Проектирование металлических конструкций (стр. 1 из 4)

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2.Основные положения по расчету конструкций

3. Расчет настила

4. Расчет балок настила

5. Проектирование составной балки

5.1 Компоновка и подбор сечения балки

5.2 Изменение сечения балки

5.3 Проверка прочности балки

5.4 Проверка устойчивости балки

5.5 Расчет поясных швов

5.6 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

5.7 Опорное ребро составной балки

6. Расчет колонн

6.1 Конструирование и расчет базы колонн

Библиографический список

Введение

В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.

В состав площадки включены следующие конструкции: стальной настил, балки настила из прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные), стальные колонны сплошного сечения.

Расчет элементов металлических конструкций производится по методу предельных состояний с использованием международной системы единиц СИ. Расчет конструкций произведено с необходимой точностью и в соответствие с положением по расчёту и конструктивными требованиями СНиП 2-23-81* «Стальные конструкции».

Выполнение расчётно-графической работы производится по заданным исходным данным.

1.Исходные данные

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи. Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.

Исходные данные:

Нормативные нагрузки: постоянная q^н = 10 кН/м², временная р^н=6 кН/м².

Размеры в плане: пролет L=10 м, шаг колонн l = 5 м.

Отметки верха: площадки: 8,2 м, фундамента –0,6 м.

Тип балочной клетки: нормальная.

Конструкция колонны: сплошная.

Рисунок 1 – Конструктивная схема балочной клетки

Балочная клетка состоит из следующих элементов: стального настила (Н), укладываемого по балкам настила (БН), главных балок (ГБ), располагаемых обычно параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом, балки настила воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола и передают всю нагрузку на главные балки, а главные балки – на колонны.

2. Основные положения по расчету конструкций

Цель расчёта – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность и устойчивость при минимальном расходе материала и минимальных затратах труда на изготовление и монтаж. Расчёт проводится с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики. Основной задачей этих методов является определение внутренних усилий, которые возникают в конструкциях под воздействием приложенных нагрузок.

Расчёт начинают с составления расчётных схем сооружения в целом и его отдельных элементов. Составлению расчётных схем должна предшествовать работа по компоновке отдельных конструкций с предварительной эскизной проработкой чертежей элементов и их сопряжений.

Определив по принятой расчётной схеме усилия в конструкции или её элементах (статический расчет), производят подбор их сечений (конструктивный расчёт), проверяют несущую способность и жесткость конструкций. Если хотя бы одна из проверок не удовлетворяется, уточняют размеры сечений.

3. Расчет настила

Принимаем сталь С255, q^н=10 кН/м², p^н=6 кН/м²,

.

Рисунок 2 – Расчетная схема настила

Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила (см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и относительном прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150, прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).

Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила l_н при l_н=100 см.

, (1)

, (2)

где: g_н –нормативная нагрузка на настил;

g^н=q^н+p^н=10+6=16 кН/м²_.

,(3)

;

t_н=0,86 см. По сортаменту принимаем tн=9 мм.

Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.

Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный см длины шва:

, (4)

где: γ_f – коэффициент надежности по нагрузке (γ_f=1,2).

.

1. Расчет по металлу шва:

, (5)

где: b_f – коэффициент глубины провара шва b_f = 0,7 (табл. 34* СНиП II-23- 81*, для ручной полуавтоматической сварки),

g_wf – коэффициент условия работы шва g_wf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*).

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С255.

Расчетное сопротивление металла шва R_wf = 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).

.

2.Расчет по металлу границы сплавления:

, (6)

где: b_z – коэффициент глубины провара шва b_z = 1 (табл.34 СНиП II-23-81*, для ручной полуавтоматической сварки),

R_wz – коэффициент условия работы шва R_wz = 0,45R_un. По т.51* СНиП II-23-81* для стали С255 R_un =380 МПа.

R_wz=0,45·380=184,5 МПа=18,45кН/см².

g_wz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);

.

Принимаем требуемый катет шва k_f=5 мм (в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*).

4. Расчет балок настила

Принимаем сталь С255, q^н=10 кН/м², p^н=6 кН/м²,

, t_н=9 мм.

Рисунок 3 – Расчетная схема балок настила

Определим вес 1м² настила:

, (7)

.

Нормативная погонная нагрузка на балку настила:

g^н=(q^н+p^н+q^н_нас)×l_f , (8)

g^н=(10+6 +0,71) ×1=16,71 кН/м_.

Расчетная погонная нагрузка на балку настила:

g=[1,05 (q^н + q^н_нас ) +1,2p^н]×l_f, (9)

g=[1,05 (10+ 0,71) +1,2×6] ×1=18,45 кН/м_.

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

, (10)

.

Требуемый момент сопротивления:

, (11)

.

По сортаменту принимаем двутавр №22а ГОСТ 8239-89 (I_х=2790 см⁴, W_х=254 см⁴, S_х=143 см³, b=120 мм, t=8,9 мм, d=5,4 мм, h=220 мм, m_бн =25,4 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

, (12)

;

R_g×g_с = 24×1=24 кН/см².

22,19<24 – условие прочности выполняется.

Перерезывающая сила на опоре:

Q_max = g ×l_бн×0,5, (13)

Q_max =18,45×5×0,5= 46,1 кН.

Проверка касательных напряжений:

, (14)

;

R_sg_с =0,58×24×1 = 13,92 кН/см²;

2,65<13,92 – условие выполняется.

Проверка жесткости:

, (15)

;

0,0047<0,004 –жесткость балки обеспечена.

q^н_{наст+бн}=0,71+0,260=0,97 кН/м².

5. Проектирование составной балки

Принимаем сталь С255, L=10 м, q^н=10 кН/м², p^н=6 кН/м², q^н_{наст+бн}=0,97 кН/м²,

, t_н=9 мм.

Рисунок 4 – Расчетная схема главной балки

Собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере 2% от нагрузки на нее.

Нормативная погонная нагрузка на балку настила:

g^н=(q^н+p^н+ q^н_{наст+бн})×1,02×l₁, (16)

g^н=(10+6 +0,97) ×1,02×5=86,55 кН/м_.