Лист 33333333
Способы изготовления и монтажа конструкций рабочей площадки
При проектировании стальных строительных конструкций необходимо чётко представлять себе технологию изготовления, монтажа и условия эксплуатации проектируемого сооружения, чтобы отработать принятые конструктивные решения на технологичность.
Стальной листовой настил поступает на монтаж в виде отдельных листов или листов с подкрепляющими рёбрами, удобных для транспортирования.
Вспомогательные балки изготавливают из прокатных двутавров.
Главные балки сварные, составного сечения из листового проката. Присоединение поясов к стенке производится полуавтоматической сваркой под слоем флюса. Соединения стальных элементов выполняются полуавтоматической сваркой в среде СО2. Монтажные стыки главных балок выполняются сварные.
Колонны (стойки) – сплошные, двутаврового составного сечения. Присоединение полок к стенке в сплошных колоннах выполняется автоматической сваркой.
Конструктивное оформление всех элементов рабочей площадки осуществляется полуавтоматической сваркой в среде СО2.
Монтажные соединения вспомогательных балок с главными выполняются на болтах нормальной точности диаметрами 18, 20мм или на сварке.
Крепление колонны к фундаментам осуществляется на анкерных болтах, выбранных конструктивно, диаметром 20мм из стали ВСт 3сп2-1 по ГОСТ 535-88.
Назначение стали для конструкций
и материалов для сварки Для сварных конструкций 3 группы, работающих при статической нагрузке (колонны, стойки настил, связи) при расчётной температуре и эксплуатации конструкций выше или равной -300 С и климатического района ІІ5 (г.Курск), можно принять сталь С235 по ГОСТ 27772-88.
Для сварных конструкций 2 группы, работающих при статической нагрузке (балки перекрытий), принимаем сталь С245 по тому же ГОСТу.
Нормативные и расчётные сопротивления проката принимают в зависимости от стали, вида и толщины проката.
Для сварных соединений деталей и элементов конструкций необходимо выбрать материалы для сварки. Расчётные сопротивления сварных соединений определяют по табл. 3 и 56 приложения 2 СНИП II-23-81*.
Результаты выбора стали и сварочных материалов приведены в табл. 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1. - Стали для конструкций рабочей площадки.
Наименова-
ние конст-
рукции
|
Сталь
|
ГОСТ
| Вид прока-та
| Толщина проката,
мм
| Норматив- ное
сопро-
тивление,
МПа
| Расчёт-ное сопро- тивление, МПа
| Балки:
сварные
| С255
| 27772-88
| лист
| 4-20
20-40
| 245
235
| 240
230
| Балки:
прокатные
| С245
| 27772-88
| фасон
| 2-20
| 245
| 240
| Колонны:
сварные
| С235
| 27772-88
| лист
| 2-20
20-40
40-100
| 235
225
215
| 230
220
210
| Колонны:
прокатные
| С235
| 27772-88
| фасон
| 2-20
| 235
| 230
| Настил
| С235
| 27772-88
| лист
| 2-20
| 235
| 230
| Связи
| С235
| 27772-88
| лист
фасон
| 2-20
2-20
| 235
235
| 230
230
|
Таблица 2.2. – Материалы для сварки стали С235 и С245.
Вид сварки
| Сварные швы
| Материалы для сварки
| Автоматическая под
слоем флюса
| Поясные швы сварных
балок и колонн
| Флюс АН-60 по ГОСТ 9087-81*.Сварочная проволока Cв-08А по ГОСТ 2246-70*
| Полуавтоматическая
в СО2
| Сварка элементов
конструкции
| Углекислый газ по ГОСТ 8050-85. Сварочная проволока Cв-08Г2С по ГОСТ 2246-70*
| Ручная
| Прихватки при сборке
конструкции, монтажная сварка
| Электроды типа Э42 по ГОСТ
9467-75*
|
Расчёт настила
3.1 Расчет пролёта настила
Настил опирается на вспомогательные балки (балки настила) и крепится к ним на монтажной сварке (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Конструктивная схема и расчетная схема настила Расчётный пролёт настила (шаг балок) определяется по формуле:
,
где tн – толщина настила (толщиной настила задаются в соответствии сортаментом на толстолистовую сталь ГОСТ 19903-74;
– временная равномерно-распределённая нагрузка, кПа;
- предельный относительный прогиб.
Принимаем lн = 1 м, = 26 кПа, тогда
Принимаем
Принимаем lн = 1,5 м, = 26 кПа, тогда
Принимаем
Принимаем lн = 0,6 м, = 26 кПа, тогда
Принимаем
Расчет распора настила
Распор настила Н определяется по формуле:
,
где n – коэффициент перегрузки для действующей нагрузки, n = 1,2;
- предельный относительный прогиб;
= 0,3 для стали (коэффициент Пуассона);
Е = 2,06∙104 кН/см2.
3.3 Расчёт катета углового шва
Расчётный катет углового шва Кf , прикрепляющего настил к балке, определяется по формуле:
где βf = 0,7 – коэффициент глубины проплавления;
Rwf = 180МПа =18 кН/см2 – расчётное сопротивление срезу металла шва;
– коэффициент условий работы сварного шва;
- коэффициент условий работы настила.
Принимаем Kf = 4 мм (СНиП II-23-81);
Принимаем Kf = 4 мм (СНиП II-23-81);
Принимаем Kf = 4 мм (СНиП II-23-81). 3.4 Расчёт расхода стали на 1м2
Расход стали в кг на 1 м2 настила определяется по формуле:
где tн – толщина настила;
ρ = 7850кг/м3 – плотность стали.
;
;
.
4. Расчёт вспомогательной балки (балки настила) 4.1 Определение нагрузок на вспомогательную балку
На вспомогательную балку передаётся временная нагрузка и масса настила. Расчетная схема балки представлена на рис. 4.1.
Полная нормативная нагрузка на вспомогательную балку:
где – временная равномерно-распределённая нагрузка, кПа;
– шаг вспомогательных балок, м.
Полная расчётная нагрузка на балку:
,
где γр = 1,2 , γg = 1,05 – коэффициенты надёжности по нагрузке;
– ширина грузовой площади (шаг вспомогательных балок).
- временная нормативная нагрузка.
;
;
4.2 Определение Mmax и Qmax
Расчётный изгибающий момент (длина балки настила 6м):
, где В = 6 м– длина балки настила
.
Рис. 4.1 Расчётная схема вспомогательной балки
4.3 Расчёт требуемого момента сопротивления балки
Из условия , ,
где с = 1,1 – коэффициент для двутавровых балок;
Ry =240 МПа = 24 кН/см2 – расчётное сопротивление;
γ = 1 – коэффициент условий работы.
Принимаем двутавр № 33 по ГОСТ 8239-89 с изм., имеющий I = 9840 см4, W = 597 cм3, А = 53,8 см2. Проверяем только прогиб, т.к. W=597 см3 > W=536,59 см3
,
,
. ;
– сечение удовлетворяет условию прогиба.
Принимаем двутавр № 40 по ГОСТ 8239-89 с изм., имеющий I =19062 см4, W = 953 cм3, А = 72,6 см2.
– сечение удовлетворяет условию прогиба.
Принимаем двутавр № 27 по ГОСТ 8239-89 с изм., имеющий I = 5010 см4, W = 371 cм3, А = 40,2 см2.
– сечение не удовлетворяет условию прогиба.
Принимаем двутавр № 30 по ГОСТ 8239-89 с изм., имеющий I = 7080 см4, W = 472 cм3, А = 46,5 см2.
– сечение удовлетворяет условию прогиба. 4.4 Расчёт массы стали двутавра на 1 п.м:
Устанавливаем массу в кг 1 п.м. двутавра с площадью поперечного
сечения А :
- плотность стали.
4.5 Расчет расхода стали в кг на 1 м2 на вспомогательные балки:
4.6 Расчет общего удельного расхода стали на вспомогательные балки в кг на 1 м2:
. 4.7 Расчёт удельной стоимости стали (настил + балки настила) в кг на 1 м2 перекрытия:
- стоимость 1 т стали для настила и балок настила. Таблица 4.3 – Стоимость стали в руб/т Вид проката
| Толщина
проката,
мм
| Сталь по ГОСТ 27772-88
| С235
| С245
| С255
| Лист
| 2-20
| 15 000
| 17 000
| 18 000
| Двутавр
| 2-20
| 16 000
| 18 000
| 20 000
|
.
.
. Таблица 4.4 - Технико-экономические показатели вариантов компоновки рабочей площадки
Показатели
| Единица измерения
| Варианты
| I
| II
| III
| Расход металла
| кг/м2
| 105,2
| 132,5
| 75,15
| Стоимость металла
| Руб/м2
| 1705
| 2101
| 1253
| Кол-во монтажных единиц:
Настила
Балок насила
|
шт. шт.
шт.
|
50 24
26
|
34 16
18
|
82 40
42
|
По результатам определения технико-экономических показателей самый экономичный вариант – III.
5. Расчёт главной балки.
5.1. Подбор сечения главной балки.
Главная балка воспринимает нагрузку от вспомогательных балок. Нагрузку можно считать равномерно-распределённой, если число опирающихся по длине балки вспомогательных балок более 6 (рис. 5.1.1.).
Рисунок 5.1.1. – Расчётная схема главной балки. Нормативная равномерно-распределённая нагрузка на главную балку:
gгбн = (g +g0)∙В∙1,02 ,
где g0 – масса вспомогательных балок и настила, приходящаяся на 1 м2 рабочей площадки;
1,02 – коэффициент учитывающий собственную массу главной балки;
В – ширина грузовой площади (шаг главных балок).
gгбн = 1,02∙(22,5+1,3)∙3=72,828 кН/м.
Расчётная нагрузка на главную балку:
gгб = (g∙γр +g0∙γg0)∙В∙1,02 ,
gгб = (22,5∙1,2+1,3∙1,05)∙1,02∙3 =86,797 кН/м.
Расчётный изгибающий момент:
Мmax = = = 2777,5 кН∙м = 277750кН∙см .
Поперечная сила:
Qmax = = 694,376 кН .
Сечение главной балки сварное, представлено на рис. 5.1.2.
Рисунок 5.1.2. – Сечение главной балки. Главная балка принимается переменного по длине сечения и рассчитывается без учёта развития пластических деформаций.
Для подбора сечения балки определяют требуемый момент сопротивления.
Wтр = = 10521 см3 .
Оптимальная высота балки, обеспечивающая минимальный расход стали определяют по формуле:
hопт = ,
где tст = 7+3∙h – толщина стенки, мм;
k = 1,15;
h = =1,6 м - высота балки.
tст = 7+3∙1,6 = 11,8мм.
Принимаем толщину стенки tст = 12мм.
hопт = 1,15∙ = 107,68см.
Минимальная высота балки определяется по формуле:
hmin = ,
hmin = = 89,6см.
Т.к. hопт > hmin, то принимаем высоту балки h = 110см.
Из условия работы стенки на срез определяют её толщину по формуле:
tст = = 0,701см,
где Rs = 13,5 кН/см2 .
Чтобы не применять продольных рёбер жёсткости, толщину стенки балки необходимо определить по формуле:
tст = h∙/5,5 = 110∙/5,5 = 0,68см.
Сравниваем полученную расчётным путём толщину стенки с принятой (12мм), приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления её продольным ребром жёсткости для обеспечения местной устойчивости.
Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки. Требуемый момент инерции сечения балки определяем по формуле:
I = W∙h/2 = 10521∙110/2 = 578655 cм4 .
Находим момент инерции стенки балки, принимая толщину поясов 2см.
hст = h – 2tn = 110-2∙2 = 106см.
Iст = tст∙h3ст/12 = 1,2∙1063/12 = 119101,6 см4 .
Момент инерции, приходящийся на поясные листы:
Iп = I – Iст = 578655-119101,6 = 459553 см4 . Площадь сечения пояса:
Ап = ,
где h0 = h-tn = 110-2 = 108см.
Ап = = 78,799 см2 .
Уточним принятый ранее коэффициент учёта пластической работы с1 исходя из: Ап = bпּtп ,
где bп = Ап/tn = 78,799/2 = 39,4см, принимаем 400мм;
мм
Ап = 40∙2 = 80см2 .
Аст = hст∙tст = 106∙1,2 = 127,2см2
= 0,6289
По интерполяции принимаем с1 = 1,1071, которое практически соответствует заданному с1 = 1,1.
В балках отношение ширины свеса сжатого пояса bсв к его толщине tп не должно превышать: в сечениях, работающих упруго
; 10 14,65.
Подобранное сечение балки проверяем на прочность. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки:
I = Iст + Iп = Iст + 2∙bп∙tп∙,
I = 119101,6 + 2∙40∙2∙= 585661,6cм4;
W = = = 10648см4;
Наибольшее нормальное напряжение в балке:
= = = 23,56 кН/см2 < R=24кН/см2.
Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и имеет недонапряжение 1,9% , что меньше требуемых 5%.
Проверку прогиба в балке делать не надо, т.к. принятая высота сечения больше минимальной и прогиб в балке не будет больше нормативного.
6. Расчёт центрально-сжатой стойки.
Расчётная схема колонны определяется способом закрепления её в фундаменте, а также видом прикрепления балок, передающих нагрузку.
Рисунок 6.1. - Расчетная схема колонны. Длина стойки определяется по формуле:
= Н+0,5-hб.н. ;
где Н=12,4 – отметка верха площадки, м;
hб.н.= 40см = 0,4м - высота вспомогательной балки.
= 12,4+0,5-0,4 = 12,5м.
Расчетная длина стойки определяется по формуле :
= ּμ , где μ = 1.
= 12,5ּ1 = 12,5м.
Требуемая площадь сечения:
Атр = ;
где N– расчётное усилие в колонне;
N = Qгл.бл. ּ1,02 = 694,376ּ1,02 = 708,264
Ry= 23 кН/см2 ; γс = 1,0
= 120 ; φ = 0,434.
Атр = = 70,95 см2.
Радиус инерции определяем по формуле:
iтр = = 10,4см.
Ширина сечения : bтр = = = 43,3 см.
Принимаем bf = 42см, tf = 1,2см, hω = 39,6см, tω = 0,8см.
Фактическая площадь:
Аф = 2ּbfּtf +
Аф = 2ּ42ּ1,2+39,6ּ0,8 = 132,48 см2.
Проверяем напряжения по подобранному сечению:
Iy = = = 14817,6см2 ; iу = = 10,58см
λ = = 118,15; φ =0,44487.
= 12кН/см2 < 23кН/см2 .
Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости.
Проверяем местную устойчивость стенки по формуле:
= 3,9;
= 49,5 ≤ (0,36+0,8)ּ = (0,36+0,8ּ3,92)ּ = 374,93.
Проверяем местную устойчивость полки:
= 22,45.
Расчеты показали, что стенка и полка удовлетворяют требованиям устойчивости.
Рисунок 6.2. – Сечение колонны.
7. Конструирование и расчёт узлов сопряжения
элементов рабочей площадки.
7.1. Поэтажное опирание балки настила на главную балку.
Рисунок 7.1. – Поэтажное сопряжение балки настила и главной балки. Расчёт сопряжения состоит в проверке опорного участка прокатной балки на устойчивость по формуле:
,
где Qб.н.= 134,34 кН – опорная реакция балки настила;
φ – коэффициент продольного изгиба, определяется по гибкости:
λ ≈= 160,64 ; φ = 0,242 ;
h = 40см – высота балки настила;
tω = 8,3мм – толщина стенки балки;
Аоп.ч.= (b+k)ּtω – площадь опорной части стенки балки;
b = 19,5см - длина опорной части балки;
k = 30,5мм - расстояние от наружной грани балки до начала закругления стенки;
Ry = 24 кН/см2 – расчётное сопротивление стали;
γс = 1 – коэффициент условия работы.
Аоп.ч. = (19,5+3,05)ּ0,83 = 18,72 см2
= 29,65 кН/см2 > 24 кН/см2
Т.к. условие не выполняется, то применяем рёбра жёсткости.
Ix = tрּ+(b+k-tр)ּ ,
где tр = 6мм – толщина рёбер жёсткости ;
bI = 15,5см – ширина полки;
Ix = 0,6ּ310,32+21,95ּ0,048 = 187,25 см4
Аа = А+2ּАр = 18,72+2ּ8,802 = 36,324 см2
ix = = = 2,27 см
λ = = = 17,62 ; φ = 0,9882
= 3,7 кН/см2 < 24кН/см2 .
7.2. Узел примыкания главной балки к колонне.
Рисунок 7.2. – Примыкание главной балки к колонне.
1. Определяем размеры опорного ребра.
Аоп.р.= ,
где Rp – расчётное сопротивление стали смятию торца,
Rp = = 351,22 МПа = 35,122 кН/см2 ,
Run – нормативное сопротивление при растяжении, сжатии и изгибе по
временному сопротивлению;
γс – коэффициент надёжности по материалу.
Аоп.р. = = 19,8 см2
Принимаем толщину опорного ребра tоп.р.= 12мм, ширину bоп.р.= 180мм.
Аоп.рф = bоп.р.·tоп.р. = 1,2ּ18 =21,6 см2 . 2. Находим катет сварного шва, прикрепляющий опорное ребро к стенке:
Kfш1= ,
где Qг.б. – реакция главной балки;
lш1 – длина шва 1;
βf – коэффициент глубины провара при расчёте по металлу границы
сплавления;
Rwf – расчётное сопротивление срезу по металлу шва;
Rwf = = 215МПа =21,5кН/см2 ,
Kfш1= = 0,22см = 2,2мм
Kfш1 = ,
где βz – коэффициент глубины провара при расчёте по металлу границы
сплавления;
Rwz – расчётное сопротивление срезу по металлу границы сплавления;
Rwz = 0,45ּRun = 0,45ּ360 = 162МПа = 16,2кН/см2.
Kfш1 = = 0,2см = 2мм.
По таблице 38 СНиП II-23-81* принимаем kf min= 6мм
3. Определяем высоту опорного столика колонны из условия прикрепления его сварными швами:
hоп.ст =+ 2см ≤ 85βikf
Толщина опорного столика 40мм, с учётом таблицы 38 СНиП II-23-81* kf = 9мм.
Так как βfkfRwf = 13,55 < βzkfRwz = 14,58 , поэтому
hоп.ст. = +2см = 36,2см < 85ּ0,7ּ0,9 = 53,55см
Принимаем hоп.ст. = 360мм. 7.3. Узел опирания колонны на фундамент.
Рисунок 7.3.1. – Шарнирная база сплошной колонны.
Находим размеры плиты:
L = h+2ּa = 420+2ּ120 = 660 мм;
В = b+2с+2tтр = 420+2ּ50+2ּ12 = 544 мм;
Площадь плиты:
Апл = ,
где Nк – расчётное усилие в колонне;
Rб = 8,5 МПа = 0,85кН/см2 – расчётное сопротивление бетона класса В15 сжатию.
Апл = = 833,25 см2
Аплф = 66ּ54,4 = 3590,4 см2.
Определяем толщину плиты:
tпл =
Момент на консольном участке 1:
М1 = ,
где qф = = 0,2 кН/см2 < Rб = 0,85кН/см2 – расчётное давление на 1см2 плиты, равное напряжению на фундамент.
М1 = = 2,5 кНּсм
Момент на участке 2 (при опирании на 3 канта):
Т.к. b/a = 42/12 = 3,5 > 2, то участок рассчитывается как консоль:
М2 = = = 14,4 кНּсм.
Момент на участке 3 (при опирании на 4 канта):
М3 = αּqфּа12 ,
где α – коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны b1 к более короткой а1, при b1/а1 = 396/206 = 1,9ּα = 0,098
М3 = 0,098ּ0,2ּ20,62 = 8,3 кНּм.
Толщина плиты:
tпл = = 1,938 см
Принимаем толщину плиты 20мм.
Определяем высоту траверсы из условия прикрепления её к полкам колонны:
hтр. = + 1см,
где kf = 1,2ּtтр = 1,2ּ12 = 14,4мм, принимаем kf = 12мм
γwf – коэффициент условия работы, равный 1 во всех случаях.
Т.к. βfkfRwf = 18,06 < βzkfRwz = 19,44, поэтому расчёт ведём по металлу сварного шва:
hтр = + 1см = 10,8 см
hтр < 85βfkf = 71,4 см.
Принимаем высоту траверсы hтр = 10см.
Определяем катет сварного шва ш2:
kfш2 = = 0,1см = 1мм
По таблице 38 СНиП II-23-81* принимаем kf min= 6мм
8. Список используемой литературы.
Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведеников «Металлические конструкции» - М.: Стройиздат, 1986г.
А. З. Белик, В. М. Белик «Пособие по конструированию и расчёту узлов стальных конструкций». – Тула, 1988г.
СНиП II-23-81*. «Стальные конструкции». – М., 1990г.
СНиП 2.01.07-85. «Нагрузки и воздействия». – М.,1988г.
ЮЗГУ-КР- 417033
Изм. Кол. Лист №док Подпись Дата
перейти в каталог файлов
| Образовательный портал
Как узнать результаты егэ
Стихи про летний лагерь
3агадки для детей |