Рабочая площадка промышленного здания.

-
...

Содержание
1 Задание на проектирование 5
2 Разработка схемы балочной клетки 6
3 Сбор нагрузок на 1 м2 настила 7
4 Расчет балки настила Б1 (для пролета L1 = 14 м) 8
4.1 Расчетная схема 8
4.2 Сбор нагрузок 8
4.3 Статический расчет 8
4.4 Выбор материала 9
4.5 Подбор сечения 9
4.6 Геометрические характеристики сечения 9
4.7 Проверка принятого сечения 10
5 Расчет балки настила Б1 (для пролета L2 = 13 м) 12
5.1 Расчетная схема 12
5.2 Сбор нагрузок 12
5.3 Статический расчет 12
5.4 Выбор материала 12
5.5 Подбор сечения 13
5.6 Геометрические характеристики сечения 13
5.7 Проверка принятого сечения 14
5 Расчет главной балки Б2 15
5.1 Расчет главной балки Б2 в первом пролете (L1 = 14 м) 15
5.1.1 Расчетная схема 15
5.1.2 Сбор нагрузок 16
5.1.3 Статический расчет 16
5.1.4 Выбор материала 16
5.1.5 Подбор основного сечения 17
5.1.6 Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристик 21
5.1.7 Определение места измененного сечения 22
5.1.8 Проверки принятых сечений 23
5.2 Расчет главной балки Б2 во втором пролете (L2 = 13 м) 26
5.2.1 Расчетная схема 26
5.2.2 Сбор нагрузок 27
5.2.3 Статический расчет 27
5.2.4 Выбор материала 27
5.2.5 Подбор основного сечения 28
5.2.6 Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристик 31
5.2.7 Определение места измененного сечения 33
5.2.8 Проверки принятых сечений 34
5.3 Сравнение принятых сечений 36
5.4 Проверки местной устойчивости 38
5.4.1 Проверка местной устойчивости пояса 38
5.4.2 Проверка местной устойчивости стенки. 38
5.4.3 Проверка устойчивости в I-ом отсеке 40
5.4.4 Проверка устойчивости во II-ом отсеке 41
5.4.5 Проверка устойчивости в III-ем отсеке 42
5.5 Расчет поясных швов 42
5.6 Расчет опорных ребер 44
5.6.1 Конструкция ребер на опорах «А» и «Б» 44
5.6.2 Определение размеров опорных ребер из условия прочности на смятие 44
5.6.3 Расчет опорных ребер на устойчивость в плоскости, перпендикулярной стенке 45
5.6.4 Расчет сварного шва, соединяющего опорное ребро по оси «Б» со стенкой 46
5.7 Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах 47
5.7.1 Общие указания 47
5.7.2 Предварительная разработка конструкции 47
5.7.3 Определение места стыка 49
5.7.4 Расчет стыка стенки 50
5.7.5 Расчет стыка пояса 52
6 Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке 53
7 Расчет колонны К1 55
7.1 Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет 55
7.2. Подбор сечения и проверка устойчивости колонны 56
7.2.1 Определение сечения ветвей 56
7.2.2 Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси Х-Х 57
7.2.3 Установление расстояния между ветвями 58
7.2.4 Проверка устойчивости колонны относительно свободной оси Y-Y 59
7.3 Расчет соединительных планок 60
7.3.1 Установление размеров планок 60
7.3.2 Определение усилий в планках 61
7.3.3 Проверка прочности приварки планок 62
7.4 Расчет базы колонны 63
7.4.1 Определение размеров плиты в плане 63
7.4.2 Определение толщины плиты 64
7.4.3 Расчет траверсы 65
7.5. Расчет оголовка 66
Список литературы 68

1 ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Исходные данные:
• шаг колонн в продольном направлении (Рис. 1)
L1=14,0 м, L2= 13,0 м;
• шаг колони в продольном направлении (см.Рис. 1)
l1 = 5,5 м, l2 = 5,5 м;
• отметка настила (пола) площадки dH= 7,0 м;
• минимальная отметка низа балок, допустимая по условиям размещения оборудования под площадкой db,min= 5,5 м;
• нагрузка статическая полезная нормативная gн,пол= 1,10 т/м2;
• тип балочной клетки – нормальная;
• материал несущих металлических конструкций сталь малоуглеродистая;
• материал настила:
монолитный железобетон t = 10,0 см;
• стяжка (пол) t= 2,5 см;
• материал фундаментов бетон класса В12,5 (М150);
• климатический район II5;
• атмосферные и особые нагрузки но п.1.9 [2] отсутствуют;
• коэффициент надежности но назначению = 1,00.
Требуется:
1. Разраб отать конструктивную схему рабочей площадки.
2. Рассчитать и законструировать следующие наиболее нагруженные элементы:
а) балки настила из прокатных профилей;
б) главные балки сварные составные с монтажным стыком и поясами переменного сечения;
в) колонну сквозную из прокатных профилей

Минимальная высота балки (при которой балка отвечает требованиям жесткости при полном использовании прочностных свойств материала): = 1400*2450/(10^7*1/400)*0,847 = =1400*2450/(10^7*1/400)*0,847 \# "0" 116 см,где = 1/400 определяется по таблице 40 [4]; = 2,9/3,425 = =2,9/3,425 \# "0,000" 0,847.Максимальная высота (при которой отметка низа балки ) при этажном сопряжении главных балок и балок настила (см. REF _Ref383210128 \h Рис. 5): = 150-(2,5+10+35) = =150-(2,5+10+35) \# "0" 103 см,где – где максимальная строительная высота перекрытия: = 7,0-5,5 = =7,0-5,5 1,5 м.Если , следует принять этажное сопряжение.У нас = 103 см < = =0,95*122,4 \# "0" 116 см, следовательно, этажное сопряжение не подходит.При сопряжении в одном уровне: = 103+35 = =103+35 138 см; = 138 > = =0,95*122,4 \# "0" 116 см.Принимаем окончательно сопряжение главных балок и балок настила в одном уровне.Рис. 5. Сопряжение балок Б1 и Б2: а – этажное, б – в одном уровне.Принимаем предварительно = 119 см, при этом .Высота стенки: = 0,98*119 = =0,98*119 \# "0" 117 см.Принимаем = 115 см – кратно модулю 5см (малое значение модуля обусловлено учебными целями).Толщина стенки с учетом принятой гибкости: = 115/140 = =115/140 \# "0,0" 0,8 см. По условиям коррозионной стойкости 0,6 см.По условию прочности в опорном сечении при работе на сдвиг: = 3*57,6*10^3/2/115/1421 = =3*57,6*10^3/2/115/1421 \# "0,00" 0,53 см,где = 0,58*2450 = =0,58*2450 \# "0" 1421 кгс/см2.Принимаем стенку из толстолистовой стали (ГОСТ 199-74*), поскольку 1050 мм. Окончательно принимаем стенку из толстолистовой стали толщиной = 8 мм (ближайший размер по сортаменту к величине = 8 мм, найденной из условия сохранения предварительно принятой гибкости( = 140), при выполнении условий коррозионной стойкости и прочности).Таким образом, сечение стенки: = 11508 мм.Требуемая площадь пояса из условия прочности:Приравнивая = 0 из-за его малой величины и выражая из формулы , получим: = 9404/115-115*0,8/6 = =9404/115-115*0,8/6 \# "0,0" 66,4 см2.Сечение пояса принимаем по (ГОСТ 82-70*). При этом должны соблюдаться следующие требования: При изменении сечения по ширине 300 мм.По условию местной устойчивости при изменении сечения по ширине:. Величина должна соответствовать предварительно выбранному диапазону толщин. В случае невыполнения последнего условия следует заново определить и уточнить подбор сечения балки.Принимаем изменение сечения пояса по ширине. Назначаем = 20 мм, тогда: = 66,4/2,0 = =66,4/2,0 33,2 см.Принимаем = 34 см (ближайший больший размер по сортаменту из ГОСТ 82-70). При этом удовлетворяются все выше указанные условия:115/5 = =115/5 23 см = 34 см 115/2,5 = =115/2,5 46 см; = 34 см 30 см; = 34 см = 30*(2100/2450)*2,0 = =30*(2100/2450)*2,0 51,43 см; = 2,0 см = 3*0,8 = =3*0,8 2,4 см;Величина соответствует диапазону 1,1–2,0 см.Окончательные размеры основного сечения:стенка: = 115*0,8 = =115*0,8 92 см2;пояс: = 34,0*2,0 = =34,0*2,0 68 см2 = 66,4 см2.Геометрические характеристики основного сечения: = 115,0+2*2,0 = =115,0+2*2,0 119 см; = 68,0 см2; = 92,0 см2; = 2*68,0+92,0 = =2*68,0+92,0 228 см2; = 115,0/0,8*(2450/(2,1*10^6))^0,5 = =115,0/0,8*(2450/(2,1*10^6))^0,5 \# "0,00" 4,91,где принимается для материала пояса.Момент инерции стенки: = 0,8*115^3/12 = =0,8*115^3/12 \# "0" 101392 см4.Момент инерции поясов: = 2*68,0*58,5^2 = =2*68,0*58,5^2 \# "0" 465426 см4,где = 0,5*(115,0+2,0) = =0,5*(115,0+2,0) 58,5 см.Момент инерции основного сечения: = 101392+465426 = =101392+465426 566818 см4.Момент сопротивления основного сечения: = 566818/(0,5*119) = =566818/(0,5*119) \# "0" 9526 см3 > = 9404 см3.5.1.6 Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических характеристикВ нашем случае ширина измененного сечения: = 0,5*340 – 0,6*340 = =0,5*340 170 – =0,6*340 204 мм.Принимаем = 180 мм по ГОСТ 82-70*. Окончательные размеры измененного сечения:стенка: = 115,0*0,8 = =115,0*0,8 92 см2;пояс: = 18,0*2,0 = =18,0*2,0 36 см2.Геометрические характеристики измененного сечения: = 115,0+2*2,0 = =115,0+2*2,0 119 см; = 36 см2; = 92 см2; = 2*36+92 = =2*36+92 164 см2; = 36/92 = =36/92 \# "0,000" 0,391;статический момент пояса: = 36*58,5 = =36*58,5 2106 см3;статический момент половины сечения:= 2106+0,5*0,25*0,8*115^2 = =2106+0,5*0,25*0,8*115^2 \# "0" 3429 см3; = 101392 см4; = 2*36*58,5^2 = =2*36*58,5^2 \# "0" 246402 см4;момент инерции измененного сечения: = 101392+246402 = =101392+246402 347794 см4;Момент сопротивления измененного сечения: = 347794/(0,5*119) = =347794/(0,5*119) \# "0" 5845 см3.Таблица 2. Геометрические характеристики сеченийСечениесм2см2см2см3см3см4см4см4см3Основное68922284,91––1013924654265668189526Измененное36921644,912106342910139224640234779458455.1.7 Определение места измененного сеченияПредельный изгибающий момент для измененного сечения в месте стыкового шва: = 2450*5845 = =2450*5845 14320250 кгс*см = 143,2 тм,где – расчетное сопротивление сварного стыкового шва сжатию, растяжению, изгибу по пределу текучести. Используем полуавтоматическую сварку и физические методы контроля качества шва, тогда (см. табл. 3[4]). При отсутствии физических методов контроля качества шва.По эпюре изгибающих моментов (см. REF _Ref383204889 \h Рис. 4) определяем, что сечения с изгибающим моментом, равным 143,2 тм находятся во «II» и «VI» отсеках (за отсек принимается участок балки между сосредоточенными силами).Найдем положение этих сечений относительно опор А и В (Xлев и Xпр). Уравнение изгибающего момента для II отсека: = (143,2-19,2*2,0)/(2,0*19,2) = =(143,2-19,2*2,0)/(2,0*19,2) \# "0,00" 2,73 м.Аналогично находится величина Хправ (см. REF _Ref383204889 \h Рис. 4). В нашем случае, при симметричной нагрузке на балку Хлев = Хправ = 2,73 м. Убедимся, что эти сечения отстоят от ближайших ребер (границ отсеков) не меньше чем на :2,73-2,0 = =2,73-2,0 0,73 м = 73,0 см > = 10*0,8 = =10*0,8 \# "0,0" 8,0 см.В противном случае следует уменьшить значения Хлев (в нашем случае и Хправ).5.1.8 Проверки принятых сеченийПроверки по первой группе предельных состояний.Проверка прочности основного сечения по нормальным напряжениям в месте действия максимального момента ( REF _Ref383263266 \h Рис. 6, а): = 230,4*10^5/9526/1 = =230,4*10^5/9526/1 \# "0" 2419 кгс/см2 < = 2450 см2. Проверка прочности измененного сечения по касательным напряжениям на опоре ( REF _Ref383263266 \h Рис. 6, б): = 1,5*57,6*10^3/(0,8*115) = =1,5*57,6*10^3/(0,8*115) \# "0" 939 кгс/см2 < = 1420 кгс/см2.Проверка прочности измененного сечения по приведенным напряжениям в месте изменения сечения ( REF _Ref383263266 \h Рис. 6, в) согласноп. 5.14 [4]:Здесь и определяются соответственно по M и Q в месте изменения сечения, коэффициент 1,15 учитывает развитие пластических деформаций: = 143,2*10^5*0,5*115/347794 = =143,2*10^5*0,5*115/347794 \# "0" 2367 кгс/см2; = 38,4*10^3/(115*0,8) = =38,4*10^3/(115*0,8) \# "0" 417 кгс/см2; = (2367^2+3*417^2)^0,5 = =(2367^2+3*417^2)^0,5 \# "0" 2475 < 1,15*2450 = =1,15*2450 \# "0" 2818 кгс/см2.Рис. 6. Эпюры напряжений в сечениях балки:а – нормальные напряжения в середине пролета; б – касательные на опоре;в – нормальные и касательные в месте изменения сечения.Проверка общей устойчивости балки.Проверяем условие /37/ пункта 5.16 [4] для участка главной балки между балками настила:где для нашего случая – расчетное сопротивление материала пояса;200/18(0,41+0,0032*18/2,0+(0,73-0,016*18/2,0)*18/(2*58,5))*(2,1*10^6/2350)^0,5; =200/18 11,11 =(0,41+0,0032*18/2,0+(0,73-0,016*18/2,0)*18/(2*58,5))*(2,1*10^6/2350)^0,5 \# "0,00" 15,81.Проверка по второй группе предельных состояний предельных состояний по деформативности при нормальных условиях эксплуатации: = (0,1*230,4*10^5*14*10^2*0,847)/(0,9*2,1*10^6*566818); = 1/ =(0,9*2,1*10^6*566818)/(0,1*230,4*10^5*14*10^2*0,847) \# "0" 392 > = 1/400.Проверка по деформативности не выполняется, увеличиваем размеры сечения. Увеличиваем ширину полки. Принимаем = 36 см.Полученные размеры основного сечения:стенка: = 115*0,8 = =120*0,9 108 см2;пояс: = 36,0*2,0 = =36,0*2,0 72 см2 = 60,4 см2.Геометрические характеристики основного сечения: = 115,0+2*2,0 = =115,0+2*2,0 119 см; = 72,0 см2; = 108,0 см2; = 2*72,0+108,0 = =2*72,0+108,0 252 см2; = 4,91,Момент инерции стенки: = 101392 см4.Момент инерции поясов: = 2*72,0*58,5^2 = =2*72,0*58,5^2 \# "0" 492804 см4,Момент инерции основного сечения: = 101392+492804 = =101392+492804 594196 см4.Момент сопротивления основного сечения: = 594196/(0,5*119) = =594196/(0,5*119) \# "0" 9986 см3 > = 9404 см3.Повторяем проверку на деформативность: = (0,1*230,4*10^5*14*10^2*0,847)/(0,9*2,1*10^6*594196); = 1/ =(0,9*2,1*10^6*594196)/(0,1*230,4*10^5*14*10^2*0,847) \# "0" 411 > = 1/400.Окончательные характеристики основного и измененного сечения приведены в таблице ( REF _Ref383266746 \h Таблица 3).Таблица 3. Окончательные характеристики основного и измененного сеченияСечениесм2см2см2см3см3см4см4см4см3Основное72922524,91––1013924928045941969986Измененное36921644,91210634291013922464023477945845Проверка местной устойчивости стенки и поясов с расстановкой ребер жесткости будет выполнена для окончательно принятого варианта после расчета балки Б2 для пролета L2 = 13 м.5.2 Расчет главной балки Б2 во втором пролете (L2 = 13 м)5.2.1 Расчетная схемаРасчетная схема балки Б2 с эпюрами внутренних усилий представлена на REF _Ref383267253 \h Рис. 7.Учитывая малую величину распределенной нагрузки от собственного веса балки, принимаем упрощенную расчетную схему по  REF _Ref383267253 \h Рис. 7.Рис. SEQ Рисунок \* ARABIC 7. Расчетная схема балки Б2 с эпюрами внутренних усилий (L2 = 13 м).5.2.2 Сбор нагрузокСосредоточенная нагрузка на главную балку:р = р1*1,02 = ql*1,02 = 4,421*5,5*1,02 = =4,421*5,5*1,02 \# "0,0" 24,8 т,где коэффициент 1,02 учитывает собственный вес главной балки.5.2.3 Статический расчетПри симметричной нагрузке (в нашем случае): = 24,8*5/2 = =24,8*5/2 62 т; = (62-0,5*24,8)*2,6 = =(62-0,5*24,8)*2,6 129 т*м; = (62-0,5*24,8)*2*2,6-24,8*2,6 = =(62-0,5*24,8)*2*2,6-24,8*2,6 193,4 т*м.Проверим величину .