Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Реальная база готовых
студенческих работ

pencil
Узнай стоимость на индивидуальную работу!
icon Цены в 2-3 раза ниже
icon Мы работаем
7 дней в неделю
icon Только проверенные эксперты

Проектирование металлической балочной конструкции

Тип Реферат
Предмет Строительство
Просмотров
869
Скачиваний
294
Размер файла
143 б
Поделиться

Проектирование металлической балочной конструкции

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Кафедра: Строительных конструкций

Курсовой проект по дисциплине

"Металлические конструкции"

На тему: "Проектирование металлической балочной конструкции"

Выполнил: ст. гр. ПГС

Маковецкий А.О.

Проверил :

Тонков Л.Ю.

Пермь 2009


Содержание

1. Исходные данные

2. Компоновочное решение

3. Расчет и конструирование балок

3.1 Вспомогательные балки

3.1.1. Сбор нагрузок

3.1.2. Силовой расчет

3.1.3. Назначение типа сечения вспомогательных балок и марки стали

3.2 Главные балки

3.2.1 Силовой расчет

3.2.2 Компоновка сечения и проверка прочности и общей устойчивости

3.2.3 Изменение сечения главной балки

3.2.4 Проверка общей устойчивости и деформативности балок

3.2.5 Проверка местной устойчивости балок

3.2.6 Расчет поясных швов, опорных частей балок, узлов сопряжений балок

4. Расчет и конструирование колонн

4.1 Выбор расчетной схемы

4.2 Компоновка сечения колонны

4.3 Проверка сечения колонны

4.4 Конструирование и расчет оголовка колонны

4.5 Конструирование и расчет базы колонны

4.6 Подбор сечения связей по колоннам

Литература

1. Исходные данные

Длинна пролетаL10.2м
Длинна второстепенной балкиl6.2м
Высота колоны Hк7.8м
Толщина плиты настилаtпл8см
Нагрузкаqн13кН/м2

Схема пролета

2. Компоновочное решение

Проектирование сооружения начинаем с назначения компоновочной схемы, в которой за основу, принимаем балочную клетку нормального типа, опирающуюся на центрально-сжатые колонны. Устойчивость сооружения в плоскости главных балок обеспечивается путем примыкания этих балок к жесткому блоку (для рабочих площадок – это каркас здания цеха). В плоскости, перпендикулярной главным балкам, устойчивость сооружения обеспечивается путем постановки связей по колоннам, т.е. созданием диска.

3. Расчет и конструирование балок

3.1Вспомогательные балки

3.1.1Сбор нагрузок

Нагрузка на вспомогательные и все нижележащие конструкции состоит из постоянной составляющей и временной (полезной) нагрузки.

Сбор нагрузок на рабочую площадку:

№ п/пНаименование нагрузкиНормативная нагрузка, кН/м2Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянная нагрузка
1Пол асфальтобетонный:0.721.30.94
t=40мм
=18кН/м3
2Монолитная ж/б плита:2.001.12.2
t=8мм
=25кН/м3
3Собственный вес второстепенных балок:0,201.050.21
Итого постоянная нагрузка q:2.923.35
4Полезная нагрузка p:131.215.6
Всего нагрузка (q+p):15.9218.95

3.1.2 Силовой расчет


Погонная нагрузка на вспомогательные балки равна:

g = (p + q)·a = 18.95·1.7 = 32.215 кН/м.

Опорные реакции:

VA = VB = g·l/2 = 32.215·6.2 / 2 = 99.867 кН.

Максимальный изгибающий момент:

Mmax = g·l2/8 = 32.215·6.2² / 8 = 154.793 кНм.

Максимальная поперечная сила:

Qmax = VA = 99.867 кН.

3.1.3 Назначение типа сечения вспомогательных балок и марки стали

Сечение принимаем в виде стального горячекатаного двутавра с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83.

Марка стали С255. Расчетное сопротивление марки стали Ry (по пределу текучести) принимаем по СНиПу II-23-81*: Ry = 240Мпа.

Сечение балок назначаем из условия прочности:

σ = Mmax·γn / C1·Wn,min£ Ry·γc, (3.1.1)

где Мmax – максимальный расчетный изгибающий момент в балке;

Wn,min – момент сопротивления сечения балки, т.е. требуемый Wтр;

γс – коэффициент условия работы балки, γc = 1 (СНиП II-23-81*);

γn– коэффициент надёжности, γn=0.95;

С1 – коэффициент, принимаем равный С1 = С = 1.12 (СНиП II-23-81*).

Из условия прочности (3.1.1) находим требуемый момент сопротивления:

Wтр = Мmax· γn / C1·Ry·γc, (3.1.2)

Wтр =154.793·103·0.95 / 1.12·240·106·1 = 547.073 см³.

Зная Wтр= 547.073 см³, подбираем по сортаменту СТО АСЧМ 20-93 Б, ближайший номер профиля с избытком, Wx > Wтр и выписываем из сортамента для него геометрические характеристики:

Двутавр 35 Б1:

Wy = 641.3 м³; Wz = 91 м³;

Iy = 11095 см4; Iz= 791.4 см4;

iy= 14.51 см; iz= 3.88 см;

Sy = 358.1 м³; It = 13.523 см4;

A = 52.68 см2 ;

t= 9 мм;

b = 174 мм;

h = 346 мм;

s = 6 мм.

Проводим проверки прочности:

σ = Mmax· γn / C1·Wy£Ry· γc, (3.1.3)

где по СНиПу II-23-81*C1 = 1.09.

σ = 154.793·10³·0.95 / 641.3·10-6·1.09 = 210.4 МПа.

σ =210.4 МПа < Ry· γc= 240 МПa,

τ = Qmax·γn / hw·tw (3.1.4)

τ =99.867·10³·0.95 / 6·10-3·328·10-3 = 48.21 МПа.

проверка прочности выполняются.

Проверку деформативности балок производим от действия нормативных нагрузок и при равномерно распределенной нагрузке используем формулу:

ƒ/l = 5·gн·l3/384·E·Iy£ [ƒ/l], (3.1.5)

где l - пролет балки, равный l = 6.2 м;

gн = (pн + qн) · a = 27.064 кН/м;

Е = 2,06·105МПа;

[ƒ/l] - нормируемый относительный прогиб балки,

принимаем по СНиПу II-23-81*: [ƒ/l] = 1/200.556.

ƒ/l = 5·27.064·103·6.23/384·2.06•106·11095·10-6 = 6.375·10-3.

ƒ/l = 6.375·10-3 < [ƒ/l]= 4.986·10-3,

проверка деформативности выполняется.

Проверка общей устойчивости балок производится по формуле:

σ = Mmax· γn /φb·Wy£Ry· γc, (3.1.6)

Wy – принятый момент сопротивления балки;

γс = 0.95 при проверке устойчивости;

φb – коэффициент, определяемый по СНиПу II-23-81*.

Определяем φb, находим по формулe:

φ1 = ψ·Iz/Iy·(h/lef·E/Ry(3.1.7)

где h – высота сечения балки;

ψ – коэффициент, определяем по формуле:

ψ = 1,6 + 0.08·α(3.1.8)

α = 1.54·It/ Iz·(lef/h)²(3.1.9)

α = 1.54·13.523/791.4·(6.2/0.346)2 = 8.449;

ψ = 1.6+0.08∙8.449 = 2.276;

φ1 = 2.276·791.4/11095·(0.346/6.2)2·2.06·105/240 = 0.434;

φ1 < 0.85 → φb = φ1;

σ= 154.793·103·0.95/641.3·10-6·0.434 = 528.4 МПа;

Проверка общей устойчивости не выполняется. В связи с тем, что настил ж/б устойчивость обеспечится.

3.2 Главные балки

3.2.1 Силовой расчет

F=2·Rв.б.·α = 2·99.867·1.05 = 209.721 кН;

VA = VB = 30.6·F / L = 30.6·209.721 / 10.2 = 629.763 кН;

Mmax = 5.1· VA - 7.65·F= 5.1·629.163 – 7.65·209.721 = 1604.366 кНм;

Qmax = VA = 629.763 кН.

3.2.2 Компоновка сечения и проверка прочности и общей устойчивости

Главные балки проектируются сварными составного сечения. Тип сечения – симметричный двутавр. Компоновка сечения начинается с назначения высоты балки 'h'. В нашем случае высота балки назначается исходя из двух критериев:

1. Из условия экономичности.

2. Из условия жесткости балки.

Исходя, из условия минимального расхода стали, высота балки определяется при h ≤ 1.3 по формуле:

hопт = k·ÖWт р/ tw, (3.2.1)

где h– высота балки, определяется в первом приближении как h 0.1•L, h1.02<1.3 м;

L– пролет главной балки;

к = 1.15 – для балок постоянного сечения;

γс = 1.

Wтр = Mmax·γn / Ry·γc, (3.2.2)

Wтр = 1604.366·103·0.95 / 240·106·1 = 6351 см³,

tw = [7 + 3· (h,м)], 3.2.3)

tw = 7 + 3·1.02 = 10.06 мм, округляем кратно 2 мм: tw = 12 мм,

hопт = 1.15·Ö6351 / 1.2 = 83.662 cм < 1.3 м.

Из условия обеспечения требуемой жесткости:

hmin = 5·Ry·γc·L· [L/ƒ] ·(pн+ qн) / [24·E·(p + q) ·γn], (3.2.4)

где по СНиПу II-23-81*:[L/ƒ] = 1/211.667,

hmin = 5·240·106·1·10.2·211.667·15.92 / [24·2.06·106·18.95·0.95] = 47.7 см.

Из полученных высот hопт, hmin принимаем большую h = hопт = 83.662 см, следуя рекомендациям при h< 1м – принимаем h кратную 5 см, т.е. h = 85 см. Минимально допустимая толщина стенки из условия прочности на срез определяется по формуле:

tw(min)³ 1.5·Qрасч·γn/ hef·Rs·γc, (3.2.5)

где Rs– расчетное сопротивление стали сдвигу в зависимости от значения Ry:

Rs = 0.58·Ry;

Rs = 0.58·240·106 = 139.2 МПа;

hef – расчетная высота стенки, равная hef = 0.97·h.

hef = 0.97∙85=82 см;

tw(min)³ 1.5·629.163·103·0.95 / 0.82·139.2·106 = 7.86 мм.

Т.к. tw(min)> 6 мм, то согласно сортаменту, толщиной кратной 2 мм., принимаем толщину стенки tw = 8 мм.

Повторяем вычисления:

hопт = 1.15·Ö6351 / 0,8 = 102.465 cм > 1 мокругляем кратно 10 см → h=110 см

tw(min)³ 1.5·629.163·103·0.95 / 1.1·139.2·106 = 6.036 мм> 6 мм → tw= 8 мм.

Для определения значений bf, tf необходимо найти требуемую площадь пояса Аf по формуле:

Af = 2·(IyIw)/h², (3.2.6)

где Iy – требуемый момент инерции, определяемый по формуле:

Iy = Wтр·h/2, (3.2.7)

Iw – момент инерции стенки сечения, определяемый по формуле:

Iw = tw·hef3/12, (3.2.8)

Iy= 6351·110/2 = 349300 см4,

Iw = 0.8·106.7³/12 = 80980 см4,

получаем:

Af = 2·(349300 – 80980)/110² = 44.35 см².

Ширину пояса выбираем из условия:

bf = (1/3 - 1/5) ·h, (3.2.9)

tf = Af/bf, (3.2.10)

bf и tf назначаем с учетом сортамента на листовую сталь, при этом должно выполняться условие:

bf/tf < |bf/tf| »ÖE/Ry. (3.2.11)

bf = (1/3 - 1/5)·110 = 289.5 мм, округляем кратно 20 мм → bf = 300 мм;

тогда

tf= 44.35/30 = 1.49 см, округляем кратно 2 мм → tf = 16 мм;

В соответствии с сортаментом и расчетом принимаем следующие величины по ГОСТ 82-70: tf= 16 мм, bf = 300 мм.


Окончательное значение:

A = Aw + 2·Af,

Aw = hef·tw = 106.8·0.8 = 85.14 cм²,

тогда

А = 85.14 + 2•44.35 =174.14 cм²,

Iy = tw·hef3/12 + 2·( bf · tf3/12 + bf · tf ·(h/2 - tf /2)2) (3.2.12)

Iy = 0.8·106.83/12 + 2· ( 30· 1.63/12 + 30·1.6·(110/2 – 1.6 /2)2) = 363200 cм4,

тогда

Wy = Iy / (h/2),(3.2.13)

Wx = 363200·2/110 = 6604 cм³,

Wy= 6604 cм³ > Wтр = 6351 см³

Sy = bf · tf· h0/2 + (hef · tw/2·hef/4) (3.2.14)

Sy = 30·1.6·108.4/2 + (106.8·0.8/2·106.8/4) = 3742 cм³.

Прочность сечения проверяем, исходя, из предположения упругой работы стали:

σ = Mmax·γn / Wx£Ry·γc, (3.2.15)

по СНиПу II-23-81*: Ry= 240 МПа,

σ = 1604.366·103·0.95/6604·10-6 = 230.8 МПа<240 МПа

Проверка по касательным напряжениям:

τ = Qmax·Sy·γn/Iy·tw£Rs·γc(3.2.16)

τ = 629.163·103·0.95/363200·10-8·0.008 = 76.98 МПа

τ = 76.98 МПа< 139.2 МПа

Проверка прочности стенки на совместное действие σyи τyz:

Öσy² + 3· τyz² £ 1.15·Ry·γc, (3.2.17)

σy = Mmax·γn·hef / 2·Iy, (3.2.18)

σy =1604.366·103·0.95·1.068 / 2·363200·10-8 = 224.1 МПа;

τyz = Qmax·γn/ tw·hef(3.2.19)

τyz=629.163·103·0.95/0.008·1.068 =69.96 МПа;

Ö224.1² + 3·69.96² £ 1.15·240·1,

254.763 МПа < 276 МПа.

3.2.3 Изменение сечения главной балки

В однопролетных шарнирно опертых балках целесообразно изменять ее сечение в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Следуя рекомендациям, изменение сечения производим путем уменьшения bf, оставляя без изменения h, tf, tw.

Для этого ширину пояса bf1 в концевой части балки назначаем равной (0.5 – 0.75)•bf, принятой для сечения с расчетным моментом Мрасч. При этом, соблюдая условия:

bf1³ 0.1·hиbf1³160 мм(3.2.20)

bf1 = (0.5÷0.75) ·bf= 220 мм,

220 > 110 мм,

bf1 = 220 мм.

Для назначенной ширины пояса bf1 = 22 см, дополнительные условия выполняются.

После назначения bf1 находим геометрические характеристики Iy1, Wy1, Sy1.

Iy1=Iw+2· If1 = tw·hef3/12 + 2·( bf1· tf3/12 + bf1· tf ·(h/2 - tf /2)2)

Iy1= 0.8·106.83/12 + 2·( 22·1.63/12 + 22·1.6·(110/2 – 1.6 /2)2) =292700 cм4;

Wy1 = 2·Iy1/h = 292700·2/110 = 5321.82 cм3;

Sy1 = hef · tw /2·hef/4 + bf1 · tf· h0/2 = 106.2·0.8/2·106.2/4 + 22·1.6·108.4/2 = 3092 cм3;

Изгибающий момент, который может быть воспринят измененным сечением, определяется по формуле:

M1 = Wx1·Ry·γc, (3.2.21)


где γс= 1.

M1 = 5321.82·10-6·240·106·1 = 1224 кНм.

Далее находим расстояние от опоры балки до ординаты М1.

M1 - VA·x + 2·F·x713.052 = 0;

Решаем уравнение относительно x:

1224 – 629.163· x + 2·209.721· x – 713.052 = 0;

x = 2.436 м x = 2.4 м.

Стык поясов в балках относим от сечения с ординатой М1 в сторону опор на 300 мм.

x– 300 = 2.4 – 0.3 = 2.1 м. Принимаем: x = 2.1 м.

Изгибающий момент в полученном сечении, будет равен:

Mрасч= VA·2,1 - F·1.25 = 629.163·2,1 – 209.721·1.25 = 1059 кНм.


В месте изменения сечения балки проводим проверки:

σ = Mрасч·γn/ Wy1£Ry·γc, (3.2.22)

σ = 1059·103·0.95 / 5231.82·10-6 = 189 МПа < 240 МПа;

τ = Qрасч·Sy1·γn/ Iy1·tw£Rs·γc, (3.2.23)

Qрасч = VA - F = 629.163 –209.721 = 419.442 кН,

τ = 419.442·103·3092·10-6·0.95 / 292700·10-8·0.008 = 52.62 МПа < 139.2 МПа.

3.2.4 Проверка общей устойчивости и деформативности балок

f/l = Mmaxn·L / 9.6·EIy£[f/L] = 1/211.667(по СНиПу II-23-81*) (3.2.24)

Mmaxn=Mmax/ k, (3.2.25)

где k = (p+q) р/(p+q) н, (3.2.26)

k = 18.95/15.92 = 1.19 > 1;

Mmaxn=1604.366/1.19 = 1348.21 кНм;

f/l= 1348.21·103·10.2 / 9.6·2.06·105·106·363200·10-8 = 2.278·10-3 < 4.724·10-3

3.2.5 Проверка местной устойчивости балок

Стенки балок для обеспечения их местной устойчивости следует укреплять поперечными ребрами, поставленными на всю высоту стенки. Ребра жесткости нужны в том случае, если значение условной гибкости стенки:

λw = hef/tw·Ö Ry/E > 3.2, (3.2.27)

при отсутствии подвижной нагрузки

λw = 106.8/0.8·Ö240/2.06·105= 4.557 > 3.2.

При этом расстояние между поперечными ребрами вдоль балки принимаем, а=1,7м, которое не должно превышать, а £ 2·hef. Поперечные ребра также устанавливаться в местах приложения неподвижных сосредоточенных нагрузок, от вспомогательных балок и на опорах.

Ширина выступающей части ребра:

bh³hef/30 + 40мм, (3.2.28)

bh³ 1068/30 + 40 = 75.6 мм,

после округления до размера кратного 10 мм, получим bh = 100 мм.

Толщина ребра:

ts³ 2·bh·Ö Ry/E, (3.2.29)

ts = 2·100·Ö240/2.06·105 = 6.827 мм,

принимаем по сортаменту ts= 7 мм.

Расчет на устойчивость стенки проверяем по формуле:

Ö(σ/σcr)² + (τ/τcr£ 1, (3.2.30)

σcr = Ccr·Ry/λw², (3.2.31)

Ccr = 35.5,

σcr = 35.5·240·106 / 4.557² = 410.281 МПа;

τcr = 10.3· (1 + (0.76/μ²))·Rs/λef², (3.2.32)

μ – отношение большей стороны отсека балки к меньшей, т.е.:

μ = a/hef = 1.7/1.068 = 1.59,

λef = (d/tw) ·ÖRy/E, (3.2.33)

d – меньшая из сторон отсека балки, т.е. hef = 106.8 cм;

λef = (106.8/0.8) ·Ö240/2.06·105 = 4.557,

τcr= 10.3·(1 + (0.76/1.59²))·0.58·240·106/4.557² = 89.799 МПа;

σ = (Мср·γn /Iy)·y, (3.2.34)

τ = Q·γn /(tw·hef), (3.2.35)

y = hef/2=106.8/2=53.4 см.

На устойчивость проверим 2-ой отсек:

Мср = 891.314 кНм,

Q = 419.442 кН,

σ = (891.314·103·0.95/292700·10-8)·0.534 = 154.5 МПа;

τ = 419.442·103·0.95/(0.008·1.068) = 46.64 МПа;

Ö(154.5/410.281)² + (46.64/89.799)² = 0.642 £ 1;

На устойчивость проверим 1-ой отсек:

Мср = 267.395 кНм,

Q = 629.163 кН,

σ = (267.395·103·0.95/292700·10-8)·0.534 = 46.34 МПа;

τ = 629.163·103·0.95/(0.008·1.068) = 69.96 МПа;

Ö(46.34/410.281)² + (69.96/89.799)² = 0.787 £ 1;

На устойчивость проверим 3-ой отсек:

Мср = 1426.103 кНм,

Q = 209.721кН,

σ = (1426.103·103·0.95/363200·10-8)·0.534 = 199.2 МПа;

τ = 209.721·103·0.95/(0.008·1.068) = 23.32 МПа;

Ö(199.2/410.281)² + (23.32/89.799)² = 0.551 £ 1;

На устойчивость проверим 4-ой отсек:

Мср = 1604.366 кНм,

Q = 0кН,

σ = (1604.366·103·0.95/363200·10-8)·0.534 = 224.1 МПа;

τ = 0·103·0.95/(0.008·1.068) = 0 МПа;

Ö(224.1/410.281)² + (0/89.799)² = 0.546£ 1;

3.2.6 Расчет поясных швов, опорных частей балок, узлов сопряжений балок

Расчет поясных швов сводится к определению требуемого катета углового сварного шва kf. В балках, проектируемых, из одной марки стали, при статической нагрузке требуемый катет шва равен:

kf³ (Qрасч·Sf)/(2·Iy·βf·Rwf·γwf·γc), (3.2.36)

где Sf– статический момент полки балки;

βf = 1.1 – коэффициент, для автоматической сварки стали с Ry до 580 МПа;

γwf = 1 – коэффициент условия работы шва;

Rwf = 180 МПа – расчетное сопротивление сварного углового шва условному срезу, γс= 1.

kf³ (419.442·103·0.95·3092·10-6)/(2·292700·10-8·1.1·180·106·1·1) = 1.06 мм,

Принимаем kf= 6 мм.

Участок стенки составной балки над опорой должен укрепляться опорным ребром жесткости и рассчитываться на продольный изгиб из плоскости как стойка высотой ls = h, нагруженная опорной реакцией Vr. В расчетное сечение включается, кроме опорных ребер и часть стенки.

Площадь опорного ребра определим из условия смятия торца по формуле:

As = bh·ts = Vr·γn /Rp, (3.2.37)

Rp = Run / γmпоСНиПу II-23-81*: Run = 370 МПа, γm = 1.025,

Rp = 370/1.025 = 368.975 МПа,

As= 629.163·103·0.95/368.975·106 = 17.05 м2

Находим ts:

ts = As /bh=17.05/22 = 0.758 см ≈ 8 ммts = 12 мм.


Тогда

δ£ 1.5·ts = 1.5·12 = 18 мм.

Проверка устойчивости опорной стойки относительно оси x-x производится по формуле:

σ =Vr·γn /φ·A£Ry·γc,(3.2.38)

где А – расчетная площадь стойки, равная:

A = bh·ts + 0.65·tw² ·ÖE/Ry, (3.2.39)

A = 22·1.2+ 0.65·0.8²·Ö2.06·105/240 = 39.188 см²;

φ – коэффициент продольного изгиба, определяемый по СНиПу II-23-81*, в зависимости от гибкости:

λ = lef/ix, lef = h = 110 см

ix = ÖIx/A,

где Ix– для расчетного сечения:

Ix = (ts·bh³)/12 + (0.65·tw·ÖE/Ry·tw³)/12 =

= (1.2·22³)/12 + (0.65·0.8·Ö2.06·105/240·0.8³)/12 = 1140 см4,

тогда:

ix= Ö1140/39.188 = 5.394 см, λ = 110/5.394 = 20.393,


принимаем: φ = 0,96,

σ = 629.163·103·0.95/0.96·39.188·10-4 = 158.9 МПа < 240 МПа.

Сопряжение вспомогательных балок с главными, по условиям задания рассчитываем для случая примыкания вспомогательной балки к поперечному ребру жесткости главной балки. Сопряжение производим на сварке.

Расчет сопряжения заключается в назначении требуемого катета шва kf. Длина шва lω, определяется высотой стенки вспомогательной балки lω = hef –1см, где hef =0.85·h – высота стенки прокатной балки до закругления. При проектировании ребер главных и вспомогательных балок из одной стали катет шва, равен:

kf³V·γn/(βf·lω·Ry·γωf·γc), (3.2.40)

где V – реакция вспомогательной балки;

hef = 0.85·30 = 25.5 см,

lω = 25.5 – 1 = 24.5 см,

kf³ 99.867·103·0.95/(1.1·0.245·240·106·1·1) = 1.467 мм.

Принимаем kf = 6 мм.


4. Расчет и конструирование колонн

4.1 Выбор расчетной схемы

Определение расчетной сжимающей силы на колонну производим суммированием опорных реакций главных балок:

N = 2·k·V, (4.1.1)

где k = 1.03 – 1.05 – коэффициент, учитывающий собственный вес колонны;

N = 2·(1.03–1.05)·629.163 = 1309 кН.

Условия опирания колонн на фундаменты и схема связей по колоннам определяется следующими требованиями. Необходимо обеспечить геометрическую неизменяемость сооружения в плоскости и из плоскости главных балок. Из плоскости главных балок геометрическая неизменяемость, как правило, обеспечивается установкой вертикальных связей по колоннам. В плоскости главных балок путем прикрепления их к неподвижным точкам (каркасу здания).

При этом необходимо стремиться к обеспечению равно устойчивости колонн: ix/iy = lef,x/lef,y. Это достигается путем рационального выбора типа сечения и правильной ориентации его в плане сооружения.

4.2 Компоновка сечения колонны

Стержень колонны конструируем в виде прокатного швеллера.

Требуемую площадь сечения колонны, определяем по формуле:

Aтр = N·γn/2 ·φ·Ry·γc, (4.2.1)

где φ – коэффициент, на этапе компоновки определяем по предварительно заданной гибкости λз, значение которой принимаем по графику [1], рис.7. ПриN = 1309 кН, λз = 80, тогда φ = 0.686.

Атр= 1309·103·0.95/2·0.686·240·106·1 = 37.77 см².

Используя сравнительно постоянную зависимость между радиусом инерции и габаритами сечения, оцениваем ориентировочные размеры швеллера.

ix,тр = Lef,x/ λз, (4.2.2)

гдеLef,x = Lef,y =lг

lг =H к + 0.5м = 7.8 + 0.5 = 8.3 м,

ix,тр= 830/80 = 10.375 см;

По сортаменту ГОСТ 8240-89 принимаем два швеллера № 30

А0 = 40.5 см2 ; Ix0= 5810 см4;

Iy0= 327 см4; b= 100 мм;

t= 11 мм; ix0 = 12 см;

h = 300 мм; iy0 = 2.84 см;

z0 = 2.52 см; s = 6.5 мм;

Задаваясь гибкостью отдельной ветви относительно собственной оси λз= 35 и шириной планки ds = 250 мм, находим количество планок на колонне:

m ³lг/(λ1·i1 + ds) – 1, (4.2.3)

гдеi1= iy0,

λ1= λз,

m ³830/(35·2,84 + 25) – 1 = 5,672

m =6,

lв= lг/(m+1) ds, (4.2.4)

lв= 830/(6+1) – 25 = 96.571 см ≈ 94 см,

λ1 = lв/ i1,(4.2.5)

λ1= 94/ 2.84 = 33.099,

λx= Lef,x/ix0,(4.2.6)

λx= 830/12 = 69.167.

Для нахождения ширины сечения используют условие равноустойчивости:

λx= Lef,x=Öλy2 + λ12

λy=Öλx2λ12,(4.2.7)

λy =Ö69.1672 – 33.0992 = 60.733,

iy,тр=Lef,y/ λy,(4.2.8)

iy,тр=830/ 60.733 = 13.66,

Используя известную зависимость между радиусом инерции и габаритом сечений, находят значение:

bтр = iy,тр / 0.44,(4.2.9)

bтр= 13.66 / 0.44 = 31.059 см,

b = 31 см.

Принятый размер b должен обеспечивать необходимый зазор между кромками полок ветвей:

b³ 2·bf + 100 мм,

b³ 2·100 + 100 = 300 мм,

Конструирование планок:

Для обеспечения работы колоны, как безраскосной фермы планки должны обладать достаточной изгибной жесткостью относительно свободной оси х-х. Высота планки:

ds = (0.5÷0.8)·b(4.2.10)

ds= (0.5÷0.8)·310 = 190 мм.

Длина планки ls назначается такой, чтобы нахлест на каждую ветвь был не менее 5t, где t- наименьшая толщина соединяемых элементов. Толщину планок назначают в пределах 6…12 мм. таким образом, чтобы обеспечить ее местную устойчивость:

ts = (1/10…1/25)·ds(4.2.11)

Принимаем: ts= 8 мм; ds= 180 мм; ls= 250 мм.

4.3 Проверка сечения сквозной колонны

Для принятого сечения определяем фактические геометрические характеристики А, Ix, Iy, ix, iy и проводим проверки.

А =2·А0 =2·40.5 = 81 см²; (4.3.1)

Ix = 2·Ix0 =2·5810 = 11620 см4; (4.3.2)

Iy = 2• [Iy0 + A0·(b1/2)2] = 2· [327+40.5· (25.96/2)2] = 14300 см4; (4.3.1)

ix = iх0 = 12 см; (4.3.3)

iy = ÖIy/A = Ö14300/81 = 13.287 см. (4.3.1)


λy= Lef,у/ iу(4.3.4)

λy = 830/13.287 = 62.467

λх= Lef,х/ ix (4.3.5)

λх = 830/12 = 69.167;

Проводим проверки прочности гибкости и общей устойчивости стержня колоны.

Проверка общей устойчивостивыполняется по формуле:

γnmin·A £ Ry·γс, (4.3.6)

где φmin – определяется по максимальной величине λx, λy;

принимаем φmin= 0.758, тогда:

1309·103·0.95/0.758·81 = 202.5 МПа < 240 МПа.

Проверкавыполняется, тогда автоматически выполняется проверка прочности.

Проверку гибкости колонн, производим по формулам:

λx = Lef,x/ix£ |λ|, λy = Lef,y/iy£ |λ|, (4.3.7)


где |λ| - предельная гибкость колонн, определяем по СНиПу II-23-81*:

|λ| = 180 –60·α, (4.3.8)

α = N·γn/Ry·γc·A·φmin = 1309·103·0.95/240·106·1·81·10-4·0.758 = 0.844; (4.3.9)

|λ| = 180 –60·0,893 = 129.36

тогда:

λ = 830/12 = 69.17 < 129.36; λ = 830/13.287 = 62.47 < 129.36,

гибкость колонн обеспечена.

Расчет планок центрально-жатых колон и их соединений ведут на усилия, возникающие от условной поперечной силы, которую принимают постоянной по всей длине колонны:

Qfic = 7.15∙10-6·(2330 E/Ry)·N·γn/φ ; (4.3.10)

Qfic = 7.15·10-6· (2330-2.06∙105/240)·1309·103·0.95/0.758=17.26 кН,

где φ – коэффициент продольного изгиба, принимается в плоскости соединительных элементов по λef. Условная поперечная сила распределяется поровну между планками двух граней:

Qs = Qfic/2 (4.3.11)

Qs= 17.26/2 = 8.63 кН,

В каждой планке, как в стойке безраскосной фермы возникает поперечная сила:

Fs=Qs·l/b(4.3.12)

Fs= 8.63·103·0.25/0.31 =6.96 кН,

и изгибающий момент в месте прикрепления к ветвям:

Ms=Qs·l/2(4.3.13)

Ms=8.63·103·0.25/2 = 1.09 кНм,

Проверка прочности планок:

σ =Ms·γn/WsRy·γc(4.3.14)

Ws=ts·ds2/6(4.3.15)

Ws= 0.8·192/6 =48.133 см3

σ = 1.09·103·0.95/48.133·10-6 = 39.18 МПа <240 МПа.

Сварные угловые швы, прикрепляющие планки к ветвям колоны, рассчитываются на совместное действие усилий в планке Msи Fsпо формулам (проверка прочности по металлу):

Öσω2 + τω2Rωf·γωf·γc(4.3.16)

σω= Ms·γn/Wω(4.3.17)

σω=1.09·103·0.95/30.24·10-6 = 34.24 МПа

τω=Fs·γn/Aω(4.3.18)

τω=6.96·103·0.95/10.08·10-4 = 6.56 МПа

Wω=βf·kf·lω2/6(4.3.19)

Wω=0.7∙0.8·182/6 = 30.24 см3

Aω= βf·kf·lω(4.3.20)

Aω= 0.7·0.8·18 = 10.08 см2

Ö34.242 + 6.562 = 34.863 ≤ 180 МПа

где βf- коэффициент проплавления углового шва βf=0,7мм.

lω - расчетная длина сварного шва:

lω=ds– 10мм(4.3.21)

lω= 190 - 10 = 180 мм.

катет шва принимается в пределах 6мм≤ Kf≤1.2·tsПринимаем:Kf = 8 мм. Стержень колоны должен укрепляться сплошными диафрагмами, располагаемые у концов отправочного элемента и по длине колоны не реже чем через 4м. Диафрагмами служат опорные плиты базы и оголовка колоны.

4.4 Конструирование и расчет оголовка колонны

Следуя рекомендациям, располагаем главные балки на колонне сверху с передачей нагрузки на вертикальные консольные ребра.

Расчетными параметрами оголовка являются:

1. габариты консольных ребер: ширина bs, высота hs и толщина ts;

2. катеты швов крепления ребер к стенке балки kf1 и опорной плиты kf2;

3. толщина стенки стержня колонны в пределах высоты ребер.

Высоту ребер hf назначаем из условия прочности сварных швов, крепящих ребра к стенке колонны, не менее 0.6·h, где h – высота сечения колонны:

hs£ (ålω,тр/4) + 1см, hs³ 0.6·h,(4.4.1)
ålω,тр= N·γnf ·kf ·Rωf ·γωf ·γc,

где N– продольная сила в колонне;

kf – принимаем по наименьшей толщине свариваемых элементов, но не менее 6мм;


ålω,тр= 1309·103·0.95/0.7·0.008·180·106·1·1 = 123.4 см,

hs£ (123.4/4) + 1 = 23.425 см,hs³ 0.6·30 = 31.85 см,

Принятая высота ребра ограничивается величиной:

85·βf·kf = 85·1.1·0.6 = 56.1 см.

Принимаем hs= 32 см.

Толщину ребра tsназначаем из условия среза:

ts³ 1.5·Q·γn/hs·Rs·γc, Q = N/2, (4.4.2)

Q= 1309·103/2 = 654.5 кН,

ts³ 1.5·654.5·103·0.95/0.24·139.2·106·1 = 2.1 см.

Принимаем ts= 2.2 см.

Ширину ребра bsназначаем :

bs= 300 - 2·6.5 = 287 мм = 28.7 см.

Принятая толщина и ширина ребра должны удовлетворять условию сопротивления смятию торца под давлением опорного ребра балки и условию обеспечения местной устойчивости. Из условия смятия:

ts³N·γn/Rp·bсм, (4.4.3)

где Rp – определяем по СНиПу II-23-81*;

bсм– расчетная длина площадки смятия: bсм = bs + 2·t,

bs– ширина опорного ребра балки;

t– толщина опорной плиты колонны;

bсм = 22 + 2·2 = 26 см,

ts³ 1309·103·0.95/368.975·106·0.26 = 1.3 см.

Из условия местной устойчивости:

bs/ts£ 0.5·ÖE/Ry, (4.4.4)

28.7/2.2 = 13.0.5 < 0.5·Ö2.06·105/240 = 14.65.

Проверяем стенку колонны на прочность по срезу в сечениях, где примыкают консольные ребра:

τ = 1.5·N·γn/2·tw·hs, (4.4.5)

τ = 1.5·1309·103·0.95/4·0.011·0.32 = 132.5 МПа ≤ 139.2 МПа.

Низ опорных ребер обрамляется горизонтальными поперечными ребрами толщиной 6 мм, чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенку стержня колонны.

4.5 Конструирование и расчет базы колонны

Конструкция базы должна обеспечивать равномерную передачу нагрузки от колонны на фундамент, а также простоту монтажа колонн. Следуя рекомендациям, принимаем базу с траверсами, служащими для передачи усилия с поясов на опорную плиту.

Расчетными параметрами базы являются размеры опорной плиты. Размеры опорной плиты определяем из условия прочности бетона фундамента в предположении равномерного распределения давления под плитой.

Требуемая площадь плиты:

Апл = N·γn/Rф, (4.5.1)

где Rф – расчетное сопротивление бетона фундамента:

Rф = Rпр.б ·³ÖАфпл, (4.5.2)

Афпл – отношение площади фундамента к площади плиты, предварительно принимаем равным: 1.1 – 1.2;

Rпр. б– призменная прочность бетона, принимаем в зависимости от класса бетона, для бетона В12.5: Rпр.б = 7.5 МПа;

Rф = 7.5·³Ö1.1 = 7.742 МПа,

Апл = 1309·103·0.95/7.742·106 = 1610 см².

Для определения размеров сторон плиты задаемся ее шириной:

Bпл = bf + 2·ts + 2·c, (4.5.3)

ts – толщина траверсы, принимаем 10мм;

c– ширина свеса, принимаемая 60 – 80мм;

Впл = 31 + 2·1 + 2·7 = 47 см.

Требуемая длина плиты:

Lпл = Аплпл, (4.5.4)

Lпл = 1610/47 = 34.26 см,

Lпл= 35 см.

Из конструктивных соображений принимаем размеры плиты равными: Впл= 48 см, Lпл= 52 см. Должно выполняться условие:

Lплпл = 1 – 2, (4.5.5)

52/48 = 1.08.

Толщину плиты определяем из условия прочности при работе плиты на изгиб, как пластины, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой по площади контакта отпором фундамента.

q = N·γn /Lпл·Впл, (4.5.6)

q = 1309·103·0.95/0.52·0.48 = 4982 кН/м².

Опорную плиту представляем, как систему элементарных пластинок, отличающихся размерами и характером опирания на элементы базы: консольные (тип 1), опертые по двум сторонам (тип 2), опертые по трем сторонам (тип 3), опертые по четырем сторонам (тип 4).

В каждой элементарной пластинке определяем максимальный изгибающий момент, действующий на полоске шириной 1см.

M = q· α· , (4.5.7)

где d– характерный размер элементарной пластинки;

α – коэффициент, зависящий от условия опирания и определяется по таблицам Б.Г.Галеркина;

Тип 1: Для консольной пластинки по аналогии с балкой:

М = 4982·0.5·0.08² = 15.942 кНм.

Тип 3:

b1/a1 = 10.5/30 = 0.35,

b1 = (Lпл–hк)/2 = (52 – 31)/2 = 10.5 см,

a1 = 30 см,

α= 0.5

d = b1,

M = 4982·0.5·0.105² = 27.46кНм.

Тип 4:

b/a = 29.7/27.8 = 1.07,

b = 31 – 2·0.65 = 29.7,

a = 30 – 2·1.1 = 27.8 см,

α= 0.0529

d = a,

M = 4982·0.0529·0.278² =20.368 кНм.

Толщину плиты определяем по большему из моментов на отдельных участках:

tпл³Ö6·Mmax/Ry·γc, (4.5.8)

tпл³Ö 6·27.46·103/240·106·1 = 2.6 см,

принимаем tпл = 2.6 см = 26 мм.

Высоту траверсы определяем из условия прикрепления ее к стержню колонны сварными угловыми швами, полагая при этом, что действующее в колонне усилие равномерно распределяется между всеми швами. kf = 8 мм.

Требуемая длина швов:

lω,тр= N·γn/βf·kf·Rωf·γωf·γc, (4.5.9)

lω,тр= 1309·103·0.95/0.9·0.008·180·106·1·1 = 96 см,

hm³ (lω,тр/4) + 10 мм, (4.5.10)

hm³ (96 /4) + 1 = 25 см.

Принимаем hm=25 см.

Траверсу проверяем на изгиб и на срез, рассматривая ее как однопролетную двух консольную балку с опорами в местах расположения сварных швов и загруженную линейной нагрузкой:

q1 = q·Bm, (4.5.11)

где Вm – ширина грузовой площадки траверсы;

Вm = Впл /2 = 48/2 = 24 см.

q1= 4982·103·0.24 = 1196 кН/м.

При этом в расчетное сечение включаем только вертикальный лист траверсы толщиной ts и высотой hm.

σ = 6·Mmax·γn /ts·hm² £Ry·γc, (4.5.12)

τ = 1.5·Qmax·γn /ts·hm£Rs·γc, (4.5.13)

где Mmax и Qmax – максимальное значение изгибающего момента и поперечной силы в траверсе.

Mmax = 7.24 кНм,

Qmax= 179.4 кН,

σ = 6·7.24·103·0.95/0.01·0.252= 66.03 МПа< 240 МПа,

τ = 1.5·179.4·103·0.95/0.01·0.25 = 102.3 МПа< 139.2 МПа.

База колонны крепится к фундаменту двумя анкерными болтами, диаметром d= 24 мм.

4.6 Подбор сечения связей по колоннам

Связи по колоннам служат для обеспечения геометрической неизменяемости сооружения и для уменьшения расчетной длины колонн. Связи по колоннам включают диагональную связь, образующую совместно с колоннами и распоркой жесткий диск и систему распорок, прикрепляющую соединение колонны к этому жесткому диску. Угол наклона диагоналей к горизонтальной плоскости α = 350.

Подбор сечения связей производим по предельной гибкости. Расчетная длина распорок и диагональных связей в обеих плоскостях принимается равной их геометрической длине.

При этом распорки связи считаются сжатыми, а элементы диагональных связей растянутыми.

Требуемый радиус инерции сечения стержня:

iтр = lef/|λ|, (4.6.1)

где |λ| - предельная гибкость элементов, принимаем по СНиПу II-23-81*,

|λ| = 400 – для растянутых элементов, |λ| = 200 – для сжатых элементов;

lef – расчетная длина.

Подбор сечения диагональных связей.

- геометрическая длина равна:

l = ÖL² + lг² = Ö 6.2² + 8.3²=10.36 м,

- расчетная длина равна:

l = lef = 10.36 м,

- требуемый радиус инерции сечения стержня равен:

iтр = 10.36/400 = 0.0259 м = 2.59 см,

- по сортаменту , ГОСТ 8509-93, принимаем размер уголков, a = 10 мм: 56 ´ 56 ´ 5

Подбор сечения распорок:

- геометрическая длина равна:

l = B = 6.2 м,

- расчетная длина равна:

lef= l= 6.2 м,


- требуемый радиус инерции сечения стержня:

iтр = 6.2/200 = 0.031 м = 3.1 см,

i = 0.21·b,

b = 14.76 см,

- по сортаменту, принимаем размер уголков: 75 ´ 75 ´ 5


Литература

1. Методические указания к РГУ по курсу ‘Металлические конструкции’. Новосибирск: НГАСУ, 1998.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 90 С.

3. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.: ФГУП ЦПП, 2007. – 44 с.

4. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов / Г.С.Веденников, Е.И.Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С.Веденникова. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760с.: ил.

5. Металические конструкции. В 3 т. Т 1. Элементы конструкций / В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филипов и др.; Под ред. В.В.Горева. – 3-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2004. –551 с.: ил.


Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Гарантируем возврат

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

К работе допускаются только проверенные специалисты с высшим образованием. Проверяем диплом на оценки «хорошо» и «отлично»

1 000 +
Новых работ ежедневно
computer

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

avatar
Экономика
Маркетинг
Информатика
icon
113201
рейтинг
icon
2762
работ сдано
icon
1252
отзывов
avatar
Математика
Физика
История
icon
107621
рейтинг
icon
5381
работ сдано
icon
2415
отзывов
avatar
Химия
Экономика
Биология
icon
75673
рейтинг
icon
1881
работ сдано
icon
1192
отзывов
avatar
Высшая математика
Информатика
Геодезия
icon
62710
рейтинг
icon
1046
работ сдано
icon
598
отзывов
Отзывы студентов о нашей работе
49 108 оценок star star star star star
среднее 4.9 из 5
Оксфордский университет
Работа выполнена ДОСРОЧНО! А так же качественно! Советую автора! Большое спасибо!
star star star star star
ТУСУР
Большое спасибо Алексею! Работа выполнена раньше срока, замечаний и доработок нет.
star star star star star
Московский Университет имени С.Ю. Витте
Спасибо огромное исполнителю, работа выполнена очень быстро, без замечаний , оценка 90 бал...
star star star star star

Последние размещённые задания

Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн

Улучшить уникальность

Статья, Методология НИР студентов

Срок сдачи к 8 февр.

только что

Сделать отчет

Отчет по практике, экономика и аудит

Срок сдачи к 24 февр.

только что

реферат

Реферат, Психология и педагогика

Срок сдачи к 13 февр.

только что

Производств. Технологическая практика

Отчет по практике, Менеджмент

Срок сдачи к 10 февр.

только что

Геометрия

Решение задач, Геометрия

Срок сдачи к 6 февр.

1 минуту назад

Наладка электрооборудования

Контрольная, Мдк 02.03 «наладка электрооборудования»

Срок сдачи к 10 февр.

3 минуты назад

Онлайн помощь на экзамене по математике

Онлайн-помощь, Высшая математика

Срок сдачи к 22 февр.

3 минуты назад

Решить 2 задачи

Контрольная, прикладная математика

Срок сдачи к 15 февр.

4 минуты назад
4 минуты назад

Анализ

Сочинение, Философия

Срок сдачи к 8 февр.

4 минуты назад

Сделать доработку ВКР.

Диплом, Экономическая безопасность

Срок сдачи к 10 февр.

4 минуты назад

Курсовая проектного типа

Курсовая, Гражданское право

Срок сдачи к 17 февр.

5 минут назад
6 минут назад

Эссе - признание на тему "Я горжусь..

Эссе, Педагогика и психология

Срок сдачи к 8 февр.

6 минут назад

Решить задачу по тсса

Контрольная, Теория систем и системный анализ

Срок сдачи к 7 февр.

7 минут назад

Написать курсовой проект

Курсовая, Аппаратно-программное конфигурирование компьютерных систем и комплексов, информатика

Срок сдачи к 20 февр.

9 минут назад
planes planes
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Свежую базу РГСР», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход или
регистрация
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно