Расчет и проектирование стальных конструкций балочной клетки

Содержание

1. Исходные данные

2. Выбор схемы балочной клетки

3. Расчет балок настила и сравнение вариантов

4. Расчет и конструирование главной балки

4.1 Расчетная схема. Расчетные нагрузки и усилия

4.2 Расчетная схема и усилие в главной балке

4.3 Подбор сечения главной балки

4.4 Изменение сечения главной балки

4.5 Проверка общей устойчивости балки

4.6 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки

4.7 Расчет поясных швов главной балки

4.8 Конструирование и расчет опорной части балки

4.9 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

5. Расчет и конструирование колоны

5.1 Подбор сечения сплошной колоны балочной площадки

5.2 Конструирование и расчет оголовки колоны

5.3 Конструирование и расчет базы колоны

6. Список литературы

1. Исходные данные

Шаг колонн в продольном направлении ____________

Шаг колонн в поперечном направлении ____________

Габариты площадки в плане ____________

Отметка верха настила ____________

Строительная высота перекрытия ____________

Временная равномерно распределенная нагрузка ____________

Допустимый относительный прогиб настила ____________

Тип сечения колонны - ____________

2. 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 lн/tн:

,

где n0 = lн/f = 150 – норма прогиба;

кН/м2,

где ν = 0,3 – коэффициент Пуассона.

Задаемся расстоянием между балками настила lн = 1000 м, тогда толщина настила будет:

мм

Окончательно принимаем tн = 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 aвб = lбн = 2,8 м. Задаемся расстоянием между балками настила lн = 1000 м, тогда толщина настила, определяемая по формуле (2.1) будет:

мм

Окончательно принимаем tн = 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 γf, p = 1,2; для собственного веса стальных конструкций γf, 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 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 βf Rwf< βzRwz, окончательно принимаем для полки двутавра № tf = мм Kf= мм

3. Расчет балок настила и сравнение вариантов

Таблица 1 – Расчет балок настила и сравнение вариантов

4. Расчет и конструирование главной балки

4.1 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

4.2 Расчетная схема и усилие в главной балке

Высоту главной балки hгб целесообразно назначать близкой к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия

(см. рис. 1). Минимальная высота определяется из условия обеспечения предельного прогиба при полном использовании расчетного сопротивления материала по формуле

. (3.1)

Оптимальная высота определяется по формуле

При этом гибкость стенки

Погонная нагрузка с учетом собственного веса (2%) и веса настила кН/м2

кН/м;

кН/м;

Расчетные усилия

кН·м;

кН·м.

Требуемый момент сопротивления

см3.

Расчетное сопротивление стали С245 при толщине поясных листов до 20 мм составляет кН/см2.

При этажном сопряжении балок настила (рисунок 1, а)

см.

Минимальная высота (по жесткости)

см.

Задаемся гибкостью стенки . Тогда

см.

Принимаем h= м, что больше hmin, меньше hmax и близко к hopt.

При расчете с учетом пластических диформаций, задаемся с1=1,1

см3

см

4.3 Подбор сечения главной балки

Находим толщину стенки пологая, что tf=2 cм, hw=h-2 tf= -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 550Ч20 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.

4.4 Изменение сечения главной балки

Принимаем место изменения сечения на расстоянии 2,3 м от опор, т.е. приблизительно 1/6l, как показано на рисунке 8.

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.

см4;

см4;

см2.

см.

Принимаем поясной лист 300Ч20 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.

4.5 Проверить общую устойчивость балки

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 (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса “b” не более

(3.7)

Коэффициент принимается равным 0,3 при учете пластических деформаций. При отсутствии пластических деформаций . тогда;