Рабочая площадка промышленного здания (стр. 3 из 5)

Во II отсеке балка меняет сечение. В месте изменения сечения максимальное нормальное напряжение в стенке.

σ = M_{х =2,47} * 0,5 * h_w / I_x' = 2044 кг/см²

τ = Q_х=2,47 / ( t_w * h_w ) = 448 кг/см²

Так как рассчитываемый отсек имеет те же размеры, что и отсек I, кроме длины, не влияющей на расчет, считаем, что критические напряжения имеют те же значения, тогда:

√ ( 2044 / 3730)² + ( 448 / 1035 )² = 0,55 < γ_с = 1

3. Проверка устойчивости стенки в III отсеке

Устойчивость обеспечена, так как касательное напряжение t меньше.

5.10 Расчет поясных швов

1 – 1 – сечение по металлу шва;

2 – 2 – сечение по металлу границы сплавления.

1. Расчет по металлу шва.

Катет шва

Согласно пункту 12.8 СНиП II – 23 – 81* катет шва K_f ≤ 1,2 * t_w = 1,2*1 = 1,2 см.

По таблице 38* СНиП II – 23 – 81* для автоматической сварки при 17 мм < t_f= 20 мм < 22мм катет шва K_f ≥ 6 мм.

Принимаем минимально возможное значение K_f = 6 мм.

По таблице 34* СНиП II – 23 – 81* принимаем автоматическую сварку в «лодочку» при диаметре проволоки d = 1,4 – 2 мм для катета шва K_f = 6 мм.

Коэффициенты, учитывающие форму поперечного сечения шва β_f = 0,9;

β_z = 1,05.

Коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0 (пункт 11.2 СНиП II – 23 – 81*).

По таблице 55* СНиП II – 23 – 81* для района II₅, 2-ой группы конструкций и стали С235 принимаем материалы дла сварки: флюс – АН – 348 – А ( по ГОСТ 9087 – 81*);

сварочная проволока СВ – 08А ( по ГОСТ 2248 – 70*).

Расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва

Нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению R_wun = 4200 кг/см² ( по таблице 4* СНиП II – 23 – 81*).

Коэффициент надежности по металлу шва γ_wm= 1,25 ( по таблице 3*, примечание 3, СНиПII–23–81*).

R_wf = 0,55 * R_wun / γ_wm = 0,55*4200/1,25 = 1850 кг/см²

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления

Временное сопротивление стали разрыву R_un = 3600 кг/см² (по таблице 51* СНиП II – 23 – 81*).

R_wz = 0,45 * R_un = 0,45*3600 = 1620 кг/см²

Условие (*)

1,0 ≤ R_wf / R_wz ≤ β_z / β_f (*)

1,0 < 1848/1620 = 1,14 < 1,05/0,9 = 1,17 → условие выполнено.

Так как условие выполнено, то материал для сварки подобран правильно.

Проверка прочности по металлу шва

Сдвигающее усилие на единицу длины:

T = Q_max * S_f' / I_x' = 97*10³ * 3300 / (619*10³) = 517 кг.

τ_f = T / (2 * β_f * K_f) = 517 / (2*0,9*0,6) = 478 кг/см² < R_wf * γ_wf * γ_c = 1850*1,0*1,0 = 1850 кг/см² → прочность по металлу шва обеспечена.

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Так как условие (*) выполнено, и прочность по металлу шва обеспечена, то при γ_wf = γ_wz = 1,0 расчет прочности по металлу границы сплавления даст заведомо положительный результат.

5.11 Расчет опорных ребер

5.11.1. Конструкция ребер на опорах А и Б.

5.11.2. Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие.

Требуемая ширина ребра на опоре по оси А

b_р^тр = (b_f' – t_w) / 2 = (25-10) / 2 = 12 см = 120 мм

Принимаем b_р = 120 мм.

Длина площадки смятия ребра

b₁ = 1 / 2 *(b_f' – 2 *2,0 - t_w) = 1/2 *(25-2*2,0-1,0) = 10 см

Требуемая толщина ребра по оси А из условия прочности на смятие

Коэффициент надежности по материалу γ_m= 1,025 (по таблице 2* СНиП II – 23 – 81*).

Расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности при наличии пригонки

R_p = R_un / γ_m = 3600/1,025 = 3512,2 кг/см².

t_p^тр = R_A / (R_p * 2 * b₁) = 116*10³ / (3512,2*2*10) = 1,58 см

По ГОСТ 82 – 70* принимаем t_p = 1,6 см > t_p^тр = 1,58 см.

Для ребра по оси Б назначаем такую же толщину t_p = 1,6 см, а ширину b_р = b_f' = 25 см, тогда площадь смятия для этого ребра будет больше, чем по оси А, и прочность на смятие заведомо обеспечена.

5.11.3. Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости, перпендикулярной стенке.

S = 0,65 * t_w * √ E / R_y = 0,65*1,0*√2,1*10⁶/2350 = 19,4 см

Так как расчетное сечение по оси Б имеет меньшую площадь, то проверяем устойчивость ребра по оси Б.

A = S * t_w + b_f' * t_p = 19,4*1,0+25*1,6 = 59,4 см²

I_x = t_p * (b_f')³ /12 = 1,6*25³ / 12 = 2083 см⁴

i_x = √ I_x / A = √ 2083 / 59,4 = 5,92 см

λ_x = h_w / i_x = 130/5,92 = 22

φ ≈ 0,956 (по таблице 72* СНиП II – 23 – 81*)

σ = R_Б / (φ * А) = 116*10³ / (0,956*59,4) = 1960 кг/см² < R_y = 2350 кг/см² → устойчивость опорных ребер обеспечена.

5.11.4. Расчет сварного шва, соединяющего спарное ребро по оси Б со стенкой.

По таблице 34* СНиП II – 23 – 81* принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой диаметром d < 1,4 мм при нижнем положении шва.

Коэффициенты, учитывающие форму поперечного сечения шва β_f = 0,7;

β_z = 1,0.

Коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0 (пункт 11.2 СНиП II – 23 – 81*).

По таблице 55* СНиП II – 23 – 81* для района II₅, 2-ой группы конструкций и стали С235 принимаем сварочную проволоку СВ – 08Г2С ( по ГОСТ 2246 – 70*).

Расчетное сопротивление углового шва срезу по металла шва

Нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению R_wun = 5000 кг/см² (по таблице 4* СНиП II – 23 – 81*).

Коэффициент надежности по металлу шва γ_wm= 1,25 ( по таблице 3*, примечание 3 , СНиП II – 23 –81*).

R_wf = 0,55 * R_wun / γ_wm = 0,55*5000/1,25 = 2200 кг/см²

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления

R_wz = 0,45 * R_un = 0,45*3600 = 1620 кг/см²

Условие (*)

1,0 ≤ R_wf / R_wz ≤ β_z / β_f

1,0 < 2200/1620 = 1,36 < 1,0/0,7 = 1,43 → условие выполнено.

Требуемая высота катета шва

K_f^тр = √ R_Б / (2 * 85 * β_f² * R_wf) = √ (116 *10³) / (2*85*0,7²*2200) = 0,775 см

Принимаем K_f = 0,8 см > K_f^тр = 0,775 см.

При t_p= 16 мм K_f = 0,8 см > K_f,min = 0,5 см и K_f = 0,8 см < K_f,mах = 1,2 * t_w = 1,2*1 = 1,2 см → условие выполнено.

5.12 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

5.12.1. Предварительная разработка конструкции.

Предварительно принимаем диаметр высокопрочных болтов d_b = 20 мм.

Площадь сечения нетто болта A_bn = 2,45 см².

Диаметр отверстия

d = d_b + 3 = 20+3 = 23 мм.

Из конструктивных соображений принимаем толщину накладки для стенки t_н = t_w =1,0 см.

Зазор между отправочными марками в стыке 10 мм.

Число вертикальных рядов в стенке по одну сторону от стыка n = 2.

Минимальное расстояние между рядами

2,5 * d = 2,5*23 = 57,5 мм ≈ 60 мм.

Расстояние от края стенки или накладки до ближайшего ряда

1,3 * d = 1,3*23 = 29,9 мм ≈ 30 мм.

Шаг болтов по вертикали

/ 4 + 6 / * d = /4 + 6/*23 = 92 + 138 мм.

Шаг болтов принимаем 100 мм.

Расстояние между крайним болтом в вертикальном ряду и внутренней гранью пояса

60 мм < с = 100 < 120 мм.

Толщина накладок в поясе > 0,5 * t_f = 0,5*2,0 = 1,2 см.

Расстояние между внутренними накладками d₁ ≥ 40 мм.

Для пояса принимаем четырехрядное расположение болтов.

5.12.2. Определение места стыка.

Момент инерции ослаблений (отверстиями) сечения пояса

I_f^осл = A_f^осл * z² = 4 * d * t_f* z² = 4*2,3*2,0*66,0² = 80,2 * 10³ см⁴

Момент инерции ослаблений сечения стенки

∑ l_i² = l₁² + l₂² + l₃² + l₄² + l₅² = 10²(1²+3²+5²+7²+9²+11²) = 28600см²

I_w^осл = 2 * d * t_w* (∑ l_i/ 2)² = d * t_w* ∑ l_i² / 2 = 2,3*1*28600 / 2 = 32,9 * 10³ см⁴

Момент инерции ослаблений всего сечения

I^осл = 2 * I_f^осл +I_w^осл = (2*80,2+32,9)*10³ = 193 * 10³ см⁴

Момент инерции сечения с учетом ослаблений (нетто)

I_n = I_x – I^осл = (967-193)*10³ = 774 * 10³ см⁴

Так как I_n / I_x = 774 * 10³ / (967 * 10³) = 0,80 < 0,85, то в соответствии с п. 11.14 [I] условный момент инерции сечения нетто

I_с = 1,18*I_n = 1,18*774 * 10³=913*10³см⁴

Условный момент сопротивления

W_c = I_c / (0,5 * h_б) = 913*10³ / (0,5*134) = 13630 см³

Предельный изгибающий момент в месте монтажного стыка

[M] = W_c * R_y = 13630*2350 = 320 * 10⁵ кг*см = 320 т*м

По эпюре изгибающих моментов определяем, что сечение с изгибающим моментом, равным предельному ([M] = 320 т*м), находится во III и IV отсеках. Принимаем, что стык будет в III отсеке.

Положение стыка

Из уравнения М_III для III определим положение стыка X_ст

М_III = (R_A – 0,5*Р) X_ст – Р(X_ст -а)- Р(X_ст -2а) = [М]

2,0Р* X_ст –2* Р* X_ст +3*Ра = [М]

X_ст = ([М]- 3*Р*а)/0,5Р = (320-3*38,8*1,9)/0,5*38,8=5,09 м. Расстояние от ближайшего поперечного ребра жёсткости 0,91 м > 0,5 м. Окончательно принимаем стык на расстоянии X_ст = 5,09м.

Внутренние усилия в месте стыка: изгибающий момент М_х=5,09 = 320 т*м;

поперечная сила Q_х=5,09 = 19,4 т.

5.12.3. Расчет стыка стенки.

Момент, воспринимаемый стенкой

Момент инерции стенки с учетом ослаблений (нетто)

I_wn = I_w – I_w^осл = (183-32,9)*10³ = 150,1 * 10³ см⁴

M_w = М_х=5,47 * I_wn / I_n = 320*150,1*10³ / (774*10³) = 62,0 т*м

Поперечная сила, воспринимаемая стенкой

Q_w = Q_х=5,09 = 19,4 т.

Усилие, приходящее0ся на крайний болт вертикального ряда от момента M_w

N_M = M_w * l_max / (n * ∑ l_i²) = 62*10⁵*110 / (2*28600) = 11920 кг

Усилие, приходящееся на крайний болт вертикального ряда от поперечной силы Q_w