Промышленое здание из металлоконструкций

h_W/t_W>3,2

, 145/1>3,2 , 145>88.

Размещение ребер жесткости  по пролету балки следует согласовать  со схемой балочной клетки. При сопряжении балок в одном уровне обычно ребра устанавливаются в местах опирания БН на главную балку с тем, чтобы их можно было использовать для крепления балок настила. Если балки настила расположены слишком часто (менее чем через h_W), то ребра можно устанавливать не под каждой балкой, а через два-три расстояния между ними, но не реже чем через  2h_W (рис.9).

h_W<172<2h_W     145<172<290  ,

где  172см=2а

Ширина парного симметричного  ребра принимается b_h не менее h_W/30+40мм. Толщина ребра t_s принимается не менее 2b_h

Ширина ребра:

b_h=22см ≥ h_W/30+40=145/7=20,71см

Толщина ребра:

t_s=1,6см ≥ 2b_h

=2*22 =1,59см

Рис. 9. Варианты установки ребер жесткости

Устойчивость стенки проверяется в предположении ее работы как прямоугольной пластинки  а₁хh_W , ограниченной двумя соседними ребрами и поясами. В реальном проектировании делается проверка устойчивости каждого отсека стенки (от ребра до ребра). В курсовом проекте достаточно сделать проверку устойчивости стенки в месте изменения сечения балки по формуле

√(s/s_cr)²+(t/t_cr)²≤g_c=1

        

2.5. Расчет соединения поясных листов со стенкой

 

Поясные швы препятствуют сдвигу полок относительно стенки вдоль  действия поперечной силы Q. Расчет швов ведется на максимальную поперечную силу (на опоре), Q_max а толщина швов принимается постоянной по длине балки.

Расчетное сдвигающее усилие на единицу длины шва:

T= Q_maxS_f/I_f

S_f=b_f*t_f(h_w/2)

S_f=45*3,6(145/2)=11745см³

T=1677*11745/1980648=9,94кН/см²

Шов рассчитывается на срез по двум сечениям:

T/(2β_fk_f)≤R_wf 9,95/2*1,1*0,8≤20

T/(2β_zk_f)≤R_wz 9,95/2*1,15*0,8≤18

 

2.6. Конструирование и расчет опорной части главной балки

 

Расчетом должны быть проверены опорные ребра на смятие, опорная часть балки на устойчивость и сварные швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке  балки (рис. 10).     Рис. 10. Опорная часть главной балки:

 а – с торцевым  ребром; b – расчетная схема опорного ребра при проверке устойчивости

1. Сначала определяются размеры опорного ребра b_P и t_P из условия его прочности на смятие торцевой поверхности опорной реакцией главной балки F_ОП= Q_MAX=1677кН. Задавшись t_P=12…20мм, принимаем t_P=1,6см,  находим b_P F_ОП/(R_Pt_P)= 1677/38*1,6=27,6см,

где R_P=38кН/см² – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.

Ширина ребра должна быть не менее 200мм и соответствовать  сортаменту на широкополосную универсальную  сталь. Выступающая часть ребра  принимается 15…20мм, но не более 1,5t_P.

b_P 200 , принимаем b_P=30см.

2. Проверяется устойчивость опорной части балки из плоскости стенки как центрально-сжатой стойки, нагруженной силой F_ОП= Q_MAX=1677кН:

F_ОП/(

A_ОП) R_Y, 1677/0,966*65=26,6 ≤ 27

где А_ОП – расчетное сечение стойки, включающее сечение ребра и примыкающий к нему участок стенки шириной           . b₁=0,65t_W =0,65*1 =17см.

A_ОП=b_Pt_P+b₁t_W=30*1,6+17*1=65см²; -коэффициент продольного изгиба в зависимости от гибкости  l_Y=h_W/i_Y=145/8=18;

i_Y=b_P/ =30/3,64=8см - радиус инерции. Если условие устойчивости не выполняется, необходимо изменить размеры ребра и проверку повторить.

3. Проверяется местная устойчивость опорного ребра:

b_ef/t_P£0,36 +0,1l_Y; 14,5/1,6£0,36 +0,1*18; 9,06£8,12 ,

где b_ef=(b_P-t_W)/2=(30-1)/2=14,5 см.

Для обеспечения местной  устойчивости увеличиваем толщину  ребра t_P=1,8см тогда 14,5/1,8≤8,12; 8,05≤8,12.

4. Опорная реакция с ребра на стенку балки передается через вертикальные угловые швы (швы «а» на рис.10). Требуемый катет шва k_f,тр=(1/b_f)ÖF_ОП/(2*85R_Wf)=(1/0,9)Ö1677/2*85*20=0,77см.

Катет шва назначают  равным или более минимального конструктивного. Принимаем k_f=0,8см

2.7. Сварной стык

Сварной стык выполняется равнопрочным металлу главной балки и расчетов не требует.

3. РАСЧЕТ И  КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ

3.1. Расчетная схема. Расчетное  усилие

 

Колонны рабочей площадки рассчитываются как центрально-сжатые стержни по формуле

                N/(jA)£R_Yg_C ,                                               (9)

где j-минимальный коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от максимальной гибкости (l_X или l_Y) и расчетного сопротивления стали R_Y по табл.72[1].

При расчете главной  балки было принято шарнирное сопряжение балки с колонной. Горизонтальная несмещаемость верхнего конца колонны обеспечивается системой вертикальных связей. Нижний конец колонны считается закрепленным шарнирно.

За длину стержня l_C принимается расстояние от низа ГБ до низа базы колонны (до верха фундамента):

l_C=h_Н-t_H+h_Б=950-0,8+2+60=1009,2см.

Здесь h_H-отметка верха настила по заданию ; t_H-толщина настила; h-высота сечения главной балки; а - выступающая часть ребра главной балки; h_Б - заглубление базы колонны ниже нулевой отметки, принимается равным 0,5…1,0м.

Расчетная длина колонны  l_ef=ml_C=1*1009,2=1009,2cм,

где m=1 -коэффициент, зависящий от способа закрепления концов сжатого стержня.

Расчетная сосредоточенная  сила N равна двум опорным реакциям ГБ:

N=qL=1,95*1720=3354кН.

3.2. Компоновка и подбор сечения

 

Сначала, задавшись приблизительно гибкостью l=90, находим для соответствующего значения R_Y=27кН/см² коэффициент j=0,577. Затем, из формулы (9), вычисляем требуемую площадь сечения                          . .   ………..А_ТР=N/jR_Yg_C=3354/0,577*27*1=215 см²

и назначаем размеры  сечения двутавра 40К3:

i_x=17,62см; i_у=10,07см ; A=257,8см² ; I_х=80040см⁴ ; b=40см.

l_х=l_c/i_x=1009,2/17,62=48,52

l_y= l_c/i_y=1009,2/10,07=84,9

По максимальному значению l_мах=84,9 находим для соответствующего значения R_Y=27кН/см² коэффициент j=0,615 и проверяем колонну:

N/(jA)£R_Yg_C

3354/0,615*257,8≤27

3.3. Конструкция и расчет опирания  балки на колонну

 

При опирании балки на колонну сбоку расчетом определяется длина столика из условия прочности  сварных швов, прикрепляющих его к полкам колонны:

l_ст≥1,3F_оп/(2β_fk_fR_wf )+1см

1,3*1677/2*0,9*0,9*20+1=68,28

l_ст=69см

Толщину столика принимаем  конструктивно t_c=4см, ширину b_c=b_p+3см; b_c=30+3=33см.

3.4. Конструкция и расчет базы колонны

 

Проектирование базы начинают с выбора ее конструкции. При шарнирном сопряжении с фундаментом для уменьшения толщины плиты принемаем базу с траверсами.(рис.13,б).

Расчетом определяются размеры опорной плиты в плане, ее толщина, размеры траверс и  ребер, размеры сварных швов. Анкерные болты назначают конструктивно диаметром 20…30мм.

Требуемую площадь плиты  определяют по формуле 

А_пл=N/(1,2R_b)=3354/1,2*0,85=3288 см²,

где R_b - призменная  прочность бетона фундамента; для бетона В15 принимаем R_b=0,85кН/см2

Ширину плиты b_пл=b_к+2с+2t_тр=40+14+2=56см назначают конструктивно, приняв свес консольного участка с=7см и толщину траверс 1см.  Требуемая длина плиты                                     . .              .      ………………….L_пл=А_пл/b_пл=3288/56=58,71см=59см

Окончательно размеры  плиты назначают кратными 10мм.

Толщина опорной плиты  определяется ее работой на изгиб  как пластинки под действием  реактивного давления бетона фундамента, значение которого  принимается равномерно распределенным по всей рабочей площади плиты  ……………….s_ф=N/А_пл=3354/3304=1,015кН/см²,

где А_пл= b_плL_пл=56*59=3334см²- рабочая площадь плиты. Опорами для пластинки служат стержень колонны, траверсы, которые делят ее на отдельные участки, опертые на одну, три или четыре стороны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 13. База колонны

Расчетный момент на консольных участках плиты (участок 1)

M₁=s_фс²/2=1,015*7²/2=25кНсм.

На участках, опертых  по трем сторонам (участок 2),

M₂=bs_фa₁²

где а₁=40см - размер свободной (незакрепленной) стороны участка. Коэффициент bзависит от отношения закрепленной стороны к свободной:   

  b₁/a₁=9,05/40=0,23  при b₁/a₁<0,5 M₂=0,5s_фb₁²=0,5*1,015*9,05²=42кНсм

Расчетный момент на участках, опертых по четырем сторонам,

M₃=as_фa²=0,097*1,015*19,2²=36кНсм,

где а=a₁/2-1,6/2=19,2см – размер короткой стороны. Коэффициент a=0,097 определяется в зависимости от отношения более длинной стороны b к короткой. b/a=36/19,2=1,88.

Толщину плиты подбирают  по наибольшему изгибающему моменту из М₁, М₂ и М₃:

t_пл³Ö6M_max/(R_yg_c)= Ö6*42/(27*1)=3,05см

где g_c=1 для более прочных сталей чем С235…С255.

Размер t_пл округляют до стандартной ближайшей величины.

Принимаем t_пл=3см.

Расчет траверс выполняют  на приходящуюся на них нагрузку, передаваемую опорной плитой. Погонная нагрузка на траверсу составит:

q_t=sd_t=1,015*21=21,32кН/см

Изгибающий момент в  консольной части траверсы:

M_t= q_tb₁²/2=21,32*9,05²/2=873,05кНсм

Перерезывающая сила:

Q_t=q_tb₁=21,32*9,05=192,95кН

Прикрепление траверсы к колонне выполняется двумя швами полуавтоматической сваркой (β_f=0,9), назначаем величину катета шва:

k_f≥(1/β_f)Öq_tL/(2*85R_wf)=1/0,9Ö21,32*59/2*85*20=0,39см

Из условия k_f≤1,2t_T катет назначаем k_f=0,7см

Требуемая высота траверсы из условия прочности сварных  швов:

h_t=qL/(2β_fk_fR_wf )+1см=21,32*59/2*0,9*0,7*20+1=48см

Прочность траверсы проверяется на совместное действие изгибающего момента и перерезывающей силы:

√s²+3t²≤1,15R_yg_c; √1,24²+3*4,02²≤1,15*27*1; 7,07≤31,05

s=6M_t/t_th_t²=6*873,05/1*48²=2,27кН/см²

t=Q_t/t_th_t=192,95/1*48=4,02кН/см²

Требуемую толщину швов, прикрепляющих стержень колонны, траверсы к плите, определяют:

k_f=N/( β_fR_wfl_w)=3354/0,9*20*234,2=0,8см

l_w=2*40+2*59+4*9,05=234,2см

3.5. Конструирование и расчет  сопряжения балок настила с  главной балкой

 

1. Задаются конструктивно размерами накладки балки настила: шириной b_н=27см, толщиной t_н=1см, длиной l_н=45см.
2. Определяют количество болтов, прикрепляющих накладку к ребру главной балки, задавшись диаметром болта d=2см, класса точности «В». Диаметр отверстий под эти болты на 2мм больше диаметра болта.

Площадь поперечного  сечения:

A_b=πr²=3,14*1²=3,14см²

Несущая способность  односрезного болта:

N_ps=A_bR_bsg_b=3,14*23*0,9=65

Несущая способность  по смятию:

N_bp=R_bpdt_s=51*2*1,8=183,6

Количество болтов:

n_b≥F_бн/N_bmin=(0,26*640/2)/65=1,28

Количество болтов принимаем b=2шт.

3. Проверяют прочность накладки на срез по ослабленному сечению:

t=F_оп/t_н(b_н-n_bd_o)≤R_s

t=83,2/1*(27-2*2,2)=3,68≤15,5

4. Проверяют прочность сварного шва, прикрепляющего накладку к стенке балки настила с учетом эксцентриситета e, задавшись катетом шва k_f=0,7см.

t_Q=F_бн/2β_fk_f(b_n-1)=83,2/2*0,7*0,7*26=3,26кН/см²≤R_wf

W_Bf= β_fk_f(b_н-1)²/6=0,7*0,7*26²/6=55,2

M=F_БН*е=83,2*23=1914кНсм

t_m=1914/2*55,2=17,4≤ R_wf

√t_Q²+t_m²≤ R_wf

√3,26²+17,4²≤20

17,7≤20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. –М.: ЦИТП, 1991.

2. Металлические конструкции:  Общий курс: Учеб. для вузов / Под  ред. Г.С.                Веденикова. –М.: Стройиздат, 1998.