Металлические контсрукции
СОДЕРЖАНИЕ
Исходные данные 2
1. Расчет и конструирование
1.1 Расчет балочной клетки, вариант №1 (нормальный тип) 2
1.2 Расчет балочной клетки, вариант №2 (усложненный тип) 3
1.3 Расчет балочной клетки, вариант №3 (усложненный тип) 6
1.4 Выбор рациональной схемы балочной клетки 9
2. Расчет и конструирование главной балки 10
2.1 Подбор сечения главной балки 10
2.2 Проверка несущей способности главной балки 12
2.3 Изменение сечения пояса главной балки 13
2.4 Расчет ребер жесткости 14
3. Расчет и конструирование
стыков на высокопрочных
3.1 Расчет
и конструирование стыков
3.2 Расчет и конструирование стыка стенок главной балки 17
4. Расчет и конструирование опорных диафрагм жесткости 17
5. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны 18
5.1 Выбор типа сечения колонны 18
5.2 Расчет и конструирование планок 19
5.3 Расчет и конструирование оголовка колонны 20
5.4 Расчет и конструирование базы колонны 21
Список использованной литературы 23
1. Расчет и конструирование
1.1 Расчет балочной клетки
Для начала выбираем марку стали из которой будет выполнятся балочная клетка. По СНиП II-23-81* “Стальные конструкции” принимаем сталь марки ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*, толщиной проката t = 11 - 20 мм.
Листовая Ry = 23,5 кН/см2 Rи = 36,5 кН/см2 Rs = 0,58Ry
Фасонная Ry = 24,5 кН/см2 Rи = 35,5 кН/см2 Rs = 13,63 кН/см2
Вариант №1 (нормальный тип)
Рис.1 Балочная клетка (вариант №1 нормальный тип)
Временно распределенная нагрузка Pн = 24 кН/м2
Толщина настила tн = 12 мм.
Вес настила qн = 0.942 кН/м
Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) Ry = 24,5 кН/см2
Ширина балки настила =1000мм.
Рис.2 Расчетная схема балки настила
- Рассчитываем нормативную погонную нагрузку
1,02 (24+0.942) 1 = 25.44 кН/м = 0,2544 кН/см
Рассчитываем расчетную погонную нагрузку
= 1,02 ( 24 1,2 + 0.942 1,1) 1 = 33,433кН/м
- Максимальный момент
= = 160.72 кНм = 16072 кНсм
- Максимальная поперечная сила
= =98.9 кН
- Подбираем требуемый момент сопротивления
= см3.
Сx – коэффициент пластичности = 1,12; γс – коэффициент условия работы = 1.
Согласно ГОСТ 26020-83* ,принимаем двутавровую балку:
№1 35Б1 = 581,7 см3, Ix = 10060 см4, gдоп = 38,9 кг/м.
h =34,6 см. b=15,5 см. t=0,85 см
Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:
= кН/м2 (перенапряжение 0,7%)
Проверка по прогибу:
- допустим
Допустимый прогиб:
Вес 1 м2 перекрытия:
1.2 Расчет балочной клетки
Вариант №2 (усложненный тип)
Рис.3 Балочная клетка (вариант №2 усложненный тип)
Временно распределенная нагрузка Pн = 24 кН/м2
Толщина настила tн = 14 мм.
Вес настила qн = 1.1 кН/м
Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) Ry = 24,5 кН/см2
Ширина балки настила =1300мм.
Рис.4 Расчетная схема балки настила
1)Рассчитываем нормативную погонную нагрузку
1,02 (24+1,1) 1,3 = 33,28 кН/м.п. = 0,3328 кН/см
Рассчитываем расчетную
= 1,02 ( 24 1,2 + 1,1 1,1) 1,3 = 39,8 кН/м
2) Максимальный момент
= =100,73 кНм
- Максимальная поперечная сила
= = 89,53 кН
Подбираем требуемый момент сопротивления
= см3.
Сx – коэффициент пластичности = 1,12; γс – коэффициент условия работы = 1.
Согласно ГОСТ 26020-83* ,принимаем двутавровую балку:
№1 26Б2 = 356 см3, Ix = 4654 см4, gдоп = 31,2 кг/м.
h =26,1 см. b=12,0 см. t=1,0 см
Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:
= кН/м2 (перенапряжение 3%)
Проверка по прогибу:
- допустим
Допустимый прогиб:
Расчет вспомогательной балки:
Временно распределенная нагрузка Pн = 24 кН/м2
Толщина настила tн = 14 мм.
Вес настила qн = 1.1 кН/м
Вес балки настила qб.н. = 0.312 кН/м
Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) Ry = 24,5 кН/см2
Ширина балки настила =4500мм.
Рис.5 Расчетная схема балки настила
1)Рассчитываем нормативную погонную нагрузку:
1,02 (24+1,1+0,312) 4,5 = 116,64 кН/м.п.
Рассчитываем расчетную
=1,02 (24 1,2+(1,1+0,312) 1,1) 4,5=
=139,32 кН/м.п.
2) Максимальный момент
= = 735,78 кНм
- Максимальная поперечная сила
= = 452,79 кН
Подбираем требуемый момент сопротивления:
= см3.
Сx – коэффициент пластичности = 1,12; γс – коэффициент условия работы = 1.
Согласно ГОСТ 26020-83* ,принимаем двутавровую балку:
№2 60Б1 = 2656 см3, Ix = 78760 см4, gдоп = 106,2 кг/м.
h =59,3 см. b=23,0 см. t=1,55 см
Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:
= кН/м2 (перенапряжение 0.1%)
Проверка по прогибу:
- допустим
Допустимый прогиб:
Вес 1 м2 перекрытия:
1.3 Расчет балочной клетки
Вариант №3 (усложненный тип)
Рис.6 Балочная клетка (вариант №3 усложненный тип)
Временно распределенная нагрузка Pн = 24 кН/м2
Толщина настила tн = 14 мм.
Вес настила qн = 1.1 кН/м
Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) Ry = 24,5 кН/см2
Ширина балки настила =1300мм.
Рис.7 Расчетная схема балки настила
Рассчитываем нормативную
1,02 (24+1,1) 1 = 33,28 кН/м.п.
Рассчитываем расчетную
= 1,02 ( 24 1,2 + 1,1 1,1) 1,3 = 39,8 кН/м.п.
2) Максимальный момент:
= = 64,476 кНм
- Максимальная поперечная сила
= = 71,64 кН
Подбираем требуемый момент сопротивления
= см3.
Сx – коэффициент пластичности = 1,12; γс – коэффициент условия работы = 1.
Согласно ГОСТ 8239-89* ,принимаем двутавровую балку:
№1 22 = 232 см3, Ix = 2550 см4, gдоп = 24,0 кг/м.
h =22,0 см. b=11,0 см. t=0,87 см
Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:
= кН/м2 (перенапряжение 1.3%)
Проверка по прогибу:
- допустим
Допустимый прогиб:
Расчет вспомогательной балки:
Временно распределенная нагрузка Pн = 24 кН/м2
Толщина настила tн = 14 мм.
Вес настила qн = 1.1 кН/м
Вес балки настила qб.н. = 0.24 кН/м
Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) Ry = 24,5 кН/см2
Ширина балки настила =3600мм.
Рис.8 Расчетная схема балки настила
1)Рассчитываем нормативную погонную нагрузку:
1,02 (24+1,1+0,24) 3,6= = 3кН/м.п
Рассчитываем расчетную погонную нагрузку:
=1,02 ( 24 1,2 + (1,1+0,24) 1,1) 3,6=111,17кН/м.п.
2) Максимальный момент:
= = 587.1 кНм
3) Максимальная поперечная сила
= =361,3 кН
Подбираем требуемый момент сопротивления
= см3.
Сx – коэффициент пластичности = 1,12; γс – коэффициент условия работы = 1.
Согласно ГОСТ 26020-83* ,принимаем двутавровую балку:
№2 55 Б1 = 2051 см3, Ix = 55680 см4, gдоп = 89,0 кг/м.
h =54,3 см. b=22,0 см. t=1,35 см
Проверяем принятый двутавр по фактическому напряжению:
= кН/м2 (перенапряжение 4.3%)
Проверка по прогибу:
- допустим
Допустимый прогиб:
Вес 1 м2 перекрытия:
1.4 Выбор рациональной схемы балочной клетки
Таблица 1
Сводная таблица расхода стали на ячейку
№ варианта |
Расход стали |
Кол-во типоразмеров на ячейку |
Кол-во монтажных единиц | ||
на 1 м |
на ячейку AxB |
% | |||
1 норм. тип |
133,1 |
15572,7 |
100 |
1 |
18 |
2 усложнен. |
157,6 |
18439,2 |
118,4 |
2 |
24 |
3 усложнен. |
153,2 |
17924,4 |
115,1 |
2 |
30 |
К дальнейшей разработке принимаем второй вариант балочной клетки, по минимальной трудоемкости изготовления и монтажа.
2. Расчет и конструирование главной балки
2.1 Подбор сечения главной балки
Временно распределенная нагрузка Pн = 24 кН/м2
Толщина настила tн = 14 мм.
Вес настила qн = 1.1 кН/м
Вес балки настила qб.н. = 0.312 кН/м
Вес вспомогательной балки qвс.б. = 1.062 кН/м
Марка стали: ВСт 3пс-6-1 Ту 14-1-3023-80*
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) Ry = 24,5 кН/см2
Ширина балки настила =6500мм.
- Рассчитываем нормативную погонную нагрузку главной балки:
1,04 (24+1.1+0.312+1.062) 6,5 = 178,96 кН/м
- Рассчитываем расчетную погонную нагрузку главной балки:
=1,04 (24 1,2+(1.1+0.312+1.062) 1,1)
6,5 = 213,085кН/м
- Максимальный момент:
= 8629,94 кНм
4) Максимальная поперечная сила:
= = 1917,765 кН
5) Определяем требуемый момент сопротивления главной балки:
= см3.
γс – коэффициент условия работы = 1.
Из условия экономичности вычисляем оптимальную высоту балки:
, где k – коэффициент для сварных балок постоянного сечения k = 1,1; tω – толщина стенки из расчета:
7+3x1.8 = 12,4 мм, принимаем 12 мм.
Из условия экономичности вычисляем оптимальную высоту балки:
1,1 = 192,43 см.
Из условия обеспечения
143,8 см.
Окончательно принимаем высоту балки 200 см.
Толщину пояса tf принимаем равной (2,5 – 3) от толщины tω, отсюда:
tf = (2,5 – 3) tω = 3 – 3,6
задаемся tω = 3,6 см, отсюда hω = 200 – (7,2+1) = 191,8см.
Проверяем прочность стенки на срез на опоре:
= = 0,88 см.
Проверяем по местной устойчивости без развития пластических деформаций:
см
Определим требуемый момент инерции:
= 36723 = 3672315 см4,
Момент инерции:
см4
Момент инерции, приходящийся на поясные листы:
см4
Через вычислим требуемую площадь сечения поясов балки:
153,8 см2
Где = h- = 200-3,6=196,4
Принимаем пояса из универсальной стали ГОСТ82-70* t , .
2.2 Проверка несущей способности главной балки
; см;.
Гибкость полки равна 2,83, что не превышает допустимую гибкость полки 14,8 , по местной устойчивости проходит.
Определим фактический момент инерции:
см4
см3
Определим нормальное наибольшее напряжение главной балки:
Перенапряжение составляет 1%, что удовлетворяет требованию.
Определим наибольшее касательное напряжение главной балки:
Находим статический момент инерции :
= см
Отсюда касательное напряжение главной балки:
2.3 Изменение сечения пояса балки
Сечение составной балки с подбором по Mmax можно уменьшить в местах изменения момента у опор. Сечение балки уменьшается за счет изменения ширины пояса, при этом сохраняется сечение стенки и толщина пояса. Рациональное место уменьшения сечения для различных балок находится на расстояние (1/5 – 1/6) от длины главной балки до опоры и составляет1/5 20 = 4
Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении
кНм
кН.
Определим требуемые и измененного сечения пояса:
см3.
Где Ry - расчетное сопротивление стыкового шва, принимается 0,85Ry.
Проверим законструированное сечение на прочность:
см4.
Определяем требуемый момент инерции поясов, (значение смотрите в расчете главной балки составного сечения):
см4.
Требуемая площадь поперечного сечения поясов составит:
где = 200 - 4 = 196,4 см.
см2.
Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:
Определим ширину пояса: см
Принимаем пояса из универсальной стали ГОСТ 82-70* t , . Фактическая площадь пояса равна: .
Фактический момент инерции подобранного сечения:
где ,
тогда:
Фактический момент сопротивления:
Наибольшее нормальное напряжение:
2.4 Расчет ребер жесткости
Стенка представляет собой длинную тонкую пластинку, испытывает действие нормальных и касательных напряжений σ и I, которые могут вызвать потери ее устойчивости. Устойчивость стенки достигается укреплением ее специальными поперечными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания места стенки и увеличением жесткости стенки.
Определим ширину bрж и толщину tрж ребра жесткости.
см. принимаем ребро жесткости шириной bрж = 12 см.
см,принимаем толщину ребра жесткости tрж =0,8см
Проверим на местную устойчивость отсек, в который попадает изменение сечения пояса.
Определим напряжение в сечение пояса на расстояние 3 м.
кН/см2. кН/см2.
Определим Iкр критическое.
, где ; Rs = 0,58Ry = 0,58 * 23,5 = 13,63 кН
Гибкость стенки λω рассчитывается по формуле:
кН/см .
, где Скр из таблицы 7.4 {1}
Скр = 34,7
кН/см2.
Устойчивость стенки определим по формуле:
, где γs = 1
;
0,732 < 1
Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер жесткости на расстояние a=400 > 2 cм возможна.
3. Расчет
стыков главной балки на высоко
Так как размеры целой балки и её вес не позволяют перевозить и монтировать целиком, то разрезают балку на отправочные элементы.
Определим момент в стыке.
кНм
кН.
3.1 Расчет и конструирование стыков поясов главной балки
Стык выполняется на высокопрочных болтах d = 24, сталь марки 38ХС “селект” (по таблице 61 СНиПа, ГОСТ 22356-77*)
Rbun = 135 кН/см2. Abn = 3,52 см2.
Обработка поверхности газопламенная.
Rbn = 0,7Rbun = 0,7 * 135 = 94,5 кН/см2, Аb = 4,52 см2, Ns = 2, γb = 1.
μ – коэффициент трения, принимается по таблице 36* из СНиП II-23-81* μ = 0,42
γn – коэффициент надежности, принимается по таблице 36* из СНиП II-23-81* γn = 1,35
Определим расчетное усилие, которое может выдержать один высокопрочный болт.
кН
Часть момента воспринимается поясами накладки:
кНсм.
Усилие в поясе определяем по формуле:
Количество болтов для прикрепления накладок:
3.2 Расчет и конструирование стыка стенок главной балки
Стенку перекрываем двумя
Длина накладки :
Размещение болтов по вертикали стенки осуществляется с шагом
Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт равно:
Результирующее напряжение в болте равно:
3.2 Расчет и конструирование стыка стенок главной балки
Сопряжение конструируем на болтах грубой и нормальной точности dб = 24 мм, Аб = 4,52 класс болтов 5,8 МПа (таблица 58 СНиП II-23-81*) Rbs = 20 кН/см2. Расчетное сопротивление, которое может быть воспринято одним болтом на срез:
кН.
Определим количество болтов:
принимаем 6 болта.
Пластина с 6-ю отверстиями d = 24 мм, размерами12 х 490 x 240 приваривается к вспомогательной балке № 60Б1, катет шва принять по толщине стенки.
4. Расчёт и конструирование опорных диафрагм жёсткости.
Сопряжение главных балок со стальной колонной осуществляется опиранием балок сверху. Конец балок укрепляется диафрагмами жесткости. Последние надежно приварены сварными швами, а торцы диафрагмы жесткости фрезеруют для непосредственной передачи опорного давления на плиту оголовка металлической колонны.
кН, кН/см2 (по таблице 52* СНиП II-23-81*).
Определим площадь сжатия торца диафрагмы жесткости (dж).
см2, отсюда найдем:
см, принимаем tdж = 24 мм =2,4 см.
Проверим опорную диафрагму жесткости на устойчивость: см принимаем =24
Расчет производим при bст = 24, отсюда см2.
Момент инерции: 2768,1 см .
см.
(по таблице 72 СНиП II-23-81*) φ = 0,931, отсюда
кН/см2, σ = 24,1 Ry = 23,5 (+2,7%)
5. Расчёт и конструирование центрально-сжатой колонны
5.1 Выбор типа сечения колонны
Отметка верха настила Н = 11 м.;
Толщина настила - ;
Марка стали: Вст3пс6-I (ТУ 14-1-3023-80);
Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) - (прил.4[1]);
Реактивный отпор главной балки .
Согласно заданию отметка
11 – (0,012 + 2) + 0,712 = 9,7 м.
Определим N нагрузку, которую воспринимает колонна:
N = , где G=(15 – 20)кН.
N = 2 * 1917,765 = 3835,53 кН.
Принимаем материал колонны: Вст 3пс 6-2 Ry = 24,5 кН/см2. Зададимся типом колонны. Колонна сквозная с двумя ветвями из двутавров с планками, гибкость колонны λх = 65,
φ = 0,78 (приложение 7 учебника “Металлические конструкции” под редакцией Беленя). Отсюда найдем требуемую площадь сечения колонны:
- на две колонны, а на одну 200,71 / 2 = 100,36 см2.
Согласно ГОСТ 26020-83* ,принимаем двутавровую балку:
№ 50Б1 = 1511 см3, Ix = 37160 см4, gдоп = 73,0 кг/м.
h =49,2 см. b=20,0 см. t=1,2 см
, , ,
Фактическая площадь сечения колонны составит Ак = 92,98 * 2 = 185,96 см2. Производим расчет относительно оси У-У. Определим расстояние между ветвями колонны Za из условия равноустойчивости колонны в двух плоскостях λв = 20 – 40,
принимаем λв = 35.
Требуемый момент инерции равен:
см4, отсюда
15,6 принимаем a = 20, тогда определим фактический момент инерции:
см4
см.
проверку проводим по :
от 24,5
5.2 Расчет и конструирование планок
Определим расстояние между планками колонны по гибкости:
см, H=11-(0,030+0,175+2)+0,09+0,
Определим ширину планки: кН – поперечная сила в колонне.
Вычислим поперечную силу, приходящаяся на планку одной грани:
кН.
Вычислим изгибающий момент и поперечную силу в месте прикрепления планки:
кНсм.
кН.
Определим какое из сечений шва имеет решающее значение: по таблице 5.1 [1]:
Необходима проверка по металлу шва. Для проверки имеем расчетную площадь шва
см2.
Момент сопротивления шва:
см3.
Находим напряжения в шве от момента и поперечной силы:
кН/см2, кН/см2.
Проверяем прочность шва по равнодействующему напряжению:
кН/см2 < кН/см2.
5.3 Расчет и конструирование оголовка колонны
При свободном сопряжение балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдержать полное давление на оголовок. Толщину опорной плиты определяем на стыке под полным опорным давлением.
Определим нагрузку, которую воспринимает колонна: кН.
Определим толщину опорной плиты:
см, принимаем 28 мм.
, см2.
=2а-1=40-0,88=39,12 см
t = принимаем 30 мм по ГОСТ 82-70.
Высоту ребра оголовка определяется требуемой длинной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов не должна быть больше 85 ):
см.+7,1 см на непровар =60см
Диафрагму жесткости принимаем конструктивно 14мм.
5.5 Расчет и конструирование базы колонны
Принимаем материалы для базы колонны с траверсом Вст 3пс6-2 Ry = 23,5 кН/см2, фундамент - класс бетона В = 12,5, кН/см2. Если расчетное усилие, действующие на базу N = 3835,53 < 5000 кН, то принимаем конструкцию базы с траверсами.
N = 2 * 3835,53 + 20 = 3855,53 кН.
Определим требуемую площадь плиты:
см2.
Так как мы задались bpl = 61,2см из конструктивных соображений, то можем определить Lpl:
cм .Принимаем Lpl=750мм см2.
Определим напряжение под клеткой:
кН/см2.
Вычислим изгибающие моменты на различных участках плиты:
1 участок: опертый на 4 канта
b/a=50/25=0,5 =0,1 (табл. 8,6)
кН/см2.
2 участок: опертый на 3 канта
b/a=50/17,5=2,86 =0,132
кН/см2.
3 участок (консольный) =6
кН/см2.
Толщину плиты tpl определим по Mmax:
cм.
Принимаем tpl = 36 мм с учетом отстрожки, то что tpl получилось более3 см показывает необходимость ребра жесткости.
Толщина траверса ttr = 10 мм принимаем и привариваем ее к ветвям колонны и к плите условными швами kшf = 10 мм. Высоту траверсы найдем из условия работы сварных швов по срезу:
на непровар и принимаем 60 см = 600 мм.
Список использованной литературы
1. “Металлические конструкции”. Общий курс под редакцией Е.И. Беленя, 6-ое издание, переработанное и дополненное. Москва, СтройИздат 1985 г.
2. СНиП II-23-81* “Стальные конструкции/Госстрой России.-М.;ГУП ЦПП,2006-96с.
3. «Конструкции рабочей площадки
промышленного здания»:
4. ГОСТ 26020-83*
5. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»/ Госстрой России.-М.;ГУП ЦПП, 2002-46с.

- Металлические пены
- Металлические проводниковые материалы
- Металлический каркас одноэтажного производственного здания
- Металлический мост
- Металлобумажный конденсатор
- Металлодетекторы и их виды
- Металлоискатель. Расчет параметров
- Металлические конструкции
- Металлические конструкции
- Металлические конструкции
- Металлические конструкции балочной площадки
- Металлические конструкции балочной площадки
- Металлические конструкции одноэтажного производственного здания каркасного типа
- Металлические конструкций