Стальная рабочая площадка промздания, компоновка, конструирование и расчет несущих элементов

см⁴, (нагрузка в кН/см длины балки).

Принимаем предельную по требованиям  местной устойчивости стенки условную ее гибкость и определяем соответствующее ей отношение (h_w/t_w)_u=λ_wu

, где R_y=24 кН/см² для стенки балки.

Для определения направления оптимизации сечения - по условиям прочности или жесткости, вычислим минимальные необходимые площади сечения балки:

по условиям прочности (по W_x.тр)

см²

по условиям жесткости(по J_x.тр)

см²

Поскольку > , далее конструирование сечения ведем по условиям прочности.

Оптимальная высота сечения стенки по условиям прочности

см

Принимаем высоту стенки h_w= 130см <138.1 см (Учитывая, что при h_w≥105 готовый прокат кратен 10 см из толстолистовой стали).

Толщина стенки см

Принимаем t_w =1,0см

Требуемая площадь сечения  одного поясного листа:

по условиям прочности

см²

Ширину и толщину b_f и t_f поясных листов принимаем, сообразуясь со стандартными размерами листов широкополосной универсальной стали по ГОСТ 82-70.

При этом должны выполняться  условия:

см²

см

b_f ≥ 180мм при выполнении поясных швов автоматом;

b_f ≤ 600мм для равномерного распределения σ в поясе

t_f ≤ 3•t_w=3•1,0=3,0 см для снижения сварочных напряжений в поясных швах;

, для обеспечения местной  устойчивости сжатого пояса (п.7.24 СНиП [1]).

Соответственно этому, принимаем  b_f =32 см; t_f = 2 см; A_f = 64см²; b_f/t_f =30/2=19<26.2

Для принятого сечения  балки вычисляем геометрические характеристики.

Состав сечения:

стенка - 1800х20/ ГОСТ 19903-74*

пояса – 360х40/ ГОСТ 82-70

Момент инерции сечения:

 см⁴.

Момент сопротивления:

 на 3,2%< 5%

Статический момент полусечения:

см³

Статический момент пояса  относительно оси х-х:

 

см³

Показатель экономичности  при конструировании сечения  по условиям прочности:

 

Принятое сечение сварной  балки проверяем:

а) на прочность в сечении  на 0,5•L при действии

 

(Запас прочности 3,1%);

б) на прочность при действии Q_max = 653 кН в сечении на опоре(п.5.12 СНиП[1])

кН

в) на жесткость по второй группе предельных состояний

Сечение экономично и удовлетворяет  требованиям прочности и жесткости.

Проверку общей устойчивости балки не делаем, т.к. она раскреплена  в пролете второстепенными балками  настилом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3 Размещение ребер жесткости  и проверка стенки на местную  устойчивость

              

 

Размещение ребер жесткости и вычисление усилий в расчетном сечении рассматриваемого отсека

Для принятого сечения  главной балки условная гибкость стенки

   (h_ef.w = h_w =140 см согласно п. 7.1 СНиП [1] ).

Согласно п. 7.1 СниП [1] стенку балки укрепляем поперечными односторонними ребрами с шириной ребра

мм

и толщиной

 

Ребра размещаем с шагом, равным удвоенному шагу балок см, что не превышает 2h_ef.w=240см (п. 7.10 CНиП [1]). Размещение ребер показано на рис. 6.3.1.

Для проверки устойчивости стенки рассматриваем ее участок (отсек), ограниченный поясами и ребрами  жесткости, размером 2,0 м x 1,2 м, расположенный в средней части балки (рис. 6.3.1). Согласно п. 7.2 СНиП [1] расчетные напряжения σ и τ для этого участка вычисляем по М_ср и Q_ср для наиболее напряженного участка стенки длиной h_w=140 см. Усилия в сечениях 1-1 и 2-2 по концам этого участка составляют:

 кНм

кНм

Где кН

кН

кН

Усредненные значения усилий:

 кНм

кН

Соответствующие им усредненные расчетные напряжения в стенке на рассматриваемом участке:

кН/см²

 кН/см²

При сосредоточенных нагрузках на пояса балок в расчете стенки на местную устойчивость должны учитываться напряжения σ_loc, величина которых вычисляется по п. 5.13 СНиII [1].

 кН/см²

Где F=Q_в.б=37.16 - поперечная сила на опоре второстепенной балки;

l_ef=b+2•t_ef=12,0+2•2=16,0 см –условная длина распределения нагрузки (по рис 6.3.1).

Критические напряжения для рассматриваемого участка стенки по п.п. 7.4 и 7.6 СНиП [1]:

 кН/см², где C_cr=32,6 по таблице 21[1] в зависимости от коэффициента

β=0,8 по табл. 22 [1];

b_f=38 см; h_ef.w=h_w=140 см; t_f=2 см; t_w=1,0 см; =4,09 – характеристики элементов сечения балки.

 кН/см²

где μ=2/1,2=1,67; ; R_s=18.27 кН/см²;

 кН/см²

Здесь по таблице 23 [1] (по интерполяции) при и δ=2,03 по предыдущему;

Местную устойчивость стенки при учете проверяем по формуле п. 7.6 [1] при γ_c=1

Местная устойчивость стенки на рассматриваемом участке обеспечена.

 

6.4 Расчет поясных швов  сварной главной балки

Поясные швы балки конструируем угловыми двусторонними; сварка автоматическая с применением сварочной проволоки Св-08А и флюса АН-348-А. Расчетные сопротивления:

R_wf=18,0 кН/см² (таблица 3 СНиП [1]);

R_wz=0,45•R_un=0,45•38=17.1 кН/см² (таблица 3 СНиП [1]).

Рассчитываем поясные  швы по опорному сечению балки  с учетом сосредоточенной нагрузки на пояс от двух второстепенных балок, руководствуясь п.п. 11.2 и 11.16 СНиП [1] и применяя формулы (138) и (139) таблицу 37.

Продольное сдвигающее усилие

 кН/см.

Поперечное усилие от давления на пояс двух второстепенных балок

 кН/см,

где F=2•77,84 =74.32 кН – две опорные реакции второстепенных балок;

l_ef=b+2•tf=12,0+2•2=16,0

b=12,0 см – ширина поясов второстепенной балки;

t_f=2 см – толщина пояса главной балки.

Согласно п. 11.2 СНиП [1] принимаем:

β_f=1,1;

β_z=1,15 (таблица 34 при диаметре сварочной проволоки 3 мм; k_f.min=3 8 мм и сварке в лодочку);

γ_wf=0,85; γ_wz=0,85 (климатический район II₂; R_wun=490 МПа).

Требуемая высота шва по катету по формуле (138):

 см;

по формуле (139):

  см.

Согласно п. 12.8 и таблице 38 СНиП [1] принимаем высоту поясных швов по катету k_f=8 мм.

 

 

6.5 Конструирование и  расчет опорного узла главной  балки

Опорный узел главной балки  при опирании на середине колонны конструируем с торцевыми опорными ребрами.

Ширину ребра 2•b_h принимаем равной ширине пояса балки b_f=32 см.

Предварительная толщина  торцевого ребра

 см.

Принимаем t_h=1,8

Толщину ребра проверяем  по прочности на торцевое смятие:

кН,

где R_p=R_u= 46 кН/см² по таблицам 1 и 51 СНиП [1] для стали С345 при толщине листа 10 20 мм.

Толщина торцевого листа  достаточна.

Высоту k_f шва, прикрепляющего торцевое ребро к стенке балки, рассчитываем по формуле

cм.

Шов выполняется полуавтоматической сваркой проволокой d=2 мм в нижнем положении. По таблице 34 СНиП [1] βf=0.9 при =8 мм; =1, по п. 11.2 СНиП [1]; количество швов n_w=2, а расчетное усилие F=Q_max==2905,0 кН; расчетное сопротивление металла шва R_wf= 24 кН/см (по предыдущему).

Руководствуясь таблицей 38 СНиП [1], принимаем k_f=1 cм и проверяем достаточность фактической длины шва:

.

Торцевое ребро с частью стенки (сечение1-1) проверяем на устойчивость из плоскости балки как условную стойку высотой h_w=120 см и нагруженную опорной реакцией балкиF=Q_max=2622 кН по формуле (7) СНиП [1]:

,

где

см;

 

Момент инерции и радиус инерции сечения относительно оси  y-y:

;

.

Гибкость условной стойки

По таблице 72 СНиП [1] определяем 0,99 (по интерполяции) и определяем условную опорную стойку на устойчивость:

Опорный узел с торцевым опорным ребром обладает достаточной  прочностью и устойчивостью. Опорные  узлы балок на крайних колоннах конструируем с боковыми опорными ребрами. Размеры  их – по конструктивным соображениям.

            

Опорный узел балки и сечение условной опорной  стойки

 

 

 

7. Конструирование и расчет колонны.

7.1 Конструирование и расчет  стержня колонны.

Колонны проектируем сквозного сечения  из двух прокатных профилей (двутавры или швеллеры), соединенных планками. Металл колонны - сталь С245 с R_у=24 кН/см² (по таб. 51 СНиП [1] при t до 20 мм). Конструктивная и статическая расчетная схемы колонны показаны на рисунке. Здесь при значении расчетной схемы колонны учитываем, что в плоскости, перпендикулярной пролету главных балок, оголовок закреплен от смещения связями.

                

 Конструктивная и расчетная схемы колонн

Рассчитывается средняя колонна  площадки, на которую передается нагрузка от двух главных балок  . Колонну считаем шарнирно закрепленной по концам. Соответственно, ее расчетные длины равны – фактической длине колонны (п. 6.8. СНиП [1]). Приняв предварительно гибкость , по таблице 72 СНиП [1] принимаем (по интерполяции) и из формулы (7) СНиП [1] определяем требуемую площадь сечения колонны:

 

 

требуемый радиус инерции сечения:

Принимаем сечение колонны из 2 I24. Характеристики :

. Фактическая гибкость стержня  колонны

Условная гибкость

.

При согласно п. 5.3.СНиП [1] значение вычисляем по формуле:

.

Проверяем устойчивость стержня колонны относительно материальной оси х-х по формуле (7) СНиП [1]:

.

Ширину  сечения "b" назначаем из условия равноустойчивости стержня используя зависимости: для сечения из 2I  ( [7] стр. 118).

Используя для сечения из 2 I , получим

,

где 1,3 учитывает увеличение гибкости l_у сквозной колонны за счет податливости соединительных элементов.

 

 

Ширина "b"  по осям двутавров должна обеспечивать зазор между их полками не менее 100 мм; зазор Принимаем ширину сечения колонны b=37 см. Для принятого сечения вычисляем момент инерции относительно свободной оси.у-у (как целого сечения).

Радиус  инерции

.

Для вычисления приведенной гибкости по пункту 5.6 СНиП [1] конструируем соединительные элементы – планки :

 

– ширина планок ;

– толщина планок ;

Принимаем .

Задавшись гибкостью ветви l₁ = 30<40, вычислим расстояние между планками:

. Соответственно, расстояние между  центрами планок  .

Для вычисления приведенной гибкости стержня относительно свободной  согласно п. 5.6 СНиП [1] вычислим отношение

;

- момент инерции планки.

На основании этого, для вычисления . Пользуемся формулой (15) таблицы 7 СНиП [1]:

Условная приведенная  гибкость относительно свободной оси 

.

Коэффициент продольного  изгиба вычисляем по формуле (8) п. 5.3 СНиП [1]:

Устойчивость стержня  колонны относительно свободной  оси у-у проверяем с учетом формулы (7) п. 5.3 СНиП [1]:

.

Запас надежности 4,6%<5%.