Рабочая технологическая площадка

Рабочая технологическая площадка

 

Выполнил:

Проверил:

 

Новосибирск 2009

Состав курсового проекта

 

 

 

Расчет второстепенной балки

Проверки для второстепенной балки

Проверяем прочность балки на срез согласно п.5.12 [2] по касательным напряжениям:

.

Прочность балки на срез обеспечена.

Принимаем конструктивное решение, обеспечивающее при опирании монолитной железобетонной плиты на верхний пояс балки, надежную связь по всей длине балки между этим поясом и железобетонной плитой в горизонтальной плоскости. Такое закрепление можно создать, например, путем установки закладных деталей в монолитной плите с шагом не более значений, указанных в таблице 8* [2], с приваркой этих деталей к верхнему поясу балки. При принятии в проекте указанного конструктивного решения (или другого – так же создающего непрерывное закрепление сжатого пояса балки в горизонтальной плоскости), общая устойчивость второстепенных балок будет обеспечена (п. 5.16* [2]) и выполнять проверку по п.5.15 [2] не требуется.

Проверку второстепенной балки на жесткость при изгибе проводим по формуле для относительного прогиба балки:

,

где  - предельно допустимый относительный прогиб балки в соответствии с таблицей 19 [1],

- модуль упругости стали.

.

Жесткость балки достаточна.

Расчет главной балки.

Проверка прочности главной балки

Проверяем прочность балки согласно п.5.12 [2] на изгиб по нормальным напряжениям:

 - прочность на изгиб обеспечена. Недонапряжение составляет 1%.

Корректировку сечения не производим. Размеры сечения требуется увеличить, если не обеспечена прочность балки. Если при проверке на изгиб недонапряжение получается более 5÷10%, то размеры сечения изменяют в меньшую сторону с целью экономии металла.

Для сечения балки над опорой, где действует Q_max, выполняем проверку прочности по касательным напряжениям в соответствии с п.5.12 [2]. Принимая за расчетное сечение только стенку балки (пояса балки над опорой не успевают полностью включиться в работу на срез), преобразуем формулу проверки из п. 5.12 [2] к следующему виду:

 - прочность на срез обеспечена.

Расчет поясных сварных швов

Целью расчета поясных швов является определение их катетов k_f из условия прочности на срез (п.11.16 [2]). Расчет производим для сечения, где действует Q_max:

,

где ,

R_wf =2050кгс/см² – расчетное сопротивление металла шва для сварочной проволоки Св-08ГА и электродов типа Э46 (таблица 56 [2]),

β = 1,1 – коэффициент по таблице 34*[2] для автоматической сварки для нижнего положения сварного шва,

γ_wf = γ_с = 1 – коэффициенты условий работы.

.

Катеты назначают минимально возможной величины по условиям прочности, но не менее чем значения из таблицы 38*[2], и, как правило, по конструктивным соображениям не менее чем 6мм.

Принимаем для поясных швов балки k_f = 6мм.

Расчет колонны

Колонны рабочей площадки принимаем в виде сплошностенчатых стержней с сечением из сварного двутавра.

Балки перекрытия могут опираться на колонну сверху, либо крепиться к ней сбоку.

Опирание балок сверху позволяет загрузить колонну по центру тяжести сечения и обеспечить работу колонны на центральное сжатие (наиболее благоприятная работа для сжатого стержня).

Боковое сопряжение с колоннами обеспечивает для балок высотой более 600мм надежное крепление от опрокидывания и смещения с опоры в процессе монтажа и эксплуатации каркаса рабочей площадки. Однако при этом колонны не только крайних рядов каркаса, но и средних, как правило, работают на внецентренное сжатие (более невыгодные условия работы по сравнению с центральным сжатием). Для колонн средних рядов это связано с тем, что часто встречаются варианты неравномерного распределения временной нагрузки в смежных пролетах перекрытия. При этом балки смежных пролетов имеют неравные по величине опорные реакции. Неравные опорные реакции, приложенные с двух сторон к противоположным граням стержня колонны, вызывают изгиб колонны помимо сжатия.

Выбираем конструкцию колонн с боковым шарнирным креплением главных балок.

В рамках нашего проекта (по условию задания на проектирование) мы не рассматриваем для колонн среднего ряда вариант неравномерного распределения полезной нагрузки на перекрытии. Колонны будем конструировать как центрально сжатые, а после подбора сечения в учебных целях выполним проверку на внецентренное сжатие для колонны крайнего ряда.

С целью обеспечения геометрической неизменяемости каркаса рабочей площадки выбираем тип закрепления колонн к фундаментам и назначаем для них систему связей.

Общий вид и расчетная схема колонны с условиями закрепления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях показаны на рисунке 8.

Рисунок – 8 Общий вид и расчетная схема колонны с условиями закрепления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

В вертикальной плоскости по направлению главных балок колонны жестко закрепляем к фундаментам.

Согласно проектному заданию жесткий диск перекрытия, образованный монолитной железобетонной плитой и конструкциями балочной клетки, закреплен от перемещения в направлении главных балок. При этом принято, что место такого закрепления находится за пределами рассматриваемого фрагмента рабочей площадки. В силу указанного условия верх колонн закреплен от перемещения вдоль главных балок (рисунок 8).

В направлении поперек главных балок колонны опираем на фундаменты по шарнирной схеме и устанавливаем систему вертикальных связей по колоннам (рисунок 8).

Подбор сечения колонны

Геометрическая длина колонны Н_к= Н – t_покр – t_пл + h_з (рисунок 8),

где Н = 7м – отметка верха перекрытия,

t_покр =0,03м – толщина асфальтового покрытия пола,

t_пл = 0,1м – толщина монолитной железобетонной плиты,

h_з = 0,4м – заглубление подошвы колонны относительно уровня пола (находится в пределах 0,3- 0,8м, чтобы детали опорного узла колонны (базы колонны) не выступали над поверхностью пола).

Н_к = 7м – 0,1м – 0,03м+ 0,4м =7,27м.

Расчетная длина колонны при потере устойчивости из плоскости «Х»  (µ_х=1 рисунок 8). Расчетная длина колонны при потере устойчивости из плоскости «У»  (µ_у=0,7 рисунок 8).

По таблице 50* [2] назначаем для колонн сталь С245 по ГОСТ 27772-88* с расчетным сопротивлением по пределу текучести R_y = 2450кгс/см² и с расчетным сопротивлением срезу R_s = 0,58R_y = 1421кгс/см². Коэффициент условий работы γ_c = 1 (таблица 6* [2]).

Колонна загружена силой N=2R₂=2∙61571кгс=123,1тс. Силу N можно определить другим способом, как нагрузку с грузовой площади перекрытия размерами 12 x 6,2м: .

Зададимся гибкостью колонны λ и определим площадь ее сечения, необходимую для обеспечения общей устойчивости  (φ - коэффициент продольного изгиба).

Гибкость колонны на основании опыта проектирования ориентировочно можно принять в пределах от 60 до 90. Выбираем,  и из таблицы 72 [2] находим .

Площадь .

Сечение колонны назначаем в виде сварного двутавра (рисунок 9). Для создания наиболее экономичного сечения следует стремиться к выполнению условия равноустойчивости колонны . Приняв в первом приближении , получим требуемые величины радиусов инерции: ,

Используем зависимости для двутаврового сечения колонны ,  и получим , . По условию равноустойчивости ширина полок получается в 2,5 раза больше, чем высота двутавра, что дает весьма неудобное для изготовления и монтажа сечение колонны. По условиям изготовления ширина полок принимается обычно не более чем высота сварного двутавра. Кроме того, должны выполняться пропорции, характерные для стальных колонн зданий и сооружений, . Поэтому, используя приведенное выше соотношение между h и Н_к, назначим высоту сечения h = 30см, а ширину полок примем b = h = 30см.

Выберем толщину стенки колонны, назначив ее минимально возможной по требованиям местной устойчивости (п.7.14* [2]). Определяем для этого значение условной гибкости . Для двутаврового сечения при  по таблице 27* [2] находим . Преобразовав формулу п.7.14* [2], определяем требуемую толщину стенки . Приняв h_w≈0,97h, получим .

В соответствии с ГОСТ на листовой прокат назначаем толщину t_w = 6мм, и тогда толщина полок колонны получается равной . Принимаем t_f = 1,2см.

Для полок колонны должно выполняться требование п. 7.23* [2] по обеспечению местной устойчивости:

,

где b_ef = (b – t_w)/2 = 14,7см свес полки колонны (см рисунок 9).

Получим  - для полок колонны требования местной устойчивости выполнены. Стенку будем изготавливать из универсальной стали и поэтому ее ширину округляем до ближайшего значения, указанного в ГОСТ 82-70.

Скомпонованное сечение показано на рисунке 9.

Рисунок – 9 Сечение колонны

Определяем для сечения колонны все необходимые геометрические характеристики.

.

. .

.

Выполним проверку общей устойчивости колонны при центральном сжатии. В соответствии с п.5.2 [2]:

,

где  - наименьшее из величин  и .

Гибкости колонны , . Наибольшей гибкости ( ) из значений  и  соответствует наименьшая величина  ( ). По таблице 72 [2] с применением интерполяции для  находим  и выполняем проверку:

. Устойчивость колонны обеспечена. Недонапряжение составляет .

Если устойчивость колонны не обеспечена или недонапряжение получается более чем 10÷15%, то необходима корректировка размеров сечения колонны.

Для окончательно подобранного сечения колонны, уточнив значение условной гибкости, которая будет равна , необходимо убедиться, что обеспечена местная устойчивость поясов и стенки в соответствии с п.7.14* и п.7.23* [2].

Расчет базы колонны.

База колонны показана на рисунке 11. Для обеспечения жесткого закрепления колонны к фундаменту (в направлении главных балок) в конструкции узла применены траверсы.

Рисунок 11 – База колонны. На разрезе 1-1 (1), (2), (3) – расчетные участки плиты, на которых она испытывает изгиб от отпора бетона фундамента.

Определяем размеры опорной плиты в плане. Эти размеры должны быть достаточными для размещения на плите колонны с траверсами и для обеспечения прочности бетона фундамента под плитой. Размеры плиты обычно делают кратными 20мм.

Ширину плиты назначаем по конструктивным требованиям:

,

где  - толщина листа траверсы (принимаем конструктивно в пределах 10 - 14мм);

в=300мм – ширина полок колонны;

 - ширина свеса плиты (выбирается конструктивно в пределах 30 – 100мм);

Фундаменты (по проектному заданию) изготовлены из бетона класса прочности В12,5. Прочность бетона фундамента под плитой ,

где R_b=76,5кгс/см² – призменная прочность бетона класса В12,5 (таблица 13 СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»).

Длина плиты в плане по условию прочности бетона фундамента . Принимаем длину плиты L = 40см.

Напряжение сжатия в бетоне под подошвой фундамента .

Опорная плита снизу равномерно по всей площади загружена отпором бетона фундамента  и при этом опорой для плиты сверху служат торец стержня колонны (сечение колонны) и листы траверс. Таким образом, плита работает как пластина, изгибаемая отпором бетона фундамента. Для нее можно выделить расчетные участки изгиба, с опиранием на сечение колонны и траверсы по одной, трем и четырем сторонам (рисунок 12) .

Определим толщину плиты t_пл по условию ее прочности при изгибе.

Расчетному участку плиты (1) (рисунок 11) соответствует схема 1 на рисунке 12 с опиранием пластины по четырем сторонам (на четыре канта). Наибольший изгибающий момент в полосе шириной 1см составит:

,

где α – коэффициент, принимаемый по таблице 2 в зависимости от отношения длинной стороны в₁ к короткой а₁.

Таблица 2 – Коэффициенты для расчета на изгиб прямоугольных пластинок, опертых на четыре канта в зависимости от отношения длинной стороны в₁ к короткой а₁

в1/а1	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	≥2,0
α	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,125

Соотношения сторон в₁/а₁ = 280/147 = 1,9. Коэффициент α = 0,098.

Изгибающий момент .

В пластине с опиранием на три канта наибольший изгибающий момент в полосе шириной 1см, при отношении закрепленной стороны к свободной в₂/а₂ ≥ 0,5 (схема 2 рисунка 12), составит:

,

где β – коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения в₂/а₂ по таблице 3.

Таблица 3 – Коэффициенты для расчета на изгиб прямоугольных пластинок, опертых на три канта в зависимости от отношения закрепленной стороны в2 к свободной а2

в2/а2	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	2,0	≥2,0
β	0,06	0,074	0,088	0,097	0,107	0,112	0,120	0,126	0,132	0,133

При отношении закрепленной стороны к свободной в₂/а₂ < 0,5 (схема 2 рисунка 12) , наибольший изгибающий момент в полосе шириной 1см будет равен:

.

Для расчетного участка плиты (2) (рисунок 11) в₂/а₂ = 48/300 = 0,16 < 0,5.

Изгибающий момент .

Формулы вычисления наибольших изгибающих моментов для пластинок с закреплением по трем сторонам можно использовать для пластинок с опиранием на два канта, сходящихся под углом, приняв при этом за размер а₂ диагональ между кантами, а за в₂ расстояние от вершины угла до диагонали (схема 4 на рисунке 12).

Консольному участку плиты соответствует схема 5 на рисунке 12. Наибольший изгибающий момент в полосе шириной 1см, для консольного участка плиты, составит:

.

Для консольного участка (3) плиты (рисунок 11) изгибающий момент .

Рисунок 12 – Схемы пластин с различными типами опирания по краям. На схемах выделены полосы шириной 1см, проходящие через самое напряженное место в пластине и используемые для расчета наибольших изгибающих моментов.

Максимальный изгибающий момент в опорной плите (наибольший из М₁, М₂ и М₃) М_max = М₁ = 1630кгс·см/см.

Толщина плиты t_пл по условию ее прочности при изгибе будет равна:

,

где  (таблица 6* [2]).

По конструктивным соображениям толщину плиты принимают обычно не менее, чем 20мм. Назначаем толщину плиты t_пл = 20мм.

Высоту траверс назначаем по условию прочности сварных швов, которыми она крепится к колонне. Приняв (в запас прочности), что усилие N полностью передается со стержня колонны через четыре сварных шва на листы траверс, и затем с траверс на опорную плиту, получим:

,

где - катеты сварных швов, R_wf =2050кгс/см² – расчетное сопротивление металла шва для ручной дуговой сварки электродами типа Э46 (таблица 56 [2]),

β = 0,7 – коэффициент по таблице 34*[2] для ручной дуговой сварки,

γ_wf = γ_с = 1 – коэффициенты условий работы.

Высота траверсы . Принимаем .

Траверсу необходимо проверить по прочности на изгиб. Для расчета нашу траверсу можно представить в виде однопролетной балки с двумя консолями. Эта балка загружена снизу вверх отпором бетона, а опорами у нее служат сварные швы (рисунок 13).

Рисунок 13 – Схема для расчета траверсы как изгибаемой балки. Погонная нагрузка q=0,5·В·σ_ф

Погонная нагрузка на траверсу (рисунок 13) q = 0,5·40·77 = 1540кгс/см².

Изгибающий момент в траверсе над опорой .

Изгибающий момент в траверсе в пролете .

Наибольший изгибающий момент в траверсе М_max = М₂ = 160160кгс·см.

Момент сопротивления изгибу траверсы .

Согласно п.5.12 [2]:

 - прочность на изгиб обеспечена.

Подбор сечения связей

Сечение связей будем подбирать по предельной гибкости. Схема связей по колоннам показана на рисунке 14.

Рисунок 14 – Схема связей по колоннам

Геометрическая длина связи .

Расчетные длины связи .

Колонны, второстепенная балка и диагональный элемент связей образуют треугольную стержневую систему. Для обеспечения неизменяемости этой системы диагональный элемент должен надежно работать на сжатие. Поэтому подбираем наклонный элемент связей по предельной гибкости на сжатие [λ] = 200 (таблица 19* [2]).

Требуемые радиусы инерции сечения связи , .

Принимаем сечение связи в виде гнутосварной квадратной трубы

Гн.140х4 по ТУ 36-228-80 с радиусами инерции  и .

Список использованной литературы

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. М.: 1996 г.

2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. М.: 2003 г.

3. Металлические конструкции: Общий курс: Учебник для вузов. Веденников Г.С., Беленя Е.И., Игнатьев В.С. и др. М.: Стройиздат, 1988 – 760 с.

4. Металлические конструкции. В.К. Файбишенко, М.: Стройиздат, 1984.

5. Металлические конструкции (вопросы и ответы). Учебное пособие для вузов. Под редакцией В.В. Бирюлева, М.: Изд. АСВ, 1994- 336 с.

6. Справочник конструктора металлических конструкций//В.Т. Васильченко, А.Н. Рутман, Е.П. Лукьяненко – 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Будивельник, 1990,- 312 с.

Рабочая технологическая площадка

 

Выполнил:

Проверил:

 

Новосибирск 2009

Состав курсового проекта

 

 

 

12345Следующая ⇒

Поделиться: