Рабочая площадка промышленного здания

Пояснительная записка

 к курсовому проекту

 

РАБОЧАЯ ПЛОЩАДКА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

  

 

 

Студент гр. 2-СУЗС-IV

Румянцева П.С.

Преподаватель:

Астахов И.В.

 

 

Санкт-Петербург

2019

СОДЕРЖАНИЕ

 

	Введение	4
1.	Исходные данные	5
2.	Разработка схемы балочной клетки	6
3.	Сбор нагрузок на 1 м2 настила	7
4.	Расчет балки настила	7
	4.1. Расчетная схема	7
	4.2. Сбор нагрузок	8
	4.3. Статический расчет	8
	4.4. Выбор материала	8
	4.5. Подбор сечения	9
	4.6. Геометрические характеристики сечения	9
	4.7. Проверка принятого сечения	10
5.	Расчет главной балки Б1	11
	5.1. Расчетная схема	11
	5.2. Сбор нагрузок	12
	5.3. Статический расчет	12
	5.4. Выбор материала	13
	5.5. Подбор основного сечения	13
	5.6. Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристик.	17
	5.7. Определение места изменения сечения	18
	5.8. Проверка принятых сечений	19
	5.8.1. Проверка по первой группе предельных состояний	19
	5.8.2. Проверка по второй группе предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации	20
	5.9. Проверка местной устойчивости	20
	5.9.1. Проверка местной устойчивости	20
	5.9.2. Проверка местной устойчивости стенки	20
	5.10. Расчет поясных швов	23
	5.11. Расчет опорных ребер	24
	5.11.1. Конструкция ребер на опорах А и Б	24
	5.11.2. Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие	24
	5.11.3. Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости, перпендикулярной стенке	25

 

	5.11.4. Расчет сварного шва, соединяющего опорное ребро по оси Б со стенкой	26
	5.12. Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах	26
	5.12.1. Общие указания	26
	5.12.2. Предварительная разработка конструкции	27
	5.12.3. Определение места стыка	28
	5.12.4. Расчет стыка стенки	29
	5.12.5. Расчет стыка пояса	30
	5.13. Подбор сечения с учетом развития пластических деформаций	31
6.	Конструкции и расчет прикрепления балки настила к главной балке	31
7.	Расчет колонны К1	31
	7.1. Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет	31
	7.2. Подбор сечения и проверка устойчивости колонны	32
	7.2.1. Определение сечения ветвей	32
	7.2.2. Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси Х-Х	33
	7.2.3. Установление расстояния между ветвями	33
	7.2.4. Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси Y-Y	34
	7.3. Расчет соединительных планок	35
	7.3.1. Установление размеров планок	35
	7.3.2. Определение усилий в планках	35
	7.3.3. Проверка прочности приварки планок	36
	7.4. Расчет базы	37
	7.4.1. Определение размеров плиты в плане	37
	7.4.2. Определение толщины в плане	37
	7.4.3. Расчет траверсы	39
	7.4.4. Расчет дополнительного ребра	39
	7.5. Расчет оголовка	40
	Список использованной литературы	41

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современные производства размещаются как в многоэтажных, так и в одноэтажных зданиях, схемы и конструкции которых достаточно многообразны.

Ограждающие конструкции, защищающие помещение от влияния внешней среды, пути внутрицехового транспорта, различные площадки, лестницы, трубопроводы и другое технологическое оборудование крепятся к каркасу здания.

    Каркас, т.е. комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от массы ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта, температурные технологические воздействия, может быть из железобетона, стали или смешанным. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.

Металлические конструкции обладают следующими достоинствами, в сравнении с железобетонными:

· Надежность;

· Легкость;

· Индустриальность;

· Непроницаемость.

Понятие «Металлические конструкции» включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется потребностями в них экономики и возможностями технической базы.

 

   

Расчет балки настила Б1

Расчетная схема

 Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий

Рис. 2.Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий

 

Сбор нагрузок

 

Грузовая площадь балки настила Б1 показана на рис. 2. Нагрузка на 1 погонный метр балки:

 а) нормативная q^н=g^н_*а+q_с.в.=2,1*2+0,1=4,5 т/м.п., где нагрузка от собственного веса 1 погонного метра балки принята ориентировочно 0,1т/м.п.;

б) расчетная q=g_*а+q_с.в.* γ_f =2,86*2+0,1*1,05=5, 83 т/м

где γ_f - коэффициент надежности по нагрузке [2,4].

Статический расчет

Максимальный расчетный изгибающий момент (в середине пролета)

Максимальный нормативный изгибающий момент

 Максимальная расчетная поперечная сила (на опоре)

Выбор материала

Выбор марки стали и назначение расчетного сопротивления осуществляется согласно приложению B [1].

По приложению B [1] балки перекрытий, работающие при статических нагрузках на изгиб при отсутствии сварных соединений относятся к группе 3.

По таблице B.1 [1] для конструкций группы 3 при заданных условиях эксплуатации (  допускается применение стали С245

 по ГОСТ 27772-2015.

По таблице B.5 [1] при толщинах в диапазоне от 2 до 20 мм расчетное сопротивление проката по пределу текучести при растяжении, сжатии и изгибе:

Подбор сечения

 В соответствии с формулой 50 [1] требуемый момент сопротивления

где - коэффициент условий работы, определяемый по таблице 1 [1] и равный для изгибаемых элементов 1;

 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций и определяемый по таблице Е.1 [1].

В данном случае в месте действия      и в непосредственной близости от него τ<0,5R_s; тогда в соответствии с пунктом 8.2.3 [1] β = 1.

Принимаем ориентировочно A_f / A_w = 0,75  , тогда с использованием линейной интерполяции по табл. Е.1 получаем с_х=1,095.

Критерием выбора двутавра является соответствие условию

W_x > W_x^тр=1370 см³. Принимаем двутавр 45Б3 450×180  с W_x = 1410 см³

Проверка принятого сечения

 

 1. Проверка прочности (I группа предельных состояний) осуществляется по пункту 5.18 [1].

Интерполяцией значений в табл. Е1 [1] находим с_х =1,094 для

A_f/A_w= 0,76

Двутавра 45Б2 будет недостаточно. Следовательно, двутавр 45Б3 является оптимальным.

Так как недонапряжение 2,78% меньше величины (c_x-1)*100=9,44%, то балка будет работать в упругопластической стадии и фактическая величина относительной высоты упруго ядра ξ_ф<1 находится по формуле:

ξ_ф=  = 0,54

где фактический коэффициент учета упругопластических деформаций

Рис. 5. Эпюры напряжений  в сечении балки Б1

Значение касательного напряжения τ на опоре при этажном сопряжении:

 при сопряжении в одном уровне:

где ;

0,8 – коэффициент, учитывающий ослабление болтами при сопряжении балок настила и главной балки в одном уровне.

Так как условная гибкость стенки , местную устойчивость стенки можно не проверять.

Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом (при наличии соответствующих конструктивных элементов, связывающих настил с балкой).

Проверка деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных состояний):

,

где  определяется по таблице E.1 [3].

 

Расчет главной балки Б2

Расчетная схема

 

Расчетная схема балки Б2 с эпюрами внутренних усилий представлена (на Рис. 6). Учитывая малую величину распределенной нагрузки от собственного веса балки, принимаем упрощенную расчетную схему по (рис. 6).

Рис. 6. Расчетная схема балки Б2 с эпюрами внутренних усилий

                                         5. 2. Сбор нагрузок

P^’=P*1,02 = q*l*1,02=5,83*7,1*1,02 = 42,22 т, где коэффициент 1,02 учитывает собственный вес главной балки.

Статический расчет

 При симметричной нагрузке (в нашем случае)

 =

Проверим величину M_max. Считаем нагрузку распределенной, тогда погонная нагрузка на балку:

 1,04 – коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки и балок настила.

 , что близко к более точному значению M_max=506,64 т*м и свидетельствует об отсутствии грубых ошибок при его вычислении.

Q_max=Ra - 0,5P’=147,77-0,5×42,22 = 126,66 кг

Эпюры Q и M даны на рис. 6.

Выбор материала

По прил. В[1] для сварных балок перекрытий, работающих при статических нагрузках на изгиб (группа 2) в условиях климатического района II₅ выбираем сталь С245 (ГОСТ 27772-88). Ориентировочно принимаем, что толщина полки прокатной балки (двутавра) f = 20 - 40 мм.

По таблице B.5 [1] для стали С245при t_f =20 - 30 мм расчетное сопротивление материала пояса по пределу текучести R_y=2345 кг/см².

Подбор основного сечения

Расчет без учета пластических деформаций.

1. Требуемый момент сопротивления сечения:

2. Задаемся гибкостью стенки

Рекомендуется предварительно принимать =120-140

3. Оптимальная высота балки, при которой площадь сечения будет минимальной,  

В нашем случае, для балки переменного сечения оптимальная высота (при которой объем балки будет минимальным)

h_опт = 0,95h¹_опт = 0,95*161,51 = 153,43 см

 Минимальная высота балки (при которой балка отвечает требованиям жесткости при полном использовании прочностных свойств материала):

где =  для пролета 14 м и определяется по таблице Е1[1];

Максимальная высота (при которой отметка низа балки d_δ=d_δmin) при этажном сопряжении главных балок и балок настила (см. рис. 7а).

Рис. 7. Сопряжение балок Б1 и Б2; а) этажное; б) в одном уровне

 

где максимальная строительная высота перекрытия:

Если  h_опт = 153,43 см, следовательно, принимаем этажное сопряжение.

Принимаем h_б = h_опт = 153,4 см; при этом  h_б

Высота стенки

Принимаем  кратно модулю 5 см.

4. Толщина стенки с учетом принятой гибкости:

 

По условиям коррозионной стойкости    .

По условию прочности в опорном сечении при работе на сдвиг:

 ,где .

 Принимаем стенку из толстолистовой стали если , или из толстолистовой стали (ГОСТ 199-74*), если , так, чтобы это значение удовлетворяло всем вышеуказанным требованиям. По сортаменту из этих стандартов t=6,7,8,9,10,11,12,14.. мм

Окончательно принимаем стенку из толстолистовой стали толщиной  (ближайший размер по сортаменту к величине , найденной из условия сохранения предварительно принятой гибкости, при выполнении условий коррозионной стойкости и прочности).

Таким образом, сечение стенки:

5. Требуемая площадь пояса из условия прочности

 

Слагаемое = 0 из-за его малой величины, таким образом:

Сечение пояса принимаем по (ГОСТ 82-70*). Приведем ряд значений "b" и "t" по сортаменту из этого стандарта:

b=180,190,200,210,220,240,250,260,280,300,320,340,360,380,400,420,450,480,500,530,560…. мм; t=10,11,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,40...мм.

 Необходимо соблюдать следующие требования:

1.  ; 310 мм  620 мм

2. При изменении сечения по ширине  (см. рис. 8)

Рис. 8. Изменение сечения балки Б2 по ширине поясов

3.  По условию местной устойчивости при изменении сечения по ширине  ;

4. ;

5.

Принимаем изменение сечения пояса по ширине. Назначаем , тогда

Принимаем      (ближайший больший размер по сортаменту из ГОСТ 82-70).

При назначении размеров  и  рекомендуется рассмотреть несколько вариантов  и выбрать такой вариант, при котором величина минимальна.

Окончательные размеры основного сечения:

Стенка - Пояс -

        

     Геометрические характеристики основного сечения:

; ;

;

где принимается для материала пояса.

Момент инерции стенки:

Момент инерции поясов:

где z =

Момент инерции основного сечения:

Момент сопротивления основного сечения:

Таблица геометрических характеристик.

Принимаем  (по ГОСТ 82-70). Окончательные размеры измененного сечения:

Стенка - Пояс -

    Геометрические характеристики измененного сечения:

;

Статический момент пояса:

Статический момент половины сечения:

Момент инерции измененного сечения

Момент сопротивления измененного сечения:

 

Таблица 2. Геометрические характеристики сечений

Сечение										,
Основное	109,2	186	404,4	4,32	-	-	372,4*103	1356,1 *103	1728,5 *103	22535,9
Измененное	72,8		331,6		5736,64	9340,4		904,1 *103	1276,5 *103	15936,3

 

Проверки принятых сечений

Оптимизация сечений Б2.

Так как устойчивость стенки обеспечена с большим запасом, следует выполнить оптимизацию сечения. Были выбраны следующие параметры:

основного сечения	стенка:	tw = 1,1 см	hw = 145 см
	полка:	tf = 2,5 см	bf = 50 см
измененного сечения	стенка:	tw = 1,1 см	hw = 145 см
	полка:	tf = 2,5 см	bf = 28 см

Геометрические характеристики основного сечения (п.5.5.)

; ;

где принимается для материала пояса.

Момент инерции стенки:

Момент инерции поясов:

где z=

Момент инерции основного сечения:

Момент сопротивления основного сечения:

Геометрические характеристики основного сечения (п.5.6.)

; ;

Статический момент пояса:

Статический момент половины сечения:

Момент инерции измененного сечения

Момент сопротивления основного сечения

Рис. 13. Основное и измененное оптимизированные сечения главной балки Б2

Таблица 3. Геометрические характеристики сечений

Сече- ние
Основ- ное	125	159,5	409,5	4,48	-	-	279,5*103
Изменен- ное	70		299,5		5162,5	8053,4

 

 

Сече- ние			,
Основ- ное	1359,8*103	1639,3*103	21857
Изменен- ное	761,5*103	1041*103	13880

 

Определение места изменения сечения (п.5.7)

Предельный изгибающий момент для измененного сечения в месте стыкового шва:

,

где  - расчетное сопротивление сварного стыкового шва сжатию, растяжению, изгибу по пределу текучести.

Используем полуавтоматическую сварку и физические методы контроля качества шва, тогда = =2345 кг/см² (см. табл. 3[1]).

При отсутствии физических методов контроля качества шва = .

По эпюре изгибающих моментов (см. рис. 7) определяем, что сечения с изгибающим моментом равным 325,486 тм, находятся в “II” и “VI” отсеках (за отсек принимается участок балки между сосредоточенными силами).

Найдем положение этих сечений относительно опор А и В (X_лев и X _пр). Уравнение изгибающего момента для IIотсека:

В нашем случае, при симметричной нагрузке на балку X_лев = X_пр=2,86 м.

Убедимся, что эти сечения отстоят от ближайших ребер (границ отсеков) не меньше чем на 10t_w:

2,86 – 2 = 86 см > 10*1,1 = 11 см.

Проверка принятых сечений (п.5.8)

По первой группе предельных состояний.

1. Проверка прочности основного сечения по нормальным напряжениям в месте действия максимального момента (рис. 10,а):

 

2. Проверка прочности измененного сечения по касательным напряжениям на опоре (рис. 10,б):

Проверка прочности измененного сечения по приведенным напряжениям в месте изменения сечения (рис. 10,в) согласно п. 5.14 [1]:

Здесь σ и τ определяются соответственно по М и Q в месте изменения сечения.

Коэффициент 1,15 учитывает развитие пластических деформаций:

3. Проверка общей устойчивости балки.

Проверяем условие (37) пункта 5.16 [1] для участка главной балки между балками настила:

, где

  (см. рис. 10),

расчетное сопротивление для материала пояса.

,

По первой группе предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации.

 

(0,9 – коэффициент, учитывающий уменьшение жесткости балки вследствие перемены сечения).

 

Проверки местной устойчивости (п.5.9)

Проверка местной устойчивости пояса.

 

По пункту 7.24 [1] местная устойчивость обеспечена, если:

 где  - величина неокаймленного свеса.

В нашем случае: .

Устойчивость пояса обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки.

а) Расстановка ребер жесткости (см. пункт 7.10 [1]). Предусматриваем парные поперечные (вертикальные) ребра в местах опирания балок настила и на опорах (см. рис. 14).

Рис. 14. Схема расстановки ребер жесткости по длине балки

При этом расстояния  " a " между ними не должны превышать 2h_ef при
 и 2,5h_ef  при

В нашем случае при  a=200 см < 2h_ef =2*145=290 см.

б) Определение размеров промежуточных ребер (см. пункт 7.10 [1]).

Требуемая ширина:  (см. рис. 12).

Принимаем

Требуемая толщина ребра:

 Принимаем        

 

в) Проверка местной устойчивости стенки

Так как , то проверка местной устойчивости выполняется по формуле:

По таблице 6 [1]

,

где Q - среднее значение поперечной силы на расчетной длине отсека  . При  расчетная длина   (в пределах наиболее напряженного отсека),  при .

В случае, когда балка меняет сечение в пределах проверяемого отсека максимальное нормальное сжимающее напряжение в стенке:   (или ), где M - средняя величина момента в пределах расчетной длины отсека. В случае, когда балка меняет сечение в пределах для упрощения расчета и в запас, можно считать, что  , где М - момент в месте изменения сечения.

Критические напряжения  и определяются в соответствии с п. 7.4 [1].

Проверка устойчивости в I-ом отсеке

 Так как сечение балки в отсеке I постоянно (), то M и Q должны быть вычислены на расстоянии

  (см. рис. 6).

Вычислим критические напряжения для I отсека по формуле 75[1]:

где  - принимается по таблице 21 [1] и меняется от 30 до 35,5.

Для упрощения расчета и в запас можно принять .

)  

Здесь μ - отношение большей стороны отсека к меньшей, в данном случае:

 Здесь d - меньшая из сторон отсека (в данном случае d=145 см)

Проверяем устойчивость по формуле 74[1]:

Местная устойчивость стенки в I-м отсеке обеспечена.

 

Проверка устойчивости в II-ом отсеке

В нашем случае во II-м отсеке балка меняет сечение. В месте изменения сечения максимальное нормальное напряжение в стенке:

  (см. рис. 6).  

Среднее касательное напряжение

 

Так как рассчитываемый отсек имеет те же размеры, что и отсек I, считаем, что критические напряжения имеют те же значения.

Тогда: 

Местная устойчивость стенки в II-м отсеке обеспечена.

Проверка устойчивости в III-м и IV -м отсеках.

 

Устойчивость в этих отсеках обеспечена, так как значение будет близким к во II-м отсеке, а величина будет меньше.

Устойчивость стенки в крайних отсеках справа следует проверять при несимметричном загружении главной балки.

Расчет поясных швов

Расчет производится согласно пункту 11.16 [1] по формулам:

1) по металлу шва (сечение 1-1 рис. 15).

2) по границе сплавления (сечение 2-2 рис.15). 

В нашем случае по пункту 14.1.7[1] катет шва

 ;

b) катет шва не меньше указанного в таблице 38 [1], для тавровых сечений с двухсторонними угловыми швами при автоматической сварке, R_y до 285 Н/мм² и толщине более толстого из свариваемых элементов t_f = 2,5 см минимальное значение k_f = 1 см.

Принимаем минимальный возможный k_f = 1 см.

 

 

Рис. 15. Расчетные сечения поясных швов

По табл. 39[1] для автоматической сварки в "лодочку" и при диаметре проволоки d=1,4-2 мм и для катета шва  коэффициенты, учитывающие форму поперечного сечения шва, составляют

В соответствии с пунктом 11.2 [1] коэффициенты условий работы шва

Принимаем материалы для сварки по табл. Г1 [1] для стали с С245 при автоматической сварке под флюсом выбираем сварочную проволоку Св-08А и флюс АН-348-А.

По табл.4 [1] расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва:

где нормативное сопротивление шва по временному сопротивлению     принимается по табл. 4 [1], а коэффициент надежности по материалу шва определяется по табл. 4 [1] (примечание).

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления.

 где временное сопротивление стали  принимается по табл. В5 [1] для менее толстого листа, так как его прочность меньше. В соответствии с пунктом 14.2 [1] проверим условие:

(*)  ;  

                  

Условие (*) выполняется, следовательно, материалы для сварки выбраны правильно. Проверим прочность по металлу шва:

, где сдвигающее усилие на единицу длины:

 .

Таким образом, прочность по металлу шва обеспечена. Проверим прочность по границе сплавления:

Таким образом, прочность по металлу границы сплавления обеспечена.

 

Расчет опорных ребер

5.12.1 Конструкция ребер на опорах "А" и "Б".

 Сечения опорных ребер представлены на рис. 16.

Рис. 15. Расчетные сечения опорных ребер

 

Общие указания

 

При определении места стыка следует исходить из предположения, что по условиям транспортировки балка должна быть разделена на две отправочные марки, так, чтобы разница их длин была минимальной. Тогда местоположение стыка определится по несущей способности сечения, ослабленного отверстиями под болты.

Предварительная разработка конструкции

При определении места стыка следует исходить из предположения, что по условиям транспортировки балка должна быть разделена на две отправочные марки, так, чтобы разница их длин была минимальной. Тогда местоположение стыка определится по несущей способности сечения, ослабленного отверстиями под болты.

При высоте балки h_б = 150 см рекомендуется применять следующие диаметры высокопрочных болтов: 16, 20, 24 мм. Площади сечений нетто A_бn этих болтов соответственно равны 1,57; 2,45 и 3,53 см² по табл. Г9 [1]. Принимаем предварительно d_в=24 мм.

Диаметр отверстия под болт: d= d_в+3=27 мм.

Из конструктивных соображений и унификации толщина каждой из двух накладок для стенки t_н принимаются равной толщине стенки t_w. Размеры накладок по ширине и длине должны быть минимальными. Размещение болтов производится с учетом допустимых минимальных и максимальных расстояний между центрами болтов и от центра болта до края элемента в соответствии с табл. 40 [1]. При этом расстояние следует округлять до 5 мм в большую или меньшую сторону (для минимальных и максимальных расстояний соответственно).

Зазор между отправочными марками принимаем равным 10 мм (см. рис. 17). Число вертикал