Разработка стальных конструкций рабочей площадки

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Компоновка конструктивной схемы

2.1 Расчёт балки настила

2.2 Расчёт главной составной балки

2.2.1 Назначение размеров составной балки

2.2.2 Изменение сечения составной балки по длине

2.2.3 Проверка местных и приведённых напряжений

2.2.4 Проверка местной устойчивости стенки

2.2.5 Расчёт поясных швов

2.2.6 Расчёт опорного конца балки

3. Расчёт центрально-сжатой колонны

4. Общие требования к текстовой и расчетно-графической части

Библиографический список

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Введение

Целью курсового проектирования является практическое закрепление освоенного теоретического материала в процессе занятий, консультаций и самостоятельной работы. Студент должен приобрести навыки пользования нормативной и справочной литературой.

Курсовой проект выполняется на основании исходных данных по варианту, заданному преподавателем.

Тема: Разработка стальных конструкций рабочей площадки.

Задание: скомпоновать конструктивную схему рабочей площадки (балочной клетки), прокатную балку настила, главную составную балку и стойку - колонну из колонного прокатного профиля.

Компоновка конструктивной схемы рабочей площадки графически выполняется на формате А4 с соблюдением необходимых масштабов. Следует показать: план и разрезы рабочей площадки, схему связей, характерные узлы сопряжения конструктивных элементов, угловой штамп.

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

титульный лист;

исходные данные;

конструктивные расчеты балки настила;

конструктивные расчеты главной составной балки;

конструктивные расчеты центрально сжатой колонны.

стальная конструкция рабочая площадка

1. Исходные данные

Выполнение курсового проекта начинается с установления исходных данных для проектирования, расчётных сопротивлений стального проката и нагрузок, действующих на рабочую площадку.

Исходными данными при проектировании являются:

пролет главной балки L (шаг колонны вдоль площадки);

расстояние между главными балками В шаг колонн поперек площадки);

расстояние между балками настила а;

суммарная нормативная распределённая нагрузка на площадку qn (включающая постоянные и временные нагрузки);

материал для конструкций рабочей площадки (сталь);

геометрическая длина колонны l;

осредненный коэффициент надежности по нагрузке ?f;

предельный прогиб главной балки fu (в долях от L).

Исходные данные для проектирования принимаются по таблицам 1.1 и 1.2 в зависимости от варианта

Таблица 1.1 Исходные данные

№ вариантаL, мВ, мa, мqn, кПа (кН/м2) 21660,814,5

Таблица 1.2 Исходные данные

№ варианта Металл конструкций (сталь) l, м?f fu, см 2С3455,81,25L/250

В зависимости от заданного материала конструкций определяются расчётные сопротивления стали и сварных соединений. Расчётные характеристики стали приведены в таблице 1.3, расчётные характеристики сварных соединений с угловыми швами - в таблице 1.4.

Таблица 1.3 Расчетные сопротивления стального проката, МПа

СтальВид прокатаТолщина проката, ммРасчетное сопротивлениеRy RsRpС345Фасон и листдо 10 вкл. 335195480св 10 до20315180460св 20 до 40300175450

. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (размер t в сортаменте).

. R у - расчётное сопротивление стального проката при растяжении, сжатии и изгибе;

Rs - расчётное сопротивление стального проката при сдвиг; Rp - расчётное сопротивление стального проката при смятии торцевой поверхности (при наличии пригонки).

Таблица 1.4 Расчётные сопротивления сварных соединений с угловыми швами, МПа.

СтальСварочные материалыНапряженное состояниеТип электродаМарка проволокиСрез по металлу шва, RwfСрез по металлу границы сплавления, RwzС345Э50, Э50АСв - 10 ГА215205 С375 215

2. Компоновка конструктивной схемы

В курсовом проекте необходимо скомпоновать конструктивную схему рабочей площадки и дать её описание в расчётно-пояснительной записке. Рекомендуется применить шарнирное опирание колонн (стоек) на фундаменты в обоих направлениях и шарнирное сопряжение колонн с балками, при этом пространственная неизменяемость каркаса обеспечивается устройством продольных и поперечных связей между колоннами. Колонны выполняются из прокатных широкополочных двутавров колонного типа.

Размер ячейки балочной клетки, то есть шаг колонн в продольном и поперечном направлениях, указывается в исходных данных к курсовому проекту. Главные балки рекомендуется располагать вдоль длинной стороны ячейки и опирать её на полки колонн сбоку. Главные балки выполняются из составных сварных двутавров.

Шаг балок настила устанавливается таким образом, чтобы он целое число раз укладывался в пролете вспомогательной балки. Это учтено в исходных данных к курсовому проекту. Рекомендуется поэтажное опирание балок настила на главные балки. Сам настил выполняется из листовой стали. Балки настила выполняются из прокатных двутавров, к верхним поясам которых приваривается настил.

Заглубление низа базы колонны относительно уровня пола может приниматься в пределах 0,3…0,4 м.

Общую длину рабочей площади принимать равной трем продольным шагам колонн, а общую ширину - трем поперечным шагам колонн. Примерная схема рабочей площадки с необходимыми размерами и характерными узлами сопряжения конструктивных элементов представлены на рис.1, 2 и 6. Окончательные размеры на схеме проставляются после завершения расчётов.

2.1 Расчёт балки настила

Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий (рис.1).

Рис.1. Балочная клетка

Балки настила обычно проектируют прокатными. Расчётная схема балки настила - однопролётная шарнирно опёртая балка, пролёт которой равен поперечному шагу колонн рабочей площадки B, нагруженная равномерно распределённой нагрузкой q1 (рис.2).

Рис.2. Расчетная схема балки настила

Равномерно распределённая нагрузка на балку:

нормативная, кН/м:

qn1 = qn × а=14.5*0.8=11.5;

расчётная:

q1 = qn1 × ?f =11.5*1.25=14.5, (2.1)

где qn - нормативная нагрузка на рабочую площадку, кН/м2;

?f - осреднённый коэффициент надёжности по нагрузке;

а - расстояние между балками настила, м.

Максимальный расчётный изгибающий момент, кН×м:

Мmax = (q1 × В2) / 8= (14.5*62) /8=65.25кНм; (2.2)

Максимальная поперечная сила, кН:

Qmax = (q1 × В) / 2= (14,5*6) /2=43,5кНм; (2.3)

По расчётному моменту определяют значение требуемого момента сопротивления сечения двутавровой прокатной балки:

Wx,cal = (Мmax × ?n) / (Ry × ?c) = (65,25*1) / (335*1) =0,2кн/см2, (2.4)

где Ry - расчётное сопротивление фасонной стали, кН/см2;

Для расчетов в курсовом проекте коэффициент надёжности по назначению и коэффициент условия работы принимаем равными 1:

?n = 1 и ?c = 1

После определения требуемого момента сопротивления Wx,cal (относительно оси наибольшей жёсткости х-х) по сортаменту принимаем номер двутавра и выписываем геометрические характеристики его сечения, соблюдая при этом

условие - фактическое Wx ? Wx,cal.

Проверка жёсткости балки сводится к определению её относительного прогиба от действия нормативных нагрузок, которые не должны превышать допускаемого значения:

а) выполняем проверку жёсткости балки по формуле:

= (5 × qn1 ×В3) / (384 ×Е ×Ix) ? fu = (5*11,5*63) /384*206000*1840) =0,00000516444?3см, (2.5)

где f - фактический прогиб балки, см;

qn1 - нормативное значение погонной нагрузки на балку, кН/см;

В - пролет балки, см;

Е = 2,06 ×10 4 (кН/см2) = 20,6 ×106 (Н/см2) - модуль упругости стали;

Ix - момент инерции сечения балки, см4;

fu = В /200 - предельный прогиб балки настила, см.

Если условие f > fu, не обеспечивается, то необходимо принять больший номер двутавра и повторить проверку жёсткости.

б) касательные напряжения в изгибаемых элементах проверяют в местах наибольшей поперечной силы по формуле:

?max = (Qmax × Sx) / (Ix × tw) ? Rs × ?c = (43,5*104) / (1840*5,2) =0,47?195*1, (2.6)

где ?max - максимальное касательное напряжение, кН/см2;

Sx - статический момент половины сечения балки относительно нейтральной оси, см3;

tw - толщина стенки балки, см;

Rs - расчетное сопротивление фасонной стали сдвигу, кН/ см2;

Ix - момент инерции поперечного сечения балки, см4.

Проверка прочности по касательным напряжениям проводится в учебных целях, так как она обеспечивается по условиям проката двутавровых балок.

в) проверка общей устойчивости балки настила не требуется, так как к ее сжатому поясу прикреплен стальной настил.

г) местная устойчивость стенки и полок прокатных балок обеспечена по условиям их прокатки.

2.2 Расчёт главной составной балки

Составные балки применяют в тех случаях когда прокатные не удовлетворяют условиям прочности, жёсткости, общей устойчивости, то есть при больших пролётах и изгибающих моментах.

Расчетная схема главной составной балки рабочей площадки - однопролетная балка пролетом L с шарнирным опиранием, нагруженная расчетной равномерно распределенной нагрузкой q, к которой приводятся сосредоточенные силы в местах опирания балок настила (рис.2).

Расчётная погонная нагрузка на главную балку, кН/м:

q = qn × ?f × В=14,5*1,25*6=108,75,где qn - в исходных данных.

Максимальный расчётный изгибающий момент, кН/м:

Мmax = (q × L2) / 8= (108,75*162) /8=3480кН/м;

Максимальная поперечная сила, кН:

Qmax = (q × L) / 2= (108,75*16) /2=870кН/м, (2.7)

где L - пролёт главной балки, м.

2.2.1 Назначение размеров составной балки

Проектирование составных балок выполняют в два этапа. На первом компонуют и подбирают сечение, на втором - проверяют прочность и устойчивость балки.

Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

Из условия экономичности, характеризующейся наименьшим расходом стали, вначале вычисляют оптимальную высоту балки:

hopt = 3? (1,5 × ?w × Wcal) = 3? (1,5*6,77*10,4=1,6, (2.8)

где гибкость стенки ?w = hef / tw при отсутствии подвижной нагрузки на поясе балки принимают для балок со стенкой, укреплённой поперечными рёбрами жёсткости

?w = 5 ? (Е / Ry),

где Е = 2,06× 105 МПа - модуль упругости стали;

Ry - расчётное сопротивление для листовой стали толщиной до 20 мм.

Требуемый момент сопротивления определяют по формуле:

Wcal = Мmax / Ry × ?с =3480/335*1=10,4.

Минимальную высоту балки, обеспечивающую предельный прогиб, определяют по формуле:

hmin = (5× Ry × L) / (24× Е× ?f × fu) = (5*335*16) / (24*206000*1,25*0,003) =14,7, (2.9)

где fu - предельный прогиб главной балки (исходные данные);

?f - осредненный коэффициент надежности по нагрузке;

Ry - расчетное сопротивление листовой стали толщиной более 20 мм.

Назначаемая окончательно высота составной балки должна быть близкой к hopt (обычно на 5 - 10 % меньше полученного по формуле hopt, но не меньше hmin)

Балки в целях унификации конструкций рационально принимать высотой, кратной 100мм. После установления высоты балки определяют толщину стенки tw из следующих условий:

а) обеспечения прочности стенки на срез на опоре (при опирании балки на опорное ребро):

tw = (к× Qmax) / (h ×Rs × ?c) = (1,5*870) / (1,6*180*1) =4,5, (2.10)

где к - коэффициент, принимаемый при опирании балки с помощью опорного ребра, приваренного к торцу балки равным к = 1,5;

h - высота составной балки назначенная;

Q - максимальная поперечная сила;

б) обеспечение местной устойчивости стенки без дополнительного укрепления её продольным ребром:

tw ? h / ?w =4,5?0,2;

Рекомендуемые толщины стенки балки:

(8…12мм) - кратно 1мм;

при большей толщине кратно 2мм.

Стенки толщиной (14…24 мм) проектируют в балках высотой 2…5 метров при значениях h / tw = 160…230.

Окончательно толщина стенки назначается, если соблюдается условие (Ry в МПа):

tw = (hef / 5,5) ? (Ry / Е) = (155,6/5,5) ? (335/206000) =8; (2.11)

В сварных балках пояса обычно принимают из одиночных листов универсальной стали, в связи с чем толщина tf и ширина bf поясных листов должны соответствовать сортаменту на эту сталь (приложение А).

При назначении размеров пояса толщина поясных листов tf предварительно назначается в пределах 18 - 32мм (в соответствии с сортаментом на широкополосную сталь - приложение А).

Из условия свариваемости поясов со стенкой необходимо соблюдать требование:

tw < tf ? 3 tw =8?22?24,где tw - толщина стенки.

Вычислим высоту стенки:

hef = h - 2× tf =155,6.

Требуемую ширину поясного листа bf определяют из расчёта геометрических характеристик сечения. Для этого вычисляют:

)Требуемый момент инерции всего сечения балки, см4:

I = Wcal × (h / 2) =10,4* (1,6/2) =832см4;

2)Момент инерции стенки, см4:

Iw = (tw × hef3) /12= (0,8*155,63) /12=25115,25см4;

3) Требуемый момент инерции поясов, см4:

If = I - Iw =25115,25-832=24283,25;

4)Требуемая площадь одного пояса, см2:

Af = 2 If / (h - tf) 2=2*24283,25/ (160-2,2) 2=1,95см2;

5)Требуемая ширина пояса, см:

bf = Af / tf =1,95/2,2=0,89см;

Ширину пояса bf рекомендуется выдерживать в пределах (1/3 - 1/5) h из условия обеспечения общей устойчивости балки.

По конструктивным соображениям ширину пояса принимают:

bf ? 180 мм или h / 10;

Требование по обеспечению местной устойчивости балки:

bеf / tf ? 0,5 ? (Е / Ry) =0,5 ?206000/315=12,8

где bеf - свободный свес поясного листа (bеf ? bf / 2);

Ry - расчетное сопротивление листовой стали в соответствии с принятой толщиной tf.

Если размеры пояса не отвечают указанным требованиям, то изменяют толщину поясного листа в ту или иную сторону и определяют новую ширину пояса. По полученным данным компонуют сечение составной балки, вычисляют для него геометрические характеристики:

I - требуемый момент инерции:

I = Iw + If = (tw × hef3) / 12 + 2×bf × tf [0,5 (h - tf)] 2 =832; (2.12)

W - требуемый момент сопротивления:

W = 2× I / h = I / (h/2) =2*832/160=10,4;

В учебных целях производят проверку прочности по нормальным напряжениям:

? = Мmax / W ? Ry × ?c =3480/10,4=334,5?335 *1 (2.13)

Перенапряжение не допускается, а недонапряжение для удовлетворительно подобранного сечения балки должно составлять не более 5%.

2.2.2 Изменение сечения составной балки по длине

Сечение составной балки, подобранное по максимальному моменту в середине пролёта, можно уменьшить на приопорных участках. Учитывая увеличение трудоёмкости изготовления, рекомендуется уменьшать сечения поясов в балках пролётом 10 - 12 метров и более (рис.4).

Рис.4. Изменение сечения балки за счет уменьшения ширины пояса

При равномерной нагрузке наиболее выгодное место изменения сечения поясов в однопролётной балке находится на расстоянии примерно 1/6 пролёта балки от опоры. Сечения поясов изменяют различными способами. Наиболее простым способом является изменение ширины пояса, так как при этом не изменяется высота балки. Уменьшенная ширина поясов должна отвечать условиям:

bf 1 ? 180мм; bf 1 ? h /10;

bf 1 ? 0,5× bf.

Расчёт изменения ширины пояса главной балки производят в следующем порядке:

. Расстояние до места изменения сечения, см:

Х = L / 6=16*6=2,7см;

. Расчётный изгибающий момент в месте изменения сечения, кН×см:

Мх = (q×х× (L - х)) / 2= (108,75*2,7* (16-2,7)) /2=1952,6кН*см;

. Поперечную силу в месте изменения сечения, кН:

Qх = q × (L/2 - х) =108,75* (16/2-2,7) =576,375кН;

. Требуемый момент сопротивления на опоре, см3:

Wcall = Mx / Ry× ?c =1952,6/315=6,2см3;

. Требуемый момент инерции сечения на опоре, см4:

I call = Wcall × (h /2) =6,2* (160/2) =496см4;

. Требуемый момент инерции поясов, см4:

I1f = I1cal - Iw =496-27=469см4,где Iw - момент инерции стенки, см4

. Требуемая площадь пояса, см2:

А1f = (2× I1f) / (h - tf) 2=36780см2;

. Требуемая уменьшенная ширина пояса, см:

b1f = А1f / tf =18см;

Полученное сечение называют опорным. Уменьшенная ширина пояса согласуется с сортаментом на широкополосную сталь. Значение b1f должно соответствовать вышеприведённым конструктивным условиям.

Затем, после назначения b1f, определяют действительные геометрические характеристики уменьшенного опорного сечения:

I1 = (tW ×h3ef) /12+2 b1f × tf × ( (h - tf) /2) 2 =0.2 см4; (2.14)

W1 = 2×I1/h =6.2 см3;

S = Sw + Sf = (tW× 23ef) /8 + b1f × tf × (h - tf) /2=2578.9;

а) В учебных целях проверяют сечение на опоре на прочность по касательным напряжениям:

? = (Qmax × S) (I1 × tW) ? RS × ?c;

б) Проверку общей устойчивости составной балки не производят в связи с тем, что на её сжатый пояс через 0,6…1,2 метра (значения а) опираются балки настила, надёжно приваренные к ней.

в) Проверку прогиба также не выполняют, так как принимаемая высота сечения составной балки всегда больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.

2.2.3 Проверка местных и приведённых напряжений

а) В местах опирания балок настила (прокатных) на главную балку определяют местные напряжения:

?loc =Fe / tW × lb ? Ry × ?c =255,2<315, (2.15)

где Fe = q×a - расчётное значение (сосредоточенной силы), прикладываемой к составной балке;

а - расстояние между балками;

lb =bp+2 tf - условная длина распределения нагрузки;

bp - ширина полки балки настила;

tf - толщина полки составной балки;

б) Расчёт по приведённым напряжениям. Проверка выполняется в месте фактического изменения сечения составной балки на уровне поясных швов.

Проверку приведённых напряжений выполняют с учётом совместного действия нормальных и касательных напряжений по формуле:

?ef = ?х2 - ?х× ?у - ?у2 +3× ?ху2 ? 1,15 Ry × ?c, (2.16)

где ?х = МХ ×hef / (W1×h) - нормальные напряжения в стенке;

МХ - изгибающий момент в месте изменения сечения, кНсм;

?у - напряжения, перпендикулярные оси балки. Для рассматриваемых балок

?у = ?loc.

?ху = Qx / (/ tW ×hef) - среднее касательное напряжение;

Qx - поперечная сила в месте изменения сечения, кН.

Если балки настила опираются на главную балку в стороне от места фактического изменения сечения пояса, то местное напряжение принимают равным нулю - ?loc = 0.

2.2.4 Проверка местной устойчивости стенки

Потерей местной устойчивости стенки или пояса называют местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений.

Местная устойчивость сжатого пояса обычно обеспечивается при подборе сечения составной балки.

Стенка балки подвергается воздействию нормальных и касательных напряжений. Для повышения устойчивости стенки её укрепляют специальными рёбрами жёсткости, которые располагают с двух сторон стенки нормально к поверхности выпучивания листа. Увеличение толщины стенки экономически не выгодно, поскольку оно ведёт к перерасходу материала. Рёбра жёсткости разбивают стенку на ряд отсеков (панелей), которые теряют устойчивость независимо один от другого. Согласно СНиП II-23-81* стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если значения условий гибкости стенки:

?w = (hef / tw) ? (Ry / E) ? 3,2 (2.17)

Расстояние между поперечными ребрами жесткости - а1 (рис.5), должно отвечать следующему условию:

a1 ? 2 hef при - ?w ? 3,2

a1 ? 2,5hef при - ?w ? 3,2.

Рис.5. Ребра жесткости

Рёбра жёсткости принимаются парными, симметричными по обе стороны стенки. Ширину выступающей части ребра bh для парных симметричных поперечных ребер жесткости определяют по формуле:

bh = hef / 30 + 40 мм=0,09мм; (2.18)

Толщину ребра ts вычисляют по формуле:

ts = 2 bh ×? (Ry / E) =7мм. (2.19)

Размеры рёбер жёсткости согласовываются с сортаментом на полосовую сталь

По условиям транспортировки балки пролетом более 9 метров разбиваются на отправочные марки, которые в последующем стыкуются на монтаже. Поэтому при расстановке поперечных рёбер жесткости необходимо следить, чтобы ближайшее от монтажного стыка ребро находилось на расстоянии не менее 500 миллиметров.

Ребра устанавливают на равном расстоянии друг от друга, но из-за выполнения выше названного условия приопорные отсеки часто назначают длиной меньшей, чем 2hef.

Наметив расстановку рёбер жёсткости проверяют местную устойчивость стенки по формуле:

? [ (? / ?cr + ?loc / ?loc,cr) 2 + (? / ?cr) 2] ? ?c, (2.20)

где ? и ? - нормальные и касательные напряжения определяют по разъяснениям к формуле (2.16);

Значения критических напряжений ?cr и ?loc,cr определяют:

а) При а1/hef ? 0,8 по формуле:

?cr = (Ccr×Rу) / (-?2w) =461, (2.21)

где Ccr - коэффициент, принимаемый в зависимости от значения ?, учитывающего степень упругого защемления стенки в поясах (таблица 2.1).

? = ?× (bf / hef) × (tf / tw) 3 =1,9,

где ?= 0,8 - коэффициент для всех балок, кроме подкрановых;

bf и tf - соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки.

?loc,cr = (C1 ×Rу) / (-?2w) =329, (2.22)

где С1 - коэффициент, принимаемый по таблице 2.2 в зависимости от отношения а1/hef и значений ?;

?2w = (a1 /tw) × Rу / E =122;

б) при a1/hef > 0,8 и отношении ?loc / ? больше значений, указанных в таблице 2.3.

?cr = (С2 · Ry) / - ?w2 =461,9, (2.23)

где С2 принимают по таблице 2.4.;

?loc,cr - принимают по формуле (2.22);

в) при a1/hef > 0,8 и отношении ?loc /? не более значений, указанных в таблице 2.3;

?cr - принимать по формуле (2.21);

?loc,cr - по формуле (2.22), но с постановкой (a1/2) вместо a1 в формулу для - ?a и в таблице 2.2.

Критическое касательное напряжение определяют по формуле:

?cr = 10,3× (1 + (0,76/?2)) × (Rs / - ?w2) =6, (2.24)

где ? - отношение большей стороны (а или hef) к меньшей d, (практически отношение a1/hef)

Таблица 2.1.

Значения Сcr, при ? равном

?? 0,81,02,04,06,010,030Сcr30,031,533,334,634,835,135,5

Таблица 2.2.

Значения С1 для сварных балок при a1/hef, равном

? ? 0,50,60,81,01,21,41,61,82,0111,512,414,818,022,127,132,638,945,6212,013,016,120,425,732,139,246,555,7412,313,316,621,628,136,345,254,965,1612,413,516,822,129,138,348,759,470,41012,413,616,922,530,039,751,063,376,53012,513,717,022,931,041,653,868,283,6

Таблица 2.3.

Предельные значения ?loc / ?, при a1/hef, равном

? 0,80,91,01,21,41,61,82,0100,1460,1830,2670,3560,4450,5400,618200,1090,1690,2770,4060,5430,6520,799400,0720,1290,2810,4790,7110,9301,132600,0660,1270,2880,5360,8741, 1921,4681000,0590,1220,2960,5741,0021,5392,1543000,0470,1120,3000,6331,2832,2493,939

Таблица 2.4.

Значения С2, при a1/hef, равном

a1/hef ? 0,80,91,01,21,41,61,82,0 С2 По табл. 2.3., т.е. С2 = Сcr 37,0 39,2 45,2 52,8 62,0 72,6 84,7

2.2.5 Расчёт поясных швов

При изгибе составных балок между поясом и стенкой возникают сдвигающие силы, стремящиеся сместить один элемент относительно другого. Чтобы все составляющие балку элементы работали монолитно, сдвигающие силы должны восприниматься связями, соединяющими пояса со стенкой. В качестве связей применяют поясные швы.

Сдвигающее усилие Т, приходящееся на 1см длины балки, составит:

Т = (Qmax × Sf) / I1 =6696, (2.25)

где Qmax - расчётная поперечная сила, равная опорной реакции балки;

Sf - статический момент пояса;

I1 - момент инерции сечения на опоре;

Sf и I1 принимают по формулам (2.14).

Сдвигающая сила Т воспринимается двумя швами с катетом kf, соблюдая при этом два условия:

при расчёте по металлу шва Т ? 2×?f ×kf ×Rwf ×?wf ×?c;

при расчёте по металлу границы сплавления Т ? 2×?z ×kf ×Rwz ×?wz ×?c,

где ?f и ?z - коэффициенты глубины проплавления угловых швов, принимаемые по таблице 2.5 в зависимости от вида сварки и положения шва для сталей с пределом текучести до 580 МПа;

kf - катет шва;

Rwf и Rwz - расчётные сопротивления углового шва срезу по металлу и по металлу границы сплавления принимают из таблицы 1.4;

?wf и ?wz - коэффициенты условий работы шва, равные 1 для сварных конструкций, работающих при температуре не ниже ( - 400С);

Таблица 2.5 Коэффициенты глубины проплавления угловых швов

Вид сварки при

Положение шваКоэф

фициент

?Значение ? при катетах швов, мм3…89…1214…1618 и более Автоматическая d = 3…5 Нижнее?f1,10,90,90,7?z1,151,051,051,0Ручная; полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при d?1,4В лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное?f0,70,70,70,7?z1,01,01,01,0

Определяют необходимый катет сварного поясного шва:

kf ? (Q×Sf) / (2×?f ×I × Rwf ×?wf ×?c); (2.26)

kf ? (Q×Sf) / (2×?z ×I ×Rwz ×?wz ×?c);

При расчёте для катета шва принимается большее из полученных двух значений kf. Полученный катет углового поясного шва сохраняется по всей длине балки. Минимальные значения катетов поясных швов зависят от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов (таблица 2.6).

Таблица 2.6 Минимальные размеры катетов угловых швов в стальных конструкциях

Вид соединения Вид сваркиПредел текучести стали ?у, МПаМинимальные катеты швов kf, мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t, мм. 4 - 56 - 1011 - 1517 - 2223 - 3233 - 4041 - 80 Тавровое с двусторонними угловыми швами; нахлёсточное и угловоеручнаяДо 43045678910Свыше 430 до580567891012Автомати ческая и полуавто матичес каяДо 4303456789Свыше 430 до58045678910

2.2.6 Расчёт опорного конца балки

Балка опирается на колонну фрезерованным торцом сплошного опорного ребра, приваренного к балке. Установленные по торцам балок опорные рёбра выпускают ниже кромки нижнего пояса на расстояние ar = 15…20 мм и не более чем на 1,5 толщины ребра (рис.6). Вся опорная реакция передаётся с балки на опорный столик колонны через это ребро. Опорные рёбра приваривают к стенке двумя сварными угловыми швами (рис.6).

Рис.6. Крепление опорного ребра

Торец опорного ребра строгают для плотного касания этого ребра с опорной поверхностью колонны. Площадь сечения опорного ребра определяют из условия его работы на смятие по формуле:

Ar = F / Rp× ?c =870/460*1=1,89, (2.27)

где F - расчётная опорная реакция, F = Qmax;

Rp - расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

Толщину опорного ребра определяют по формуле:

tsr = Ar b1f =1,89/0,18=10,5, (2.28)

где br = b1f - ширина опорного ребра. Значение tsr должно соответствовать сортаменту на полосовую или широкополосную сталь.

Сварные швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке балки (два угловых шва), проверяют на действие опорной реакции. Расчёт сводится к определению требуемого катета углового шва:

kf = (1/ ?f) × F / 2× 85× Rwf =0,2, (2.29)

где ?f = 0,7 так как при ручной сварке расчёт по металлу шва является решающим.

Болты, прикрепляющие составную балку к колонне, устанавливают конструктивно.

3. Расчёт центрально-сжатой колонны

Центрально сжатые колонны применяют для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках и т.п. Производят расчёт наиболее загруженной колонны в средней части рабочей площадки.

Расчётная схема колонны - шарнирно-опёртый по концам стержень (рис.7).

Рис.7. Шарнирное опирание колонны

Геометрическая длина колонны l (см. исходные данные) принимается от подошвы базы колонны, заглубленной на 0,3…0,4 метра, до точки опирания опорного конца главной балки на столик колонны (рис.1 и 6). При шарнирном опирании колонны в двух направлениях поправочный коэффициент приведения длины ?x = ?у = 1.

Определяют расчётную длину сжатого элемента:

lef = ?×l=1,4,где l - геометрическая длина элемента;

Расчётное значение нормальной сжимающей силы, кН:

N = q ×L + Nкол =108,75+16+0,3=125,05 (3.1)

где - q - нагрузка от балочной клетки, кН/м, формула 2.7.

L - шаг колонн вдоль балочной клетки, м;

Nкол - собственный вес колонны, ориентировочно принимаемый равным

Nкол = l, (кН).

Подбор сечения колонны начинают с предварительного назначения гибкости колонны в пределах ?у = 90…100. По назначенной гибкости находят значение коэффициента продольного изгиба ? (приложение Г) в зависимости от расчётного сопротивления Rу.

Требуемую площадь поперечного сечения стержня колонны определяют:

Аcal = N/ (Rу × ?× ?c) =125,05/ (315*485*1) =131,4, (3.2)

где значение расчётного сопротивления Rу принимают для фасонной стали толщиной до 20 мм.

По принятой гибкости находят требуемый радиус инерции сечения:

iy, cal = lef / ?у =30,4/4,03=7,54. (3.3)

Прокатные колонны подбирают по сортаменту, используя полученные значения требуемых площади и радиуса инерции сечения. Из приложения В выписываются фактические геометрические характеристики сечения двутаврового профиля колонного типа (К).

Для проверки устойчивости колонны определяют её фактическую гибкость:

?у = lef / iу =30,4/7,54=4,03. (3.4)

Далее по фактической гибкости определяют коэффициент ?у и проверяют устойчивость:

? = N/ (?у×А) ? Rу × ?c, (3.5)

где А и iу - фактические площадь и радиус инерции подобранного сечения колонны (приложение В).

В случае перенапряжения или значительного недонапряжения конструкции подбирается другой профиль и повторяется проверка устойчивости колонны. Необходимо проверить превышение гибкости колонны допустимой величины

? пр:

?у ? ? пр = 180 - 60×?=104, (3.6)

где коэффициент ? находим по формуле:

? = N/ (A× ?min× Rу × ?c) =210МфцыуЦфФ0020,если ? ? 0,5, то принимается ? = 0,5;

Rу - для фасонной стали с соответствующей толщиной полки.

4. Общие требования к текстовой и расчетно-графической части

Титульный лист курсовой работы заполняется согласно Приложению Д. Рекомендуется общий курсовой работы до 30 страниц текста компьютерного набора с таблицами, графиками в текстовой части. Чертежи и карты, а при необходимости подробные табличные данные приводятся в приложениях. Формат страницы А4, поля: слева - 30 мм, справа - 1,5 вверху и снизу - 20 мм. Текст в формате WinWord, шрифт - Times New Roman, кегль - 14 пт, межстрочный интервал - 1,5, абзац 1,0. Графики, чертежи и карты предоставляются оформленными по требованиям ГОСТ с соответствующими подписями и печатями. Графики и чертежи желательно выполнить компьютерными средствами, например, с помощью программ Avtocad, Microsoft Excel, Adobe Acrobat и др., формулы с помощью редактора формул. При выполнении расчетно-графических работ вручную, формулы выписывать аккуратно, чтобы была читаемость, а графики и чертежи и подписи к ним с соблюдением требований ГОСТ и картографического черчения.

Библиографический список

1. СНиП I I - 23 - 81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР - М.; ЦИПТ Госстроя СССР, 2002.

. Инженерные конструкции. Под. ред. проф. Бергена Р.И. - М.: Высшая школа, 1989, 407 с.

. Примеры расчёта металлических конструкций. Мандриков А.П. - М.: Стройиздат, 1991, 427с.

. Металлические конструкции. Справочник проектировщика. Под. ред. акад. Мельникова Н.П. - М.: Стройиздат, 1980, 775с.

. Инженерные конструкции. Дукарский Ю.М., Расс Ф.В., Семёнов В.Б. - М.: КолосС, 2008.

Приложение А

Выборка из сортамента

1. Сталь широкополосная (универсальная), ГОСТ 82-70*.

Ширина листов, мм: 200, 210, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 600, 630, 650, 670, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1050.

Толщина листов, мм: 6, 7, 8, 9,10, 11, 12, 14,16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40.

2. Сталь толстолистовая по ГОСТ 19903-74*

Ширина листов, мм: 1000, 1250, 1400, 1500, 1600… и далее через 100 мм до 3600 мм.

Толщина листов, мм: 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30.

3. Сталь полосовая по ГОСТ 103-76*

Ширина листов, мм: 60, 63, 65, 70, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200.

Толщина листов, мм: 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20.

Приложение Б

Балки двутавровые (выборка из ГОСТ 8239 - 89)

Обозначения: h - высота балки; b - ширина полки; t - средняя толщина полки; s - толщина стенки; R - радиус внутреннего закругления; I - момент инерции; W - момент сопротивления; i - радиус инерции; S - статический момент полусечения. № бал киРазмеры, мм Ли ней ная плотнос ть, кг/мПло щадь сече ния, А, см2Справочные данные для осей: Х - Х У - У Iх, см4 Wх, см3 i х, см Sх, см3 Iу, см4 Wу, см3 i у, см h b s t R r1010055 4,57,272,59.481219839,74,0623,017,96,491,2212 120644,87,37,5311,514,735058,44,8833,727,98,721,3814 140734,97,58313,717,457261,75,7346,841,911,51,551616081 5,07,86,53,515,920,28731096,5762,358,614,51,701818090 5,18,19,03,518,423,412901437,4281,482,618,41,8820 2001005,28,49,542126,818401848,2810411523,12,0722 2201105,48,71042430,625502329,1313115728,62,2724240115 5,69,510,542734,834602899,9716319834,52,3727270125 6,09,8114,531,540,2501037111,221026041,52,5430 3001356,510,212536,546,5708047212,326833749,92,6933 3301407,011,213542,253,8984059713,533941959,92,7936 3601457,512,314648,661,91338074314,742351671,12,8940 4001558,313,01565772,61906295316,254566786,13,0345 4501609,014,216766,584,727696123118,17088081013,09505001701015,217778,510039727158919,9919 10431233,23555501801116,518792,611855962203521,81181 13561513,39606001901217,820810813878806256023,61491 17251823,54

Приложение В

Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83. Колонный профиль.

№ про филяЛи ней ная плот ность (кг/м) Размеры, ммПло щадь сече ния, А, см2Справочные данные для осей Х - ХУ - У h b s t R Iх, см4 Wх, см3 Sх, см3 i х, см Iу, см4 Wу, см3 i у, см20К1 20К241,5 46,9 195 198200 2006,5 710 11,513 1352,82 59,703820 4422392 447216 2478,50 8,611334 1534133 1535,03 5,0723К1 23К252,2 59,5 227 230240 2407 810,5 1214 1466,51 75,776589 7601580 661318 3659,95 10,022421 2766202 2316,03 6,0426к1 26К2 26К365,2 73,2 83,1 255 258 262260 260 2608 9 1012 13,5 15,516 16 1683,08 93, 19 105,9010300 11700 13560809 907 1035445 501 57611,14 11,21 11,323517 3957 4544271 304 3496,51 6,52 6,5530К1 30К2 30К384,8 96,3 108,9 296 300 304300 300 3009 10 11,513,5 15,5 17,518 18 18108,00 122,70 138,7218110 20930 239101223 1395 1573672 771 87412,95 13,06 13,126079 6980 7881405 465 5257,50 7,54 7,5435К1 35К2 35К3109,7 125,5 144,5 343 348 353350 350 35010 11 1315,0 17,5 20,020 20 20139,70 160,40 184,1031610 37090 429701843 2132 24351010 1173 135115,04 15,21 15,2810720 12510 14300613 715 8178,76 8,83 8,8140К1 40К2 40К3 40К4 40К5138,0 165,6 202,3 242,2 291,2 393 400 409 419 431400 400 400 400 40011 13 16 19 2316,5 20,0 24,5 29,5 35,522 22 22 22 22175,80 210,96 257,80 308,60 371,0052400 64140 80040 98340 1215702664 3207 3914 4694 56421457 1767 2180 2642 321717,26 17,44 17,62 17,85 18,1017610 21350 26150 31500 37910880 1067 1307 1575 189610,00 10,06 10,07 10,10 10,11

Приложение Г

Коэффициенты ? продольного изгиба центрально-сжатых стальных элементов

Гибкость элемента, ?уЗначения ? при Rу, МПа200 240280320360400600,8270,8050,7850,7660,7490,721700,7820,7540,7240,6870,6540,623800,7340,6860,6410,6020,5660,532900,6650,6120,5650,5220,4830,4471000,5990,5420,4930,4480,4080,3691100,5370,4780,4270,3810,3380,306

Ry = 20 кН/см2

Гиб кость,?у0 12345678930939936932929926923919916913909409069038998968938898858818778735086986586185685284884484083583160827823818814809805800796791787707827777727687637587537487447398073472772071370670069368667967290665658652645639632625619612606100599593587580574568526556459543110537531525520514508502496491485120479474468463457452477441436430130425420415410405401396391386381140376371366362327352347342338333150328324320317313309305301298294

Ry = 24 кН/см2

Гибкость, ?у0 12345678930931928924920916913909905901898408948908868828788748708658618575085284784383883382982481981481060805800796790785780774769764759707547477407347277207137067006938068667967166465664964263462761990612605598591584577570563556549100542536529523516510504497491484110478472466460454449443437431425120419414408403397392386381375370130364359354349344340335330325320140315311307303299296292288284280150276273270266263260257254250247

Ry = 28 кН / см2

Гиб кость, ?у0 12345678930924920916911907903899895891887408837878738698648608568508458405083683182682181681180580079579060785779773767762755748743736730707247167076996916836746666586498064163362661861160359558858057390565558551543536529522518507500100493486480473467460453447440434110427421415409403437390384378379120366361355350345340334329324318130313309305301297293288284280276

Ry = 32 кН/см2

Гибкость, ?у0 12345678930917912908903899894890886881878408738688638588538488428378328275082281681180580079478878377777260766758750742734727729711703695706876796706626536456366286196118060259458657857056255454653853090522514507499492485478470463455100448441435428421415408401394388110381375369363357351345339333327120321317312308303299294290285281130276272269265262258254251247244140240237237231228226223220217214150211209207204202199197194192189

Ry = 36 кН/см2

Гибкость, ?у0 12345678930911906901897892887882877873868408638588528478418368318258208145080980379879178577977376776175560749740730721711702692683673664706546456366286196106015925845758056655854954153352551650850054990483476468461453446438431423416100408401394387380373366359352345110338333328323318313307302297292120287283279275271276263259255251130247244241237234231228225221218140215212210207205202199197194192150189187185182180178176174171169

Ry = 40 кН/см2

Гибкость, ?у0 12345678930905900895890885880874869864859408548488428378318258198138088025079678978177476675975174473672960721711701692682672662652643633706236146055966875785685595505418053252451550749849048147346445690447439431424416408400392385377100369363356350344338331325319312110306301297292288283278274269265120260256253249245241238234230227130223220217215212209206203201198140195193190188185183181178176173150171169167165163162160158156154

Примечание: Значения коэффициентов ? в таблицах увеличены в 1000 раз.