Металлические конструкции балочная клетка

1 Компоновка балочной клетки Рис. 1 Варианты компоновки 1.1 Расчёт стального настила Цель расчёта стального настила: определить толщины и расстояния между балками настила.Рис. 2 Расчётная схема стального настила где λ- гибкость настила; tн – толщина настила (tн=12 мм). По заданию допустимый прогиб настила равен ; . Отсюда прогиб настила равен: , где Е1- цилиндрическая жёсткость пластины. кПа, где υ=0,3 – коэффициент Пуассона; Е=2,06*105 МПа; - норма прогиба; мм. 1.2 Сравнение вариантов компоновки балочной клетки. 2.1 Нормальная компоновка. Рис. 3 Нормальная схема компоновки Определяем количество пролётов балок настила на длину главной балки. ; мм; - грузовая площадь между балками настила.

Подбираем сечение балки настила. Определяем нормативное значение полной нагрузки: , где кПа – собственный вес настила. Тогда кН/м Определяем расчётное значение полной нагрузки кН/м, где γfн=1,05 – коэффициент надёжности по нагрузки для стали γfр=1,2 – коэффициент надёжности по нагрузке для перекрытий Определяем изгибающий момент от расчётной нагрузки: кН·м В=5500 мм- расчётный пролёт Проверяем по 1-й группе предельных состояний несущую способность γc=1 – коэффициент условия работы W – момент сопротивления Rу- расчётное сопротивление стали по пределу текучести По условию эксплуатации балку относим к 3 группе.

Принимаем марку стали 18КП(С-235) Rу= 230 МПа=23 кН/м2 см3 Из сортамента выбираем сечение I 35 Б1 IХ=10060 см4 Wх=581,7 см3 qбн= 38,9 кг/ м Проверка жёсткости сечения по 2-й группе предельных состояний жёсткость балки настила обеспечена Расчёт расхода металла кг/м2.2 Усложнённый вариант компоновки Рис. 4 Усложнённый вариант компоновки Назначаем м. Рассчитываем количество пролётов. Шаг балок настила м. Производим подбор балок настила: кН/м кН/м Определяем изгибающий момент от расчётной нагрузки: кН·м Проверяем несущую способность по 1-й группе предельных состояний W=М/( С1· Rу· γs)=10706/(1,1·23& #903;1)=423,16cм3 Из сортамента выбираем сечение I 30Б1 IХ=6328 см4 Wх=427 см3 qбн= 32,9 кг/ м Проверка жёсткости сечения по 2-й группе предельных состояний жёсткость балки настила обеспечена Подбор сечения вспомогательной балки кН/м кН/м Определяем изгибающий момент от расчётной нагрузки: кН·м Проверяем по 1-й группе предельных состояний несущую способность Из сортамента выбираем сечение I 70Б1 IХ=125930 см4 Wх=3645 см3 qбн= 129,3 кг/ м Проверка жёсткости сечения по 2-й группе предельных состояний жёсткость балки настила обеспечена Расчёт расхода металла Вывод: Расход материала в нормальной компоновке меньше и по трудоёмкости менее сложен, чем усложнённый, поэтому выбираем нормальный вариант компоновки. 2 Расчёт и конструирование главной балки 2.1 Расчётные нагрузки и усилия.

Нагрузка на наиболее нагруженные балки по средним осям кН/м кН/м кН·м кН Определяем группу стальных конструкций Сварная главная балка относится ко II – группе конструкций.

Для II группы выбираем сталь класс С-245 (18пс) RУ=220 кН/см2.2 Компоновка сечения Рис. 5 Поперечное сечение главной балки см3 где &#947;с – коэффициент условия работы Определяем высоту сечения 1) минимальная высота сечения из соображения жёсткости при допустимом прогибе (n0=150) м 2) оптимальная высота см. где &#955;w – гибкость стенки Принимаем &#955;w=125 3) предельная высота сечения главной балки определяется из обеспечения заданной строительной высоты перекрытия см 78<145<203,8 Принимаем h=140 см. Определяем толщину стенки tw 1) из условия прочности на срез в опорном сечении см где Rs= 0,58 Rу hw=0,96h 2) из условия укрепления стенки только поперечными рёбрами см 3) из условия получения предполагаемой гибкости стенки см Назначаем толщину стенки согласно сортаменту универсальной широкополосной стали — tw=12 мм Определяем сечение поясных листов см2 или Принимаем окончательно по сортаменту —530x18 tf =18 мм; bf = 53см; Аf =95,4 см2 Проверка условия свариваемости – условие удовлетворяется 2.3 Проверка принятого сечения Вычисляем геометрические характеристики сечения см4 см см см3 см3 Wx> Wтр – условие удовлетворяется %<5% Проверка по нормальным напряжениям кН/см3 кН/см3&#61614;условие прочности выполняется Определение недогруза %<5%&#61614;условие удовлетворяется 2.4 Изменение сечения главной балки по длине Рис. 6 Схема изменения сечения главной балки Изменение сечения главной балки проектируем на расстоянии равном м от опоры, уменьшаем сечение поясных листов. кНм кН Сварку поясов производим стыковым швом полуавтоматическим методом.

При этом обеспечиваем физический контроль качества шва. Расчёт сопротивления шва Rwy=Rу=22 кН/см3 Определяем геометрические характеристики уменьшенного сечения см3 см2 Определяем ширину уменьшения поясных листов см где tf1= tf=18 мм По сортаменту универсальной широкополосной стали выбираем bf1=200 мм мм мм Принимаем bf= 280 мм По техническим требованиям принимаем — 18х280 Аf1= 1,8• 28=50,4 см2 Геометрические характеристики уменьшенного сечения cм4 см3 см3 Wx> Wтр &#8594; по нормальным напряжениям уменьшенное сечение удовлетворяет требованиям см3 S1- статический момент сечения Проверка по наибольшим касательным напряжениям на опоре где Rs=0,58 RУ=0,58&#903;22=12,76 кН/см3 кН/см3 &#8594; условие прочности на срез удовлетворяется 2.5 Проверка по приведённым напряжениям Проверку производим в верхней точке стенки, в месте изменения сечения. где &#963;у= &#963;loc- нормальное напряжение в точки опирания балки настила на главную балку &#963;х – нормальное напряжение по оси х Если балка настила не опирается на главную балку в рассматриваемой точке, то &#963;у= &#963;loc=0 кН/см2 кН/см3 кН Рис. 7 К определению локальных напряжений см кН/см3 без учёта локальных напряжений кН/см2 &#8594; условие прочности по предельным напряжениям удовлетворяется Проверка прогиба главной балки &#61614;жёсткость балки настила обеспечена 2.6 Расчёт поясных швов Так как главная балка несёт статическую симметрично приложенную нагрузку, то проектируем односторонние поясные швы. Сварка полуавтоматическая.

Сварная проволока Св 08А. Rwf – расчётное сопротивление углового шва по середине шва Rwf=180 мПа=18 кН/см2 Run- нормативное временное сопротивление стали (Run=36 кН/см2) Rwz- расчётное сопротивление по границе сплавления Рис. 8 К расчёту поясных швов Rwz=0,45Run=0,45&#8729;36=16,2 кН/см2 Положение шва «в лодочку». Коэффициент проплавления &#946;f=0,9; &#946;z=1,05. Первоначально назначаем катет шва минимально возможный в зависимости от более толстого листа. kf min= 6 мм при tf=18 мм Проверяем катет шва на минимальное значение кН/см кН/см кН/см Условие прочности швов кН/см2.&#61614;условие не удовлетворяется Условие на отрыв по границе сплавления кН/см2.&#61614;условие не удовлетворяется Катета 0,6 мм не хватает.

Принимаем kf=0,8 мм кН/см2.&#61614;условие удовлетворяется Условие на отрыв по границе сплавления кН/см2.&#61614;условие удовлетворяется 2.7 Расстановка рёбер жёсткости.

Проверка местной устойчивости стенки Рис. 9 Односторонние рёбра жесткости Общая устойчивость главной балки не проверяется, поскольку верхний пояс раскреплен настилом.

Отдельный элемент главной балки могут потерять местную устойчивость.

Условная гибкость стенки равна: &#61614; требуется установка рёбер жёсткости и проверка устойчивости т.к. балка несёт статическую нагрузку.

Принимаем односторонние рёбра жесткости, прикреплённые к другой стороне от поясных швов. Расстояние между рёбрами не более двух высот стенки.

Принимаем см Сечение рёбер жёсткости мм Принимаем мм &#61614; мм Условие устойчивости стенки балки Проверку устойчивости стенки выполняют для отсека, в изменяется сечение главного пояса т.к. в нём относительно высокий уровень как нормальных, так и касательный напряжений, а loc напряженения одинаковы от всех балок настила. Устойчивость стенки в приопорном отсеке обеспечивается его небольшими размерами.

Будем считать, что кН/см2 кН/см2 кН/см2 Вычисляем дополнительные параметры. - коэффициент условного защемления стенки в поясах.

Определяем граничное значение ; = Критические напряжения местного смятия определяются по формуле где кН/см2 где - гибкость в перпендикулярном отношении кН/см2 где d- меньшая из сторон пластинки кН/см2 &#61614;условие устойчивости стенки обеспечивается с шагом 200 мм. 2.8 Расчёт и конструирование монтажного стыка на высокопрочных болтах Для устройства стыка применяются болты из стали 40Х &#61638;24 мм. кН/см2 Способ подготовки поверхности газопламенный.

Способ регулирования усилия натяжения болтов по моменту закручивания. кН/см2 &#61638; отверстий под болты 27 мм. Расчётное усилие поверхности трения при наличии одного болта вычисляется по формуле: кН где см2. - коэффициент трения равный 0,42 - при количестве болтов больше 10. 2.8.1 Расчёт стыка поясных листов Рис. 10 Монтажный стык на болтах Количество болтов в стыке поясов определяется по предельному усилию воспринимаемому поясами. кН тогда где - число поверхностей трения Стык поясов перекрывается двумя накладками шириной 23 см и одной 53 см. Толщину определяем из условия их равнопрочности с поясом Рис. 11 К расчёту стыка 2. 8.2 Расчёт стыка стенок Определяем конструктивные размеры cм см. Стенки балки перекрываются парными накладками толщиной 10 мм из условия их равнопрочности.

Определяем долю момента воспринимаемого стенкой кНм Болты на стенке устанавливаем с шагом 10 см Определяем максимальное расстояние между крайними болтами см Принимаем см где - сила воспринимаемая одним болтом - соответственное плечо Предварительно принимаем два вертикальных ряда болтов с каждой стороны кН кН Проверяем прочность сечения поясом ослабленных отверстиями см2 где - количество отверстий см2 Определяем действующее усилие в поясах кН &#61614;условие удовлетворяется, поэтому уменьшать число болтов в ряду не надо. 2.9 Сварной стык главной балки Рис. 12 Сварной стык главной балки При монтаже в стык сжатый пояс соединяют прямым швом, а растянутый косым швом под углом 60&#61616;. С целью обеспечения его равнопрочности, чтобы уменьшить сварочные напряжения сначала свариваем поперечные стыковые швы стенки (1), затем пояса (2), после завариваем стыковые швы (3). 2.10 Расчёт и конструирование опорной части балки Рис. 13 – Опорная часть балки На опоре имеем уменьшенное сечение пояса главной балки шириной 28 см. Назначаем ширины опорных рёбер см Требуемая площадь сечения рёбер определяется из условия прочности сжатого стержня. см2. где Кн/см2. – расчётное сопротивление стали Толщина рёбер с учётом срезов одного из рёбер должна быть не меньше см Назначаем см. Производим проверку устойчивости приопорного сечения балки Длина участка стенки в работе опорной части равна: см см2 см4 см Условие устойчивости -коэффициент продольного изгиба центрально- сжатого элемента кН/см2.&#61614;условие удовлетворяется. 1

Компоновка балочной клетки Рис

Компоновка балочной клетки Рис . 1

Варианты компоновки

Варианты компоновки 1.1 Расчёт стального настила Цель расчёта стального настила: определить толщины и расстояния между балками настила.

Рис. 2 Расчётная схема стального настила где &#955;- гибкость настила; tн – толщина настила (tн=12 мм). По заданию допустимый прогиб настила равен ; . Отсюда прогиб настила равен: , где Е1- цилиндрическая жёсткость пластины. кПа, где &#965;=0,3 – коэффициент Пуассона; Е=2,06*105 МПа; - норма прогиба; мм. 1.2

Сравнение вариантов компоновки балочной клетки

Нормальная компоновка. Рис. Определяем толщину стенки tw 1) из условия прочности на срез в опорном... в нём относительно высокий уровень как нормальных, так и касательный н... 2.8.1 Расчёт стыка поясных листов Рис. где Кн/см2.