Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Февраля 2013 в 09:08, курсовая работа
Рассчитать и запроектировать балочную клетку и колонну рабочей площадки промышленного здания по следующим данным:
Размеры площадки в плане 3ℓх3b;
Шаг колонн:
в продольном направлении 11 м,
в поперечном направлении 4 м;
Требуемый радиус инерции . Ширина сечения
aу - коэффициент по табл.4[3].
Момент инерции сечения относительно оси Х-Х
Ix = 2·5810 = 11620 cм4;
Радиус инерции =
Гибкость = 490/11,98 = 40,9.
= 490/19,4 = 25,26 см, = 25,26/0,44 = 57,4 см.
Размер b’ принимается кратным 50 мм и должен быть больше ширины полок плюс зазор между полками на окраску - 100 мм. Примем b´= 55 см.
Далее проектируют планки: ширина dпл=(0,5-0,75)bпл; толщина планки tпл=6-12 мм; длина планки bпл принимается равной расстоянию в свету между ветвями плюс 2×(20-30) мм, где 20-30 мм - напуск планок на ветви.
Момент инерции относительно свободной оси
Ib1 - момент инерции ветви относительно оси I-I, Ab - площадь сечения ветви,
а - расстояние между центрами тяжести ветвей колонны (осями 1-1; рис. 16).
Iy = 2(327 + 40,5·24,982) = 51198 см4.
Радиус инерции ; Гибкость ;
Приведенная гибкость при ;
при ;
Ib - момент инерции сечения ветви относительно собственной оси, параллельной свободной оси; IS - момент инерции сечения планки относительно собственной оси Z-Z (см.рис.17). ℓ - расстояние между центрами планок принимается по предельной гибкости (l £ l1×ib1+dпл) с учетом унификации; l1=l/ib1 - гибкость ветви.
По lеf находят jy. Проверяют устойчивость стержня колонны относительно свободной оси.
= = 25,14 см;
= = 19,49;
Ib1= 327см4; Is = 1·283/12 = 1829,3 см4.
b = 49,96 см.
ib1 = Ib1/A1 = = 2,84, ℓb1/ ib1 < l1= 40, откуда ℓb1 = 40· 2,84 = 113,6 см.
l £ l1×ib1+d = 113,6 + 28 = 141,6 см. l1 = 100/2,84 = 35,2.
Принимаем ℓ = 100 см.
следовательно = (40,92 + 35,22) = 53,96.
jy = 0,799,
= 1471/(0,799·81) = 22,73 кН/см2< 30 кН/см2,
устойчивость обеспечена.
3.2 Расчет планок
Элементы соединительной решетки (планки, раскосы, стойки) и их прикрепление к ветвям рассчитывают на усилия, возникающие в них от условной поперечной силы , принимаемой постоянной по всей длине стержня:
;
где -коэффициент продольного изгиба, принимаемый для составного стержня в плоскости соединительных элементов по .
Условная поперечная сила распределяется поровну между элементами решетки, лежащими в двух плоскостях.
Соединительные планки рассчитываются на силу, срезывающую планку,
;
и на момент, изгибающий планку в ее плоскости:
;
где - условная поперечная сила, приходящаяся на систему планок, расположенных в одной плоскости (при двух плоскостях планок ).
Рис. 17. Соединительные планки и диафрагма
;
;
=55-2·2,52=49,96см;
;
.
Сварные угловые швы, прикрепляющие планки к ветвям колонны, рассчитываются на совместное действие усилий в планке и :
;
;
где - напряжение в шве от изгибающего момента;
- напряжение в шве от
;
;
Принимаем -минимальный катет шва;
- расчетная длина шва.
;
;
;
=21,5·1·1,1=23,65
< 23,65.
=16,65·1·1,1=18,3
>18,3.
Условия не выполняются, значит, принимаем катет шва .
=
< 23,65.
< 18,3.
Условия выполняются, значит, принимаем катет шва .
3.3 Конструирование и расчет базы колонны
Конструкция базы должна обеспечивать: равномерную передачу нагрузки от колонны на фундамент; принятое в расчетной схеме соединение колонн с фундаментами; простоту монтажа.
Принимаем базу колонны – с траверсами.
Диаметры анкерных болтов при жестком сопряжении принимают равными 24-36мм.
Рис. 18.
После того, как выбран тип базы, определяем размеры опорной плиты в плане. Для простоты расчета принимаем, расчетное усилие в колонне N распределяется равномерно базой колонны по всей площади контакта с фундаментом.
Требуемая площадь плиты:
- расчетное сопротивление материала фундамента;
Класс бетона фундамента В15,5.
Rb=8,5 МПа;
.
Размеры плиты в плане определяются в зависимости от конструкции базы.
Ширина базы с траверсами принимается по конструктивным соображениям:
;
расстояние между ветвями траверс, т.е. ширина или высота сечения колонны;
=10мм- толщина траверсы, принимаемая предварительно 10-14мм;
с=60мм - ширина свеса плиты, принимаемая 20-60мм, но не более 100-120мм.
.
Длина плиты:
Принимаем размеры плиты 860х440.
Апл=86·44=3784 см2.
Расчет толщины плиты базы.
Рис. 18.
Площадь обреза фундамента (размеры верхнего обреза фундамента устанавливаем на 20 см больше размеров опорной плиты)
Фактический коэффициент
Расчетное сопротивление бетона смятию под плитой
Rb,loc = 1 ∙ 1,216 ∙ 8,5 = 10,34 МПа = 1,034 кН/см2.
Проверяем прочность бетона под плитой:
Уменьшение размеров плиты не требуется, так как она была принята с минимальными размерами в плане.
Выделим три участка плиты с характерными схемами закрепления.
Плита работает на изгиб от равномерно распределённой нагрузки:
Изгибающие моменты в плите на участках:
На участке 1, опертом по четырем сторонам:
где a1 = 0,098 – коэффициент, учитывающий уменьшение пролетного момента за счет опирания плиты по четырем сторонам и определяемый по табл. 26[3] в зависимости от отношения большей стороны участка b к меньшей a.
Значения b и a определяют по размерам в свету:
b1 = 550 – 2d = 550 – 2 × 6,5 = 537 мм; а1 = 278 мм; b1/а1 = 537 / 278 = 1,93.
Значения коэффициентов
a1/b1 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
2 |
b |
0,048 |
0,055 |
0,063 |
0,069 |
0,075 |
0,081 |
0,086 |
0,091 |
0,094 |
0,098 |
0,1 |
0,125 |
На участке с опиранием на три канта:
где b - длина свободного края плиты; a - коэффициент, принимаемый по табл.4.3, = 0,38 кН/см2.
Отношение сторон 155/300=0,516>0,5, α = 0,0622;
Значение коэффициентов
а/b |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
2,0 |
> 2 |
a |
0,06 |
0,074 |
0,088 |
0,097 |
0,107 |
0,112 |
0,12 |
0,126 |
0,132 |
0,133 |
= 0,0622·0,38·302 = 21,27 кН·см.
На консольном участке:
М = qc2/2;
с = 60 мм;
М3= 0,39·6,02 /2=7,02 кН·см.
Для выравнивания величин моментов, вводится дополнительное ребро, тогда
По наибольшему моменту на участке Мmax = 27,86 кН·см
определяем толщину опорной плиты .
Материал для опорной части плиты принимаем - сталь С345.
R у = 300 МПа (по т.В.5[1] ).
Определим требуемую толщину плиты:
Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. Крепление траверс к колонне производим полуавтоматической сваркой.
.
Принимаем высоту траверсы 200 мм.
Проверяем прочность траверсы
как однопролетной
Равномерно распределенная нагрузка на траверсу
где d = B/2 = 44 / 2 = 22 см – ширина грузовой площади траверсы.
Определяем усилия:
– на опоре
– в пролете
Mпр = qtb2/8 – Mоп = 8,36 ∙ 552 / 8 – 1004,2 = 2156,8 кН·см;
Момент сопротивления траверсы
Проверяем прочность траверсы:
– по нормальным напряжениям от максимального момента
– по касательным напряжениям
– по приведенным напряжениям
где σ = Моп/Wt = 1004,2 / 66,7 = 15,06 кН/см2;
τ = Qпр/(ttht) = 230 / (1 · 20) = 11,5 кН/см2.
Сечение траверсы принято.
Требуемый катет горизонтальных швов для передачи усилия (Nt = qtL) от одной траверсы на плиту
где ålw = (L – 1) + 2(b1 – 1) = (86 – 1) + 2 (15,5 – 1) = 114 см – суммарная длина горизонтальных швов.
Принимаем катет сварного шва kf = 10 мм.
Крепление базы к фундаменту.
При жестком сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Принимаем четыре анкерных болта диаметром d = 24 мм.
Рис. 19. Траверса оголовка сквозной колонны и опорный узел разрезной балки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. Под ред. Г.С. Веденикова. – 7-е. изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1998, - 760 с.: ил.
4. Металлические конструкции в 3 т., Т. 1. Элементы конструкций : Учебник для строительных вузов. Под ред. В.В. Горева. 2-е издание – М.: Высш. шк., 2001. – 521 с.: ил.
5.Металлические конструкции в 3 т., Т. 2. Конструкции зданий: Учебник для строительных вузов. Под ред. В.В. Горева. 2-е издание – М.: Высш. шк., 2002. – 528 с.: ил.
6.Расчет и конструирование элементов балочной клетки и колонны. Методические указания к курсовой работе по металлическим конструкциям. Составили В. И. Горбачев, И.А. Мяконьких, Л.Л. Чумилович. - Иркутск, 1983. - 55 с.