Курсовая работа - Балочная площадка с заданными параметрами - файл n1.doc

Курсовая работа - Балочная площадка с заданными параметрами
скачать (1077.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1078kb.21.10.2012 09:29скачать

n1.doc






Содержание


1 Исходные данные для проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

2

2 Компановка балочной площадки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.1 Выбор балки первого варианта компоновки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....

4

2.2 Выбор балки настила по второму варианту компоновки . . . . . . . . . . . .

5

2.3 Выбор вспомогательных балок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3 Выбор варианта компоновки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

4 Проектирование главной балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .

10

4.1 Выбор размеров сечения балки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

4.2 Определение размеров зоны пластических деформаций . . . . . . . . . . . ..

13

4.3 Проверка устойчивости в зоне пластических деформаций . . . . . . . . . . .

13

4.4 Проверка устойчивости уменьшенного пояса . . . . . . . . . . . . . . . . . … . .

14

4.5 Проверка прочности стенки главной балки….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

15

4.6 Проверка общей устойчивости балки……………………………………

17

5. Расчет поясных швов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .

19

6. Проектирование укрупнительного стыка . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .

20

6.1 Определение исходных данных для проектирования.. . . . . . . . . . ……..

20

6.2 Проверка стыка стенки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………...

21

6.3 Выбор накладок……………..…………………………………………….

6.4 Проверка ослабления пояса…..………………………………………...

21

22

7 Проектирование стыка стенки……………………………………………...

23

8 Проектирование опорной части…………………………………………...

24

9 Расчет швов крепления диафрагмы………………………………………

25

10 Расчет колонны……………………………………………………………

10.1 Проектирование стенки колонны………………………………………

10.2 Расчет планок…………………………………………………………….

26

2

28

11 Оголовок колонны…………………………………………………………

31

12 База колонны……………………………………………………………….

32

Список литературы…………………………………………………………....

35

1 Исходные данные для проектирования
Запроектировать балочную площадку с заданными параметрами:

  1. расстояние между главными балками Б=6 м

  2. пролет балки А=17 м

  3. нормативная нагрузка =20кПа



Рисунок 1 – Балочная площадка
Расчетное сопротивление стали сжатию, растяжению и изгибу, назначенное по пределу текучести R, выбираеное по приложению А [3]:

- для балки настила стали С245-24 кН/см

- для вспомогательной балки класса стали С245-24 кН/см

- для главной балки класса стали С245-24 кН/см

Коэффициент условия работы конструкции и их элементов определяется по таблице 6 [3]. Для сплошных блоков рабочих площадок при их расчетах на прочность и местную устойчивость отдельных элементов величина =1.

По таблице 63 приложение 3 [3] находим характеристики стали: модуль упругости Е=20600 кН/см, коэффициент Пуассона v= 0,3, плотность стали = 7850 кг/м2.

Коэффициент надежности по нагрузке для веса строительных конструкций определяется в соответствие с разделом 2 [3]. Для металлических конструкций, независимо от их конструкционных особенностей, величина =1,05.

Коэффициенты надежности для временных равномерно распределенных нагрузок принимаем в соответствии с рекомендациями раздела 3 [3] . При полном нормативном значении нагрузок 2кПа и более величина =1,2.



  1. Компановка балочной площадки


2.1 Выбор балки первого варианта компоновки
В соответствии с заданной нормативной нагрузкой 20кПа принимаю толщину настила 10 мм по первому варианту компоновки. Шаг балок настила <a> ограничивается конструктивными требованиями к жесткости поддерживаемого настила. Мерой жескости является прогиб f. Допустимое значение относительного прогиба f для настилов состовляет 1/150. Максимально возможный шаг балок настила определяется из условия обеспечения требуемой жескости настила по формуле, полученной из выражения для наибольшего прогиба стального листа, изогнутого по цилиндрической поверхности:

(1)

где - величина, обратная допустимому относительному прогибу, равна 150

- толщина настила 10мм

- нормативная нагрузка 20 кН

(2)
E - модуль упругости; для прокатной стали Е=2,06 ∙108 кПа

- коэффициент Пуассона 0,3 для стали С 245

После подстановки числовых значений получаем
кПа
0,94м
Количество балок настила должно быть не меньше величины L/, т.е.

(3)
где L – пролет балки 17 м


Принимю 18 балок с шагом 0,94

Требуемый момент сопротивления разрезной балки при изгибе в одной плоскости от действия статически распределенной нагрузки определяется из условия прочности по нормальным напряжениям по формуле:
(4)

где С – Коэффициент учитывающийограниченное развитие пластических деформаций по сечению балки, определяется по приложению Б в методических указаних по курсовому проекту, С= 1,105

- максимальный изгибающий момент:

(5)

l- пролет балки;

q- расчетная погонная нагрузка на балку, кН/м, определяемая по формуле

для балок настила

(6)

- линейная плотность двутавровых балок настила в кг/м, взятая из соответствующего сортамента;

- шаг балок настила в первом варианте компоновки, а1=0,94м

кН/м

Расчитываем максимальный изгибающий момент:

кНм

В результате подстановки:

398 см

Выбираю двутавр 27а со следующими характеристиками профиля: высота сечения, которого h=27 см, ширина пояса b=13,5 см, момент сопротивления W=472 см, момент инерции J=5500 см, линейная плотность =33,9кг/м.

Максимальный прогиб разрезной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, определяется по формуле:
(7)
- нормативная погонная нагрузка на балку в кН/см для балки настила
(8)
- шаг балок настила в первом варианте компоновки

кН/м

После подстановки численных значений получаем
см
Относительный прогиб балки настила (отношение абсолютного прогиба к пролету балки) равен .


    1. Выбор балки настила по второму варианту компоновки


В соответствии с заданной нормативной нагрузкой 22 кПа принимаем толщину настила 10 мм по второму варианту компоновки. Максимально возможный шаг балок настила определяется из условия обеспечения требуемой жескости настила по формуле, полученной из выражения для наибольшего прогиба стального листа, изогнутого по цилиндрической поверхности:

(9)

где - величина, обратная допустимому относительному прогибу, равна 350

- толщина настила 10мм

- нормативная нагрузка 20 кН

(10)

кПа

E - модуль упругости прокатной стали 2,06 ∙108 кПа

- коэффициент Пуассона 0,3 для стали С 245

После подстановки числовых значений получаем
0,91м
Количество балок настила должно быть не меньше величины L/, т.е.
(11)

где L – пролет балки 6,5 м


Принимаю 8 балок с шагом 0,91м

Требуемый момент сопротивления равен 107,2 см.

По соответствующему сортаменту выбираем номер профиля двутавра 16 высота сечения которого h=16 см, ширина пояса b=8,1 см, момент сопротивления W =109 см, момент инерции J=873см, линейная плотность =15,9 кг/м.

Максимальный прогиб разрезной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, определяется по формуле :
(12)
- нормативная погонная нагрузка на балку в кН/см для балки настила
(13)
- шаг балок настила в первом варианте компоновки

кН/м

После подстановки численных значений получаем
см
Относительная величина прогиба = в соответствии с требованиями второй группы предельных состояний конструкцій.


    1. Выбор вспомогательных балок


Расстояние между вспомогательными балками (b) предварительно назначаем 2,4м, в количестве 5.

Требуемый момент сопротивления разрезной балки при изгибе в одной плоскости от действия статической распределенной нагрузки определяется из условия прочности по нормальным напряжениям по формуле:
(14)
где - коэффициент, учитывающий ограниченное развитие пластических деформаций по сечению балки, определяемый по приложению Б методических указаний, равен 1,1.

- максимальный изгибающий момент:
(15)

l - пролет балки;

q - расчетная погонная нагрузка на балку, кН/м, определяемая по формуле

(16)

- линейная плотность двутавровых балок настила в кг/м, взятая из соответствующего сортамента;

кН/м

кНм

см

Требуемый момент сопротивления 1487 см.

По оответствующему сортаменту выбирала номер профиля двутавра 50 высота сечения которого h=50 см, ширина пояса b=17 см, момент сопротивления W=1589 см, момент инерции J=39727 см, линейная плотность =78,5 кг/м, толщина пояса t=1,52 см.

Максимальный прогиб разрезной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, определяется по формуле:
(17)

(18)

кН/м

см
Относительный прогиб вспомогательной балки (отношение абсолютного прогиба к пролету балки) равен .

Расчетная (свободная от крепления) длина вспомогательной балки lef, на которой балка может потерять устойчивость, вычисляется следующим образом:

(19)
где - ширина полки (пояса) балки настила второго варианта компоновки, равная 8,1см.

82,9см

Проверим выполнение условия:
(20)
где - расчетная длина балки,

- ширина полки (пояса) вспомогательной балки,

- граничная величина, устанавливаемая согласно таблице 8 [3], гарантирующая общую устойчивость вспомогательных балок;
=4,06

- параметр, учитывающий наличие в проверяемом сечении балки пластических деформацмй (для частного случая изгиба балки в одной вертикальной плоскости=0,3).




  1. Выбор варианта компоновки


- расход стали в килограммах на один квадратный метр при первом варианте компоновки площадки:
(21)
- расход стали в килограммах на один квадратный метр при втором варианте компоновки площадки:
(22)
= 7850 кг/м3 – плотность прокатной стали

Выбор варианта компоновки балочной площадки осуществляется по результатам технико-экономического сравнения.

Расход стали в килограммах на один квадратный метр при первом варианте компоновки площадки:

1,14 кН

при втором варианте компоновки площадки:
1,23 кН
Выбираем первый вариант компоновки площадки, так как он более экономичен, чем второй вариант.


  1. Проектирование главной балки




    1. Выбор размеров сечения балки


Требуемый момент сопротивления разрезной балки при изгибе в одной плоскости от действия статической распределенной нагрузки определяется из условия прочности по нормальным напряжениям по формуле:
(23)
где - максимальный изгибающий момент:

(24)

l - пролет балки;

q - расчетная погонная нагрузка на балку, кН/м, определяемая по формуле:

(25)

кН/м

После подстановки численных значений получаем
587413,76 кНсм,

22251 см3
Назначаем предворительную высоту главной балки h0 , руководствуясь принятыми в практике проектирования соотношениями:

при L более15 м

м
По эмпирической формуле определяем ориентировачную толщину стенки

(26)

=1,1 см
Оптимальная высота сечения главной балки определяется по эмпирической формуле:

(27)
где 1,15 – коэффициент, полученный для двутавровых балок .
130 см.
Назначенная высота стенки, равна:
159см
где - выбранная с учетом оптимальной, минимальной и строительной высоты, высота балки в см, а 1 см убирается строжку кромок стальных листов из толстолистовой стали при изготовлении стенок балки - 160 см.

Требуемая толщина стенки уточняется из условия ее прочности на срез и местной устойчивости. При оценке прочности стенки на срез предполагается, что максимальная поперечная сила (в опорном сечении балки) воспринимается только ее стенкой, тогда толщина стенки должна удовлетворять условию:

(28)

- максимальное значение поперечной силы на опоре разрезной балки пролетом L, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q.

(29)



где - расчетное сопротивление стали сдвигу;


Назначается толщина стенки см

Характеристикой сопротивления стенки потери устойчивости является условная гибкость :

(30)
4,96 см
так как 4,965,5 , следовательно, условие выполняется.

Окончательная толщина стенки главной балки :

см

Назначаю
Требуемая площадь сечения пояса (полки) главной балки определяется по формуле:
(31)
где - расстояние между центрами тяжести полок (поясов)

- площадь сечения одной полки (пояса)

Исходя из этого, вычисляется рекомендуемая ширина полки (пояса) :



Рекомендуемая компьютером ширина пояса равна:

(32)
=47,9 см

Назначаю толщину пояса с сортамента, равную 50, получаю





Отношение неокаймленного (свободного) свеса пояса к толщине не должна быть больше предельного значения, определенного согласно [3]:
(33)




В противном случае сжатый пояс балки, работающий в упругой стадии, может потерять устойчивость с образование местных прогибов и автоматически выключиться из работы сечения.

Для балки, в сечении которой допускается ограниченное развитие пластических деформаций, при невыполнении условия
(37)

потеря устойчивости пояса может произойти раньше потери устойчивости стенки.

После того, как размеры сечения балки уточнены, можно уточнить значение коэффициента по таблице, в зависимости от соотношения площадей пояса и стенки . Промежуточные значения определяются путем линейной интерполяции: =1,09





    1. Определение размеров зоны пластических деформаций


Под зоной пластических деформаций понимается длина участка балки, на котором в момент образования пластического шарнира весь пояс переходит в пластическое состояние. Эта величина определяется по формуле, полученной из равенства изгибающего момента при упругой работе стенки по всей высоте:

(34)

4,1м
Область пластического деформирования располагается в средней части балки, симметрично относительно середины пролета. Расстояние x1 от левой опоры до начала этой области:

(35)
м
В зоне развития пластических деформаций не допускается появление местных нагрузок в стенке. Поэтому в области, ограниченной участком протяженностью под каждой балкой настила должно стоять поперечное ребро жескости. При этом минимальная толщина ребра по техническим соображениям не должна быть менее шести миллиметров.


    1. Проверка устойчивости в зоне пластических деформаций


Сечение, в котором надо проверить устойчивость стенки, для первого варианта компоновки находиться на расстоянии 7м от опоря

Изгибающий момент в расчетном сечении главной балки пролетом L от расчетной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q на расстоянии х от опоры вычисляется по формуле:
(36)

кНм

поперечная сила:

(37)

кН

Наибольшие нормальные напряжения в сечении балки вычисляются по формуле:

, (38)

где - момент сопротивления сечения балки

, (39)

- момент инерции сечения составной симметричной двутавровой балки относительно горизотальной оси симметрии сечения

(40)

После подстановки численных значений получаю:





кН/см2

Недонапряжение оценивается в процентах по формуле :
(46)



    1. Проверка устойчивости уменьшенного пояса


Выполняется с целью уменьшения расхода стали на её изготовление и осуществляется за счет уменьшения ширины её поясов. Такой вариант изменения сечения является технологически наиболее простым.

Уменьшенную ширину пояса следует назначить с учетом приведенных рекомендаций, согласовать со стандартом на универсальную сталь (Приложение Д)

Проверяем устойчивость на расстоянии 3 м

Проверка прочности балки по касательным напряжениям осуществляется для опорного сечения балки с уменьшенными полками (поясами) но формулам

, (41)

где - статический момент двигаемой части уменьшенного сечения балки

, (42)



- момент инерции уменьшенного сечения балки относительно оси х

(43)



После подстановки численных значений получаем:

кН/см2

Проверяю неравенство





    1. Проверка устойчивости стенки главной балки


Проверка прочности по приведенным напряжениям в этом случае осуществляется без учета локальных напряжений в стенке (рисунок 2)



Рисунок 2 – Схема балок
Проверяем сечение между ребрами жесткости на расстоянии 4м
(44)
После подстановки числовых значений получаем

Наибольшее нормативное напряжение в стенке балки в уровне поясных швов в расчетгом сечении на рвсстоянии х2 от опоры:
, (45)
Местная устойчивость стенки при одновременном действии нормальных, касательных и местных напряжений проверяется по формуле:
(46)
т.к. локадьные напряжения отсутствуют, то

где - нормальное сжимающее напряжение;
(47)
(48)

После подстановки числовых значений получаем
4010 кН/м
- изгибающий момент в расчетном сечении балки на расстоянии х от опоры;

После подстановки числовых значений получаем

кН/см2
(49)

- среднее касательное напряжение в стенке расчетного сечения главной балки;

(50)
После подстановки числовых значений получаем
=694 кН
- поперечная сила в расчетном сечении балки на расстоянии х от опоры.

После подстановки числовых значений получаем
кН/см2
- критические касательные напряжения в стенке;
(51)
- отношение большей стороны пластинки к меньшей;

После подстановки числовых значений получаем

кН/см2

(52)

величина коэффициента определяется по Приложению Е в зависимомти от коэффициента ? учитывающего частичное защемление стенки поясами.

(53)



=33,3

(54)



После подстановки числовых значений получаем

кН/см2

Так как местные напряжения в стенке главной балки под опирающейся на верхнюю полку балкой настила отсутствуют, то левая часть условия устойчивости равна



Условие выполнено.


    1. Проверка общей устойчивости балки


Расчетная длина главной балки определяется по формуле указанной в методичке (комментарий 12), поскольку в данном курсовом проекте балки настила имеют этажное опирание, то:
(55)
- ширина полки балок настила

- шаг балок настила

см



Рисунок 3 – Этажное сопряжение балок настила с главной балкой
Учитывая то обстоятельство, что шарнирно опертая балка с изменением сечения но длине может потерять устойчивость на двух участках (в середине пролета и на опоре), проверка общей устойчивости выполняется дважды: в сечении с максимальным изгибающим моментом (с учетом развития пластических деформаций, то есть ? - 0.3) и на опорном участке главной балки (в упругой области, где ? = 1).

Максимальная величина отношения в середине балки, при которой можно не проверять общую устойчивость, равна 5,35

фактическая величина отношения = 1,57<5,35 – в сечении

максимальная величина отношения у опоры, при которой можно не проверять общую устойчивость, равна 16,14

фактическая величина отношения = 3,13<16,14 – в узлах сечения

Условие устойчивости выполнено.



  1. Расчет поясных швов


Поясные двусторонние сварные швы в составных двутавровых балках в заводских условиях выполняются автоматическим способом при положении свариваемых элементов «в лодочку». Материал для автоматической сварки – сварочная проволока СВ-08А.

Расстояние сопротивление по металлу шва () определяется в зависимости от марки сварочной проволоки, а расчетное сопротивление по металлу границы сплавления () вычисляется по формуле:
(56)
- временное сопротивление стали, зависящее от толщины пояса главной балки , равно 380МПа, по приложению А методических указаниях:

кН/см2

Коэффициенты провара сварного шва =1,1и =1,15 определяются для минимального катета сварного шва ().

Минимальная величина катета углового сварного шва при этом согласовывается с толщиной наиболее толстого из свариваемых элементов- полки .

Коэффициенты условий работы сварного шва при его расчете по металлу шва и по металлу границы сплавления назначаются в соответствии с рекомендациями [4]. Для прочной проволоки Св=08А коэффициент условия работы сварного шва при его расчете по металлу шва равен 1,1 и по металлу границы сплавления равен 1,15.

(57)

Катет поясного шва принимаем 6 мм.


  1. Проектирование укрупнительного стыка


6.1 Определение исходных данных для проектирования
Укрупнительный стык выполняется на высокопрочных болтах с контролируемым усилием натяжения. Применяем болты диаметром 22 мм, из хромистой стали марки 40Х «селект». Диаметр отверстий под болты принимаем 24 мм с целью снижения трудоемкости сборки.

Временное сопротивление материала болтов определяется, в зависимости от марки стали болтов и диаметра болтов.

Коэффициент надежности и коэффициент трения определяют в зависимости от способа обработки поверхности, способа регулирования усилия натяжения, характера нагрузки и разности между диаметром отверстия и диаметром стержня болта.

Коэффициент условия работы соединения назначается в зависимости от количества болтов в соединении согласно [3] и принимается 1.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято двумя плоскостями трения соединенных элементов, стянутых одним болтом. Вычисляется по формуле:

(58)
Н/мм2 - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, где определяется по таблице 2 приложенияК, в зависимости отмарки стали болтов и диаметра болтов, равно 1100Н/мм2

- площадь сечения болтов, принимается по таблице 2 приложения К из методических указаниях, равно 3,52

Коэффициент надежности =1,12 и трения (определяется поприложению К методических указаниях, в зависимости от способа обработки поверхностей). Коэффициент условия работы соединения назначается в зависимости от количества болтов в соединении согласно СНиП [4], равно 1.

кН
Усилие в стыке пояса вычисляется по формуле:

(59)

- суммарный момент инерции поясов
(60)


кН


6.2 Проектирование стыка стенки
Требуемое количество болтов для стыка пояса вычисляется по формуле:
(61)


Назначенное количество болтов с одной стороны стыка пояса должно быть четным и не менее требуемого числа:

(67)

14

Условие прочности выполняется.


    1. Выбор накладок



Рисунок 4 – Накладка
Стык поясов осуществляется с помощью трех накладок: од

на на наружной грани, и две другие на внутренней грани проемов по обе стороны стенки балки.

Из условия удобства расположения элементов стыка ширина нижних накладок принимается:

(62)

см
Требуемая толщина накладок для стыка пояса t1 вычисляется из условия прочности по нормальным напряжениям:
(63)

(64)

см

Требуемая толщина накладок для стыка пояса t1 должна быть принята не менее 1,93 см. В моем случае толщина накладок равна 2см


    1. Проверка ослабления пояса


Размещение болтов в поясе выполняют в четыре продольных ряда. В первом от края накладки поперечном ряда болтов два болта.

Прочность стыка пояса проверяется по условию равнопрочности пояса и накладок с учетом их ослабления по краю стыка проверяется ослабление пояса:

(65)
- площадь сечения с учетом ослабления отверстиями под болты

(66)
- количество отверстий в первом от края накладки и поперечном ряду, равное 2;

- диаметр отверстия, равен 2,6



У середины стыка проверяется равнопрочность накладок и ослабленного сечения пояса:

(67)



- суммарная площадь сечения накладок с учетом ослабления отверстиями под болты;

(68)
- общее количество отверстий в поперечном ряду, равное 4.

см

Прочность стыка пояса обеспечена.


  1. Проектирование стыка стенки


Расстояние между верхними и нижними крайними горизонтальными рядами болтов в стенке назначается конструктивно с учетом их размещения и технологичности сборки:
(69)
- диаметр отверстия под болт, равное 26мм.
см
Минимальное расстояние между горизонтальными рядами болтов при диаметре отверстий =26 мм принимаем 100 мм

Число вертикальных рядов болтов m с одной стороны стыка принимается не более двух. Число горизонтальных рядов k опеделяется следующим образом:

(70)
- расстояние между горизонтальными рядами болтов

Прочность стыка стенки оценивается по максимальному усилию, возникающему в наиболее нагруженном болте крайнего горизонтального ряда, и для балки, состоящей из двух одинаковых отправочных марок, проверяется по формуле:

(71)
- изгибающий момент в расчетном сечении балки на расстоянии х3 от опоры , воспринимаемый стенкой балки;
(72)
m – число вертикальных рядов с одной стороны стыка стенки;

- расстояние между симметричными горизонтальными рядами болтов в стыке стенки.
% недогруз


  1. Проектирование опорной части


При выборе конструктивного варианта оформления опорной части главной балки следует руководствоваться способом сопряжения ее с колонной. При примыкании главной балки к колонне сборку, опорная реакция от балки передается на колонну через опорные столики, имеющие небольшую площадь горизонтальной поверхности. Элемент, передающий эту реакцию, должен иметь четко очерченную форму и небольшую площадь передающей поверхности. Все эти требования выполняются при опирании главной балки на колонну через торцевые диафрагмы.

Для обеспечения равномерной передачи нагрузки от главной балки на колонну, поверхность торцов диафрагм строгается, а торцы опорных ребер «пригоняются» к поверхности полок.


Рисунок 4 – Конструкция опорной части главной балки

с торцевой диафрагмой
Несущая способность этих элементов проверяется по формуле:

(73)

- площадь смятия, равная для опорной диафрагмы;

- реакция балок настила, равное 1468,53кН

(74)

- расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, определяемое по Приложению Л, методических указаний, равное 35,5кН/см2

Ширина опорной диафрагмы принимается равной:
мм (75)


9 Расчет швов крепления диафрагмы
Катет сварных швов определяются из условия обеспечения их прочности на срез в предположении равномерной передачи опорной реакции участков шва по формуле:
(76)
n – количество рассчитываемых сварных швов, так как швы нужны для крепления торцевой диафрагмы, то равно 2
мм
Принимаем катет сварного шва равный 8 мм.
10 Расчет колонны
Основной частью колонны является стержень, поперечное сечение которою необходимо запроектировать. Стержень колонны может иметь сплошное или сквозное сечение. Стержень со сквозным сечением представляет собой две и более ветви, соединенные между собой решеткой: безраскосной - соединение на планках - или раскосной - соединение с помощью раскосов. Верхняя часть колонны - оголовок - обеспечивает надежное опирание балки на колонну, нижняя часть - база - предназначена для передачи усилий со стержня колонны на фундамент.

В данном курсовом проекте колонны запроектированы из сварного твутавра

Стержень колонны работает на центральное сжатие и должен удовлетворять требованиям прочности и устойчивости. Условие устойчивости колонны

(80)

где - площадь поперечного сечения стержня колонны,

- продольная сила в колонне,

- расчетное сопротивление метериала стержня сжатию,

- коэффициент условий работы

- коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости колонны, значение которого можно найти в [4, приложение 6], равен 0,931.


Рисунок 5 – сечение колонны
Расчетное значение продольной силы определяется как сумма нагрузки, передаваемой на колонну с опирающихся на колонну элементов конструкции, и собственного веса колонны. Собственный вес колонны можно предварительно задать равным одной десятой от нагрузки на колонну и после выбора поперечного сечения перед выполнением проверки уточнить.

Требуемая площадь поперечного сечения стержня колонны, обеспечивающая выполнение условия

(81)
Определяем нагрузку на одну колонны:

(82)

кН

Определяем высоту колонны:

(83)

После подстановки численных значений получаем

=10,6м

Задаем:

?=0,962

?=20

По назначенной гибкости определяется радиус инерции сечения

(84)

После подстановки численных значений получаем

=0,35 м
=31,8 см2

Назначаем размеры уголка по соответствоющему сортаменту:

=844 см4

А=34,4см2

i=4,95см

z0=4,35см

d=11мм

Нахожу действительную гибкость по формуле:

(85)

где - гибкость стержня колонны относительно свободной оси

(86)

- величина радиуса инерции сечения стержня колонны относительно свободной оси, равна

мм

После подстановки численных значений получаем

=25,96



Следовательно, пользуясь [таблицей 72,4], с учетом дейчтвительной гибкостью =0,894

Проверяем условие



Следовательно, условие устойчивости колонны выполнено.


10.1 Проверка стенки колонны

Отношение расчетной высоты стенки к толщине в центрально-сжатых (m = 0), как правило, не должно превышать значений, где значенияследует определять по табл. 27 СНиП, равно 1,2
=
(87)

- условная гибкость элемента, принимаемая в расчете на устойчивость при центральном сжатии
После подстановки численных значений получаем



Следовательно, , но не более 1,6

=1,15
=33,69
<,
16<33,69

Условие прочности стенки выполнено.


10.2 Расчет планок
Расстояние между планками соответствующее назначенной гипкости ветви:

(88)

где - радиус инерции сечения ветви отностительно собственной оси (оси, проходящей через центр тяжести сечения ветви и паралелльной вободной оси сечения стержня колонны), равная 4,95см. Велечину , округляю до 10мм в меньшую сторону.

- гибкость, равная 40

см

Теперь следует назначить размеры планок. Длина планки принимается исходя из возмодности закрепления ее на ветвях: планки обычно заводят на ветви от 20 до 30мм (эт расстояние согласовываю с минимальнодопустимым по СНиП [4, раздл 12,8], чтобы приварить их к ветвям угловыми швами. Ширина планки - 250мм, толщина - 8мм, при выполнении условия , проверяю , длину планки принимаю равную 300мм. Проверяю условие:

(89)
где - расстояние между осями ветвей,

- момент инерции ветви относительно собственной оси ветви, параллельной свободнаой оси стержня колонны.

Определяю количество планок

(90)

- длина колонны



Проверяею планки на прочность их крепления к ветвям. Для этого нахожу условную поперечную силу

(91)

где - расчетная продольная сила в колонне, равна 2937,06кН

- коэффициент продольного изгиба стержня колонны, соответствующий гибкости =40.

кНсм2

Срезающая сила действующая на планку

(92)

кН/ см2

Изгибающий момент, действующий на планку

(93)

кНсм

Катет шва, прикрепляющего планку к ветви

(94)

где - длина шва крепления планки к ветви, 240

, , - соответствующие величины расчетных сопративлений и коэффициентов.

Полученое значение катета шва согласовываю с требованиями СНиП [4, пункт 12.8] по минимальной и максимальной величине катета.

Прочность планки на изгиб проверю по формуле:

(95)

Проверяю условие



Условие выполняется

11 Оголовок колонны
Конструкция оголовка должна обеспечить благоприятную передачу усилий с главной балки на стержень колонны.

(96)
где - нагрузка, приходящаяся на контактирующий с плитой элементрвно 2937,06кН

- толщина элемента, равна 30см

- длина участка, воспринимающего нагрузку, см

(97)

- ширина опорной диафрагмы опирающейся на колонну конструкции, равна 30см

- толщина плиты оголовка, равона 2см

- расчетное сопротивление смятию, равно 33,6

После подстановки численных значений получаем

см

Условие прочности оголовка колонны выполняется.


12 База колонны
База центрально-сжатой колонны может представлять собой плоскую толстую, с простроганной верхней гранью, плиту, к которой непосредственно приваривается фрезерованный торец стержня колонны (обработка соприкасающихся поверхностей производится с целью обеспечения равномерности передачи нагрузки), либо плиту с траверсой - вертикальными листовыми элементами, выступающими в роли элементов, соединяющих стержень колонны с плитой.

Площадь плиты определяется из условия отсутствия смятия бетона фундамента, на который передает натрузку плита базы
(98)

где - расчетное усилие в стержне колонны,

- расчетное сопротивление бетона фундамента смятию

Величина , в свою очередь, зависит от площади, через которое передается усилие на бетон.
(99)
- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, при В15 =8,5

- площадь плиты, принимаю равную 3600см2 60Ч60

- площадь фундамента, равная 6000см2

После подстановки численных значений получаем



(100)
После подстановки числовых значений получаем



Условие прочности выполнено.

Плита находится в сложном напряженном состоянии и расчет её представляет значительные трудности. Поэтому обычно используется упрощенная расчетная схема. Принимается, что плита нагружена равномерной нагрузкой, действующей со стороны фундамента. Интенсивность этой нагрузки равна . Рассматривается напряженное состояние консольного трапециевидного участка плиты, защемленного торцом стержня колонны (рисунок 4).


Рисунок 5 – База колонны
Изгибающий момент в защемлении
(101)
где - площадь трапеции, равна 416см2

- расстояние от защемления до центра тяжести трапеции
(102)
- ширина плиты, 60см

- ширина стержня колонны 44 см.
После подстановки численных значений получаем
=27,3см
=9096,5 кНм
Толщина плиты определяется по формуле
(103)
После подстановки числовых значений получаем
= 72мм
Принимаем по сартаменту толщину плиты 75 мм.

Список использованных источников
1. Металлические конструкции. В 3 т. Т1 Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др; Под ред. В.В. Горева. – М.:Высш. шк., 1997.-527с.

2. Металлические конструкции. Общий курс. Учеб. для вузов/ Е.К. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Веденников и др; Под общ.ред Е.И. Беленя – М.: Стройиздат, 1986.-560с.

3. Металлические конструкции. В 3т. Общая часть (Справочник проектировщика)/ Под общ. ред. В.В. Кузнецова, - М.: Изд-во АСВ, 1998.- 576с.

4. СНиП II-23-81*, Нормы проектирования. Стальные конструкции.- М.:ГУП ЦПП, 2002.-90с.

5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.:ГУП ЦПП, 2003.-44с.

6. . СНиП 23.01-99*. Строительная климатология. – М.:ГУП ЦПП, 2003.-70с.

7. Балочное перектрытие рабочей площадки. Метод. указ. к выполн. расч.-граф. работы по курсу «Металлические конструкции»/Сост. С.В. Миронов – Оренбург: ОрПИ, 1992.-30с.






Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации