Расчет и конструирование главной балки

Содержание

 

Выбор схемы балочной клетки

2. Расчет балок настила и сравнение вариантов

Расчет и конструирование главной балки

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

Расчет и конструирование колоны

4.1 Подбор сечения сплошной колоны балочной площадки

4.2 Конструирование и расчет оголовки колоны

4.3 Конструирование и расчет базы колоны

Список литературы

Выбор схемы балочной клетки

 

Рисунок 1. Этажное сопряжения балки

Компоновка балочной клетки

 

В зависимости от заданной нагрузки =кН/м² и относительного прогиба [f / l] = 1/ n₀ = 1/150 определяем наибольшее отношение пролета настила к его толщине l _н / t _н:

 

 

где n₀ = l _н/f = 150 – норма прогиба;

 кН/м²,

 

где ν = 0, 3 – коэффициент Пуассона.

Задаемся расстоянием между балками настила l _н = 1000 м, тогда толщина настила будет:  мм.

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.

Второй вариант. Усложненный тип балочной клетки

 

Рисунок 3 – Схема балочной клетки (усложненный вариант)

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:

 

 мм

 

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.

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:

 

 = кн/см²

 

Для стали С245 и электродов Э42 Rwf=20 кн/см²

Для ручной сварки β f=0, 7 и β z=1, 0 требуемый катит шва составляет;

 

 

Учитывая что Rwz=0, 45*36, 5=16, 4 кн/см² и β z=1, 0, проверку можно не делать так как β f Rwf< β zRwz, окончательно принимаем для полки двутавра № t_f = мм K_f= мм.

 

2. Расчет балок настила и сравнение вариантов

Таблица 1 – Расчет балок настила и сравнение вариантов

Расчетные величины и формулы	Результаты расчета
	Вариант 1	Вариант 2
		Балка настила	Вспомогательная балка
Толщина настила, см	1, 1	1, 1
Нормативная нагрузка от веса настила gn, кН/м2	1·1·0, 011·78, 5 = 0, 86	1·1·0, 011·78, 5 = 0, 86
, кН/м	1, 02 (0, 86+) 1 =	1, 02 (0, 86+) 1 =		1, 02 (0, 86+) =
, кН·м	1, 02 (0, 86·1, 05+ ·1, 2) 1=	1, 02 (0, 86·1, 05+ ·1, 2) 1=		1, 02 (0, 86·1, 05+ ·1, 2) =
, кН·м
, см3
Сечение	I №	I №		I №
Wx, см3
Ix, см4
Масса 1 п.м, кг/м

 

Расчет и конструирование главной балки

Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия

 

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

Подбор сечения главной балки

Находим толщину стенки пологая, что t_f=2 cм, h_w=h‑ 2 t_f= -2·2= см

а) .

 

 см = мм;

 

= 1, 21 см = 12 мм.

 

Принимаем мм.

Находим требуемую площадь поясов :

см⁴;

 см⁴;

 см⁴;

 см²;

см.

Принимаем пояса из листа 550× 20 мм. При этом см².

 

; ;

.

 

Таким образом, рекомендации выполнены. Принятое сечение балки показано имеет характеристики.

 

Рисунок 7 – Принятое сечение балки

 

Геометрические характеристики сечения:

 

см⁴,

 

см³.

 

Проверка прочности:

 

МПа

 

Недонапряжение составляет:

 

Проверки прогиба балки не требуется, так как принятая высота м больше, чем м.

Рисунок 8 – Изменение сечения по длине

 

Находим расчетные усилия:

 

кН·м;

 

кН.

 

Подбираем сечение, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса. Требуемый момент сопротивления равен:

 

см³.

 

Для выполнения стыка принята полуавтоматическая сварка без физического контроля качества шва.

см^4;

см⁴;

см².

см.

Принимаем поясной лист 300× 20 мм.

Геометрические характеристики измененного сечения:

см;

см⁴;

см³;

 

см³ – статический момент пояса (3.7)

 

см³. – статический момент половины сечения

Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в точке А по стыковому шву (рис. 9).

 

Рисунок 9 – К расчету балки в месте изменения сечения

 

 кН/см² < кН/см²

 

 

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:

 

кН/см²;

кН/см²;

 

кН/см² < кН/см².=27.6 кН/см²

 

Проверка прочности опорного сечения на срез (по максимальным касательным напряжениям в точке В):

 

кН/см² <  кН/см²

 

Проверка прочности стенки на местное давление балок настила по формуле:

 

 кН/см² < кН/см²,

 

Где кН, кН/м м;

см

b = 14, 5 см – ширина полки балки настила I №36 из сортамента;

см – толщина полки главной балки;

см – толщина стенки главной балки.

Таким образом, прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.

Рисунок 13 – Вариант опорной части балки

 

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

 

см²;

 

Ширину опорного ребра  принимаем равной ширине пояса уменьшенного сечения балки: . Тогда:

 

 см.

 

Принимаем ребро из листа 300× 14 мм.

Площадь см² > см².

Проверяем устойчивость опорной части

см;

 

 см⁴; (моментом инерции участка стенки шириной  пренебрегаем ввиду малости)

 

 см²;

 

 

По таблице 16 прил. Б находим путем интерполяции

 кН/см²< R_y=24 кН/см².

Рисунок 14 – Схема монтажного стыка на высокопрочных болтах

Принимаем болты диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 23 мм. Тогда кН/см², A_bn = 2, 45 см². Способ подготовки поверхности – газопламенный без консервации, способ регулирования натяжения – по углу поворота гайки. Для этих условий коэффициент трения μ = 0, 42, регулятор натяжения g_h =1, 02. Тогда расчетное усилие на один болт

Q_bh = = 0, 7 × 110 × 2, 45 × 0, 42/1, 02 = 77, 7 кН.

 

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  см², что несколько больше площади сечения поясов.

Усилие в поясах кН.

Рисунок 17 – К определению расчетной длины колонны

 

Определяем ориентировочную требуемую площадь сечения по формуле (4.1) при  g_с = 1

 

 см²

Проектируя колонну с гибкостью, равной примерно l=60, найдём наименьшие размеры h и b_f

 

см

 

 см

 

Поскольку ширину колонны b_f не рекомендуется принимать больше высоты h, а толщину стенки принимают обычно  мм и толщину поясов , то компонуем сечение колонны с см.

Принимаем:

пояса – 2 листа 420× 15 мм, площадью 2A_f=2× 42× 1, 5=126, 0 см²

стенка – 1 лист 460× 10 мм, площадью A_w=4, 6× 1.0=46.0см², рис. 18

Площадь сечения колонны  см².

 

Рисунок 18 – Сечение сплошной колонны

 

Находим геометрические характеристики принятого сечения:

 

 см⁴;

 

 см;

 

 см.

 

Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна:

 

 

 

По большей из гибкостей находим коэффициент продольного изгиба  (табл. П.Б.16) и проверяем устойчивость стержня колонны

 

 кН/см²< R_y=23 кН/см².

 

Недонапряжение составляет

 

 < 5%

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. .

Рисунок 21 – Оголовок колонны

Принимаем t_p = 25 мм. Длину ребра l_р находим из расчета на срез швов Д его прикрепления. Примем k_f =10 мм. Тогда

 

см.

 

Принимаем l_p=51 см. При этом условие см выполнено. Шов Е принимаем таким же, как и шов Д. Проверяем стенку на срез вдоль ребра

 

 кН/см²> R_s=13, 3 кН/см².

 

Необходимо устройство вставки верхней части стенки. Принимаем ее толщину t _вст=25 мм, а длину  мм.

 

 кН/см²< R_s=13, 3 кН/см².

 

Торец колонны фрезеруем после ее сварки, поэтому швы Г можно не рассчитывать По табл. 6 прил. Б принимаем конструктивно минимально допустимый катет шва k_f = 7мм. Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами, сечение которых принимаем 100x8 мм.

 

Рисунок 22 – База колонны

 

Принимаем плиту размером 650× 560 мм. Тогда  см²

 

 кН/см²< R _см.б

 

        

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

 

кН× см/см.

Участок 2 (консольный) рис 24:

 

кН× см/см.

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.

 

 кН× см/см

 

Толщину плиты подбираем по наибольшему моменту M₁, M₂, M₃ из условия

 

.

 

Момент сопротивления полоски плиты шириной d=1 см равен

, откуда, учитывая, что дли стали C235 при  мм

 кН/см²,  см = 32 мм.

Принимаем t_пл = 35 мм.

Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св‑ 08Г2С. Соответствующие характеристики:

 кН/см²,  кН/см², b _f=0, 7, b _z=1, 0.

Расчет выполняем по металлу шва, так как (3, 2< 4, 08) Учитывая условие находим требуемую величину катета шва k_f из условия

 

см = 9, 2 мм.

 

Принимаем k_f = 10 мм. При этом требуемая длина шва составит мм., поэтому высоту траверс принимаем 600 мм.

Крепление траверсы К_f=8 мм принимаем конструктивно, так как применен фрезеровочный торец колоны.

 

 

Список рекомендуемой литературы.

 

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.

Содержание

 

Выбор схемы балочной клетки

2. Расчет балок настила и сравнение вариантов

Расчет и конструирование главной балки

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

1234Следующая ⇒

Поделиться: