рисунок 25 – Схема участка плиты 3 Находим изгибающие моменты на единицу длины d
= 1 см на разных участках плиты. Участок 1
рассчитываем как балочную плиту, так как отношение сторон b/a=460/203 = 2,26 > 2 Участок 2
(консольный) рис 24: Участок 3
работает так же, как консольный, так как отношение сторон 420/80=5,25>2. Свес консоли на 20 мм больше, чем на участке 2 для размещения анкерных болтов. Толщину плиты подбираем по наибольшему моменту M1
, M2
, M3
из условия Момент сопротивления полоски плиты шириной d=1 см равен Принимаем tпл
= 35 мм. Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св‑08Г2С. Соответствующие характеристики: Расчет выполняем по металлу шва, так как Принимаем kf
= 10 мм. При этом требуемая длина шва составит Крепление траверсы Кf
=8 мм принимаем конструктивно, так как применен фрезеровочный торец колоны. 1. Металлические конструкции /Под ред. Ю.И. Кудишин. Академия 2006. – 680 с. 2. Узлы балочных площадок: Метод. указ. / Моск. инж.-строит. ин-т им. В.В. Куйбышева. – М.: ШСИ, 1980. – Ч. 1.
|