БАЛОЧНАЯ КЛЕТКА РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ 2
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ 3
1. РАСЧЁТ ПЛОСКОГО СТАЛЬНОГО НАСТИЛА 4
2. РАСЧЁТ БАЛКИ НАСТИЛА 5
2.1. Сбор нагрузок на балку настила 5
2.2. Подбор сечения балки настила 5
3. РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ 7
3.1. Сбор нагрузок на главную балку 7
3.2. Подбор сечения главной балки 8
3.2.1. Определение высоты главной балки 8
3.2.2. Определение размеров сечения полок главной балки 9
3.2.3. Проверки подобранного сечения 10
3.3. Изменение сечения главной балки 10
3.4. Проверки прочности главной балки 14
3.5. Проверка обеспеченности общей устойчивости главной балки 16
3.6. Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки главной балки 17
3.6.1. Проверка устойчивости сжатого пояса 17
3.6.2. Проверка устойчивости стенки 17
3.7. Конструирование и расчет поясных сварных швов 21
3.8. Конструирование и расчет опорного ребра главной балки 23
3.8.1. Подбор сечения и проверка прочности опорного ребра 23
3.8.2. Проверка устойчивости опорной части главной балки 24
3.8.3. Расчет сварных швов крепления опорного ребра к стенке балки 26
3.9. Проектирование монтажного стыка главной балки на высокопрочных болтах 28
3.9.1. Размещение высокопрочных болтов на поясах 28
3.9.2. Проверка ослабленного сечения полки 30
3.9.3 Проверка ослабленного сечения накладок 31
3.9.4 Размещение высокопрочных болтов на стенке 31
3.10. Расчет соединения балки настила с главной балкой в одном уровне 32
3.10.1. Расчет болтового соединения 32
3.10.2. Конструирование сварного соединения 34
4. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНО СЖАТОЙ КОЛОННЫ 37
4.1. Сбор нагрузок на колонну 37
4.2. Установка расчетной схемы и расчетной длины колонны 37
4.3. Подбор сечения колонны 37
4.4. Проверка общей устойчивости колонны 39
4.5. Проверка местной устойчивости стенки и полок колонны 40
4.6. Конструирование опирания балок на колонну 41
4.7. Конструирование и расчет базы колонны 41
4.7.1. Определение размеров опорной плиты 41
4.7.2. Определение высоты траверсы 43
4.8. Расчет колонны сквозного сечения………………………………………………….
5. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 50 45
 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ:

Вариант
309
Шаг колонн в продольном направлении, А, м
14
Шаг колонн в поперечном направлении, В, м
7
Отметка верха настила, H, м
8
Временная равномерно распределённая нагрузка, кН/м2
34
Марка стали
С245

1. РАСЧЕТ ПЛОСКОГО СТАЛЬНОГО НАСТИЛА
Определяем величину пролета настила lН из условия ограничения прогиба:
,
где
tН – толщина настила, мм;
n0 = 150 – отношение пролета настила к его предельному прогибу;
E1 – цилиндрический модуль упругости:

где
E = 2,06 ∙ 105 Н/мм2 (МПа) – модуль упругости стали ([1], табл. Г10);
ν = 0,3 – коэффициент поперечной деформации (Пуассона) , ([1], табл. Г10)

gН = 34 кН/м2 = 34 ∙ 10-3 МПа – временная равномерно распределённая нагрузка;
Тогда

Задаемся толщиной настила tН =10 мм и исходя из нее подберем пролет настила lН:
,
Принимаем ,
Схема балочной клетки приведена на рис. 1.1.

Рис.1.1
2. РАСЧЕТ БАЛКИ НАСТИЛА
2.1.
...

2.2. Подбор сечения балки настила

где
Wтр. – требуемый момент сопротивления сечения балки, см3;
Ry = 235 МПа = 23,5 – расчетное сопротивление по пределу текучести стали С245 при толщине проката до 20 мм ([1], табл. В5);
γс = 1 – коэффициент условия работ;
Тогда

По сортаменту стальных горячекатаных двутавров ГОСТ 8239-89 подбираем двутавр I40. Характеристики сечения:
момент сопротивления W = 953 см3 > Wтр. = 951 см3;
момент инерции Ix = 19062 см4;
статический момент полусечения
ширина полки bf = 155 мм
средняя толщина стенки двутавра tw = 0,83 см;
Проверяем выбранное сечение балки настила
1. Проверка прочности на изгиб:

2. Проверка прочности на срез:

где
Rs = 0,58  Ry = 0,58  23,5 = 13,63 – расчетное сопротивление стали сдвигу;

3. Проверка жесткости:

где

– допускаемый прогиб в соответствии с [2] для пролета 7 м.
3. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
3.1.
...

3.3. Изменение сечения главной балки
Сечения главной балки изменяем уменьшением ширины поясов (рис. 3.4). При равномерной нагрузке наиболее выгодное место для изменения сечения поясов находится на расстоянии пролета балки от опоры .
Определяем изгибающий момент и поперечную силу в сечении:

Тогда


Рис. 3.4.
Подбираем сечение, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса, работающего на растяжение. Подбор измененного сечения ведем по упругой стадии работы материала.
Требуемый момент сопротивления уменьшенного сечения:

где
– расчетное сопротивление стыковых сварных соединений растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести без осуществления физических методов контроля.
...

3.4. Проверки прочности главной балки
1. Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в месте изменения сечения балки:

где

Недонапряжение:

2. Проверка максимального касательного напряжения в стенке на нейтральной оси сечения около опоры балки:

3. Проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений в месте изменения сечения на уровне поясных швов по высоте:

где
0,87 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций;
– приведенное напряжение,
в котором
– нормальное напряжение;
– касательное напряжение,
где
– статический момент полки

Тогда

и, наконец, условие проверки:

4. Проверка прочности стенки на местное давление балок настила:

где
– нормальное напряжение от местной нагрузки;
– расчетная сосредоточенная нагрузка, равная суммарной опорной реакции от двух балок настила;
– условная длина распределения нагрузки (рис. 3.
...

3.5. Проверка обеспеченности общей устойчивости главной балки
Общую устойчивость балки при изгибе следует проверять по формуле:

Но в соответствии с [1]: «Общую устойчивость балки следует считать обеспеченной <…> при значениях условной гибкости сжатого пояса балки не превышающих ее предельных значений , определяемых по формулам таблицы 11 для балок симметричного двутаврового сечения». Однако нужно проверить возможность применения этой формулы по условиям:
.
В нашем случае:
.
Так как то формула для вычисления условной предельной гибкости по таблице 11 [1] применима, но, согласно примечанию к таблице 11, необходимо принять . Так как нагрузка приложена к верхнему поясу балки, вычисляется по формуле 71 [1]:

Тогда:

Определим условную гибкость сжатого пояса:

где
lef – расчетная длина балки между связями, препятствующими поперечным смещениям сжатого пояса балки, – балками настила, равная шагу балок настила
lef = a1 = 0,87 м.
...

3.6.2. Проверка устойчивости стенки
Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если выполняется условие:

где – условная гибкость стенки балки.
Тогда
– значит, необходимо устанавливать поперечные ребра жесткости.
Расстояние между поперечными ребрами не должно превышать
2hef = 2840 мм,
где hef – расчетная высота стенки, для сварных балок hef = hw = 1420 мм. Схема расстановки ребер жесткости показана на рис. 3.7.
Для парного ребра жесткости ширина выступающей части ребра подбирается из условия: принимаем по сортаменту ГОСТ 103-76 «Полоса стальная горячекатаная» полосу шириной 110= мм, толщину ребра подбираем из условия:

следовательно, толщину ребра принимаем
А
Рис. 3.7
Расчет отсеков на устойчивость произведем в табличной форме. Отметим, что в связи с указаниями [1] пункта 8.5.5.
...

3.7. Конструирование и расчет поясных сварных швов
Крепление стенки балки к полке выполняется автоматической сваркой под углекислым газом с двусторонним расположением швов. Выполняется проволокой Св-08Г2С в положении «в лодочку». Произведем расчет для наиболее нагруженного участка шва у опоры под первой балкой настила.

Рис. 3.8
Расчет заключается в проверке катета шва kf по условию:

где
N – усилие на единицу длины шва (рис. 3.8), вычисляемое как равнодействующая:

где
– сдвигающая сила, приходящаяся на 1 см шва;
– сила от сосредоточенной нагрузки, приходящаяся на 1 см шва.
Тогда

Катет сварных швов:

По табл.
...

3.8.1. Подбор сечения и проверка прочности опорного ребра
Размеры опорных ребер определяются из расчета на смятие торца ребра:

где
F = Qmax = 2080,4 кН – опорная реакция главной балки;
Rp – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, принимаемое по таблице В.7 [1] в зависимости от нормативного временного сопротивления
Run = 370 МПа для стали С245. В нашем случае Rp = 352 МПа = 35,2 ;
Ap – площадь смятия опорного ребра.
Тогда требуемая площадь смятия опорного ребра:

Опорное ребро не должно выходить за размеры полок главной балки, то есть условие на ширину выступающей части опорного ребра:

По сортаменту ГОСТ 103-76, принимаем br = 14 см, но с учетом того, что в ребро жесткости имеет угловой срез 15 х 30 мм (рис. 3.9) для пропуска шва, соединяющего полку и стенку главной балки, расчетная ширина выступающей части составит . Тогда толщина ребра:

В соответствии с указанным сортаментом, принимаем толщину опорного ребра равной tr = 2,5 см.
...

3.8.2. Проверка устойчивости опорной части главной балки
Проверим опорный участок балки на устойчивость из плоскости балки, как условного стержня, включающего в площадь своего сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной bw:

Расчетная схема на устойчивость опорного участка главной балки приведена на рис. 3.10. Так как опорное ребро устанавливается так, чтобы его центр тяжести находился непосредственно над центром тяжести полки колонны, т.е. на расстоянии 233 мм от оси колонны (см. рис. 4.2), то по рис. 3.10 видно, что длина стенки до края балки составит 213 мм < 269,4 мм, тогда в расчете принимаем:

Условие устойчивости можно записать в виде:

где
А – площадь брутто расчетного сечения (см. рис. 3.10):
 – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, определяемый по формуле при :

где

где α и β – коэффициенты, определяемые по таблице 7 [1] в зависимости от типа сечения стержня. В нашем случае тип сечения b, α = 0,04 и β = 0,09.
...

3.8.3. Расчет сварных швов крепления опорного ребра к стенке балки
Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки двухсторонними швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08Г2С под углекислым газом.
Расчет заключается в проверке катета шва kf по условию:

где
n – количество швов в соединении, в нашем случае n = 4.
kf – катет сварных швов:

По табл. 38 определяем минимальный катет шва по толщине более толстого из свариваемых элементов, tmax. = tr = 25 мм и типу сварки:
минимальный катет шва kf min = 5 мм,
максимальный катет шва
Принимаем катет шва, равный минимальному
βf = 0,9, βz = 1,05 – коэффициенты, зависящие от технологии сварки и катета шва и определяемые по таблице 39 [1], представляют собой отношение минимальных размеров среза шва к катету шва;
Rwf = 215 МПа, (см. п. 3.7), , значит, расчет ведем по металлу границы сплавления.
...

3.9. Проектирование монтажного стыка главной балки на высокопрочных болтах
Стык главной балки делаем в середине пролета балки, где M =
= Mmax = 7281,4 кНм, Q = 0.
По таблицам 8 и 9 приложения Г [1], выбираем высокопрочные болты из стали 40Х с номинальным диаметром резьбы db = 36 мм, расчетным сопротивлением растяжению стали болтов и площадью сечения болта
Abn = 8,16 см2. Контроль натяжения болтов осуществляется по моменту закручивания, диаметры отверстий на δ = 2 мм больше номинального диаметра болта и составляют d = 38 мм.
Согласно п. 14.3.3 [1] расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых 1 высокопрочным болтом, следует определять по формуле:

где
– расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.
...

3.9.1. Размещение высокопрочных болтов на поясах
Каждый пояс перекрываем 3 накладки сечением: одна – 540х20 мм и две – 200х20 мм.
Общая площадь сечения накладок будет равна:

Усилие в поясе будет равно:

где
Мf – момент, воспринимаемый полкой балки,

Необходимое количество болтов в соединении определим по формуле:

где
k – количество плоскостей трения соединяемых элементов, k = 2;
γb – коэффициент условий работы фрикционного соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным γb = 1,0 при ожидаемом n > 10.
Тогда

Рис. 3.11
Принимаем количество болтов n = 12 и размещаем их согласно требованиям таблицы 40 [1]:
– при минимальное расстояние между центрами отверстий для болтов в любом направлении равно
– минимальное расстояние от центра отверстия для болта до края элемента во фрикционном соединении при любой кромке и любом направлении усилия равно Схема расстановка болтов полки показана на рис. 3.11.

3.9.2.
...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».
2. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
3. ГОСТ 8239-89 «Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент».
4. ГОСТ 82-70 «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный. Сортамент».
5. ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент».
6. ГОСТ 103-76 «Полоса стальная горячекатаная. Сортамент».
7. Металлические конструкции. Под редакцией Ю. И. Кудишина, 12-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 688 с.
8. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
9. ГОСТ 21.101—97 «Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации»
10. ГОСТ 21.502-2007 «Система проектной документации для строительства. Правила выполнения проектной и рабочей документации металлических конструкций»