Проектирование технологической площадкип промышленного здания

Рис. 10. Схема изменения  сечения главной балки по ширине (вид сверху)

 

4.6.1. Момент и  поперечная сила на расстоянии 1/6 l от опор (см. рис. 11):

Рис.11. Момент и  поперечная сила на расстоянии 1/6 l от опор в главной балке

 

 

 

 

4.6.2. Требуемый  момент сопротивления измененного  сечения:

 

 

4.6.3. Требуемый  момент инерции измененного сечения:

 

 

 

4.6.4. Новое значение  ширины полки: 

1). Из условия прочности:

 

 

 

 

2). Из условия  общей устойчивости участка балки  измененного сечения:

 

 

 

Из условия  удобства сопряжения широкой и узкой  полос полок:

 

 

 

4). Из условия  удобства размещения опорных  ребер жесткости: 

 

 

 

С учетом всех вышеперечисленных  условий принимаем ширину полки  равной 22,5 см: .

Рис. 12. Геометрические характеристики измененного сечения  главной балки

 

4.7. Проверка по четвертой теории  прочности измененного сечения  главной балки.

В месте изменения  сечения действуют как нормальные, так и касательные напряжения, причем наиболее неблагоприятным будет  их совместное действие. Проверка проводится по приведенным напряжениям для  точки К (см. рис. 13):

 
Рис. 13. Напряжения в точке изменения  сечения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие прочности выполняется.

 

4.8. Проверка общей устойчивости  главной балки

Проверка общей  устойчивости производится по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие общей устойчивости выполняется.

 

4.9. Размещение ребер жесткости для  обеспечения местной устойчивости  стенки главной балки

 

 – обычная  гибкость стенки

 

- условная гибкость  стенки

 

 

 

 

 

 

 

Для курсового  проекта принимаем 

 

 

 

Принимаем 90 мм

 

 

 

 

Принимаем

 

4.10. Расчет сварного шва, крепящего  полку главной балки к стенке

 

Поясные швы –  непрерывные с постоянным по длине  балки катетом шва :

 

 

 

– коэффициент, учитывающий  вид сварки;

- расчетное сопротивление  срезу, зависящее от электрода,  марки стали (для стали С255 и  электродов Э42А ;

Принимаем катет  шва по конструктивному минимуму: Но слишком тонкий шов не проварит металл толстого элемента. Руководствуясь таблицей 38 СНиПа 53 01-96 «Стальные конструкции», окончательно принимаем по толщине наиболее толстого из свариваемых элементов

 

4.11. Расчет мнотажного стыка на высокопрочных болтах

 

Необходимость монтажного стыка обусловлена большой длиной главной балки, превосходящей допустимую из условия трнспортировки.

Стык принят на высокопрочных болтах, что допускает  отсутствие на месте монтажа сложного и дорогостоящего сварного оборудования и оборудования для проверки качества швов, высококвалифицированного персонала, а также отличается большей скоростью  монтажа по сравнению с сварочным стыком.

Стык расположен на расстоянии приблизительно ¼ пролета  l от опоры посередине между ребрами жесткости (см. рис. 14).

Рис. 14. Момент и  поперечная сила в монтажном стыке  главной балки

 

Такой вариант  расположения стыка более предпочтителен по расходу металла по сравнению  со стыком в середине балки.

С учетом требований принимаем расстояние от опор до стыка  x=4,5 м.

 

 

 

 

Не попадаем в  оптимальный интервал

Принимаем x=5 м.

 

 

 

Монтажный стык сначала  конструируется, затем производится расчет.

 

Рис. 15. Монтажный  стык главной балки

Назначение диаметра болтов: 

Используются  высокопрочные болты марки 40х  “Селект”.

  Принимаем диаметр болтов ∅24 мм ( .

Диаметр отверстий  под болты - ∅28 мм.

 

Стык рассчитывается в предположении, что полка воспринимает часть изгибающего момента и  совсем не воспринимает поперечную силу. Стенка воспринимает оставшуюся часть  изгибающего момента и всю  поперечную силу:

 

 

 

 

 

 

Проектировани стыка по стенке.

Толщина накладки по стенке определяется конструктивно  по сортаменту листовой стали:

 

 

Размещение болтов по стенке производится с учетом следующих  рекомендаций:

1. Количество вертикальных рядов по одну сторону от стыка составляет 2 или 3.
2. Шаг болтов по вертикали (4-6) , но не более 18.
3. Болты не рекомендуют располагать на нейтральной линии балки ( в центре болтового соединения они не работают на восприятие ).
4. Все расстояния между центрами отверстий должны быть кратными 5 мм по условию удобства разметки.

Таким образом, количество болтов по стенке (по одну сторону от стыка) на первом этапе определяется конструктивно (см. рис. 15)

Расчет  стыка по стенке балки.

Основной задачей  расчета стыка по стенке балки  является определение наибольшего  усилия, приходящегося на наиболее напряженный болт и сравнение  этого усилия с несущей способностью. Во фрикционных соединениях под  усилием следует понимать сдвигающее усилие в плоскости трения скольжения. Под болтовым полем будем понимать совокупность болтов, воспринимающих усилия одного направления (рис. 16). В  данном случае это болты, воспринимающие кручения относительно центров, указанных  на чертеже, для левой и правой частей стыка. Количество болтов для каждого из полей уже известно из конструктивного задания (см. рис. 15).

Обозначения на рисунке:

е – расстяние  от болтов до центра болтового поля;

N – возникающие усилия.

 

Усилие  распределяется между болтами поля равномерно и составляет:

(кг)

Момент воспринимается болтами поля неравномерно. Усилие, приходящееся на каждый болт , прямо пропорционально расстоянию от центра тяжести до I – того болта.

 

 

 

 

 

– наибольшее усилие, приходящееся на наиболее напряженный  болт болтового поля.

Общее суммарное  усилие определяется сложением векторов (рис. 17):

Рис. 17. Определение  сложением векторов

 

В случае, если болтовое поле «вытянуто» по стенке и соотношение сторон близко к 3 или более, то

 

Итоговая проверка по несущей способности:

 

где – количество плоскостей трения (

- несущая способность  фрикционного соединения, стянутого  одним болтом по одной плоскости  трения;

 

где – расчетное сопротивление болта растяжению

(

 коэффициент,  зависящий от количества болтов  в соединении 

 площадь нетто  одного болта

коэффициент трения поверхности, зависящий от шероховатости (=0,5);

коэффициент, зависящий  от метода контроля затяжки болта (

 

 

 

 

 

Прочность стыка  по стенке обеспечена, запас прочности  составляет около 8%.

 

Проектирование  стыков по полкам.

Размещение болтов по полке производится с учетом следующих  рекомендаций:

1. По длине балки шаг болтов принимается минимальным и составляет
2. Расстояние от краев до любого элемента составляет .
3. Общее количество болтов по поясной накладке (по одну сторону от  стыка) принимается по расчету.
4. Количество рядов болтов поперек полки принимается 2 или 4 в зависимости от ширины полки .

 

Расчет стыка  по полкам балки:

Рис. 18. Распределение  внутренних усилий в накладках по полкам под действием внешней  нагрузки

 

В первом приближении  полагаем, что , тогда усилие, воспринимаемое поясной накладкой можно найти из простой расчетной схемы, разложив на пару сил , где

 

где – полная высота балки,

 – плечо  внутренней пары сил. 

Тогда

(кг)

 

Принимаем по сортаменту ближайшее большое значение ???

Определение требуемого количества болтов:

 

 

Принимаем количество болтов с одной стороны от стыка равным т.к. болты располагаем в 4 ряда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Расчет и конструирование опирания балки настила на главную балку

Схема опирания изображена на рис. 19

 

 

Рис. 19. Узел опирания балки настила на главную балку

 

Принимаем диаметр  болтов 22мм . Диаметр отверстий под болты 25мм. Класс точности болтов – С, класс прочности – 5.8. (

Несущая способность  одного болта определяется меньшим  значением из следующих 2х формул:

 

 

 

 

 

 

 

Требуемое количество болтов определяется по формуле:

 

где, – опорная реакция балки настила;

 – коэффициент  условия работы болтового соединения (;

Коэффициент 1,2 учитывает  возможные защемления болта при  повороте.

 

 

Принимаем количество болтов равным .

Проверка выбранного решения на возможное защемление болта.

Условие незащемляемости болта:

 

где - фактическое линейное перемещение крайнего болта, определяемое по формуле:

 

здесь – расстояние между соседними болтами,

 – максимальный прогиб балки настила,

 – количество  болтов

 – длина балки настила.

 

Условие незащемляемости выполняется.

13. Конструирование и расчет опорного узла главной балки

Рис. 20. Узел опирания главной балки на колонну

 

Опирание главной балки на колонну – верхнее с торцевым расположением опорного ребра (см. рис. 20).

Ширина ребра:

b_p=b_п^изм=22,5 см.

Ребра вовлекают  в работу часть стенки:

 

Определяем .

1. По условию обычного сжатия короткого стержня:

 

 

 

 

2. По условию смятия при подгонке:

 

 

 

По сортаменты ГОСТ 82-70 принимаем 

Проверка устойчивости сжатого условного элемента относительно оси “y”.

Физически потеря устойчивости может быть только относительно оси “y”.

Рис. 21 Расчетное сечение элемента опоры

 

 

6. По графику находим
7. Делаем проверку прочности при сжатии с учетом потери устойчивости:

 

 

Условие прочности  выполняется.

 

Расчет сварных  швов Ш1

Из общих условий  назначаем катет сварного шва

 

Определяем расчетную  длину

 

Швы Ш1 не доводят до поясных швов на

Во избежание  концентрации остаточных нагрузок

Находим площадь  сварного поля:

 

 

 

 

Условие прочности  сварного шва Ш1 выполняется.

5. Конструирование и расчет центрально-сжатой колонны.

5.1. Определение  геометрической длины составной  центрально-сжатой колонны

 

 

5.2. Подбор сечения колонны относительно материальной оси

Рис. 22. Вид поперечного  сечения

 

 

Требования для очистки от ржавчины и окраски.

5.2.1. Расчет относительно материальной оси X

 

 

Подбор сечения  проводим по условию прочности с  учетом потери устойчивости.

 

1. Задаем гибкость: .
2. По графику определения коэффициента продольного изгиба от гибкости центрально-сжатых стержней, находим
3. Определяем требуемую площадь поперечного сечения:

 

4. Принимаем из сортамента двутавры N45.

 

6. По графику находим

7. Делаем проверку прочности

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие прочности  выполняется.

 

 

 

 

 

5.2.2. Компоновка  сечения относительно свободной  оси Y

Раскосы обладают некоторой  податливостью и немного увеличивают  общую гибкость стержня.

, где 

 – приведенная  гибкость всего стержня с учетом  податливости связей

  – гибкость отдельной ветви на участке между связями на длине l₁,

 – гибкость стержня  без учета податливости связей.

Нормы требуют, чтобы гибкость ветви не превышала 

 

Задаем 

 

 

 

 

Из сортамента

 

Назначаем «С» в соответствии с требованиями:

 С кратно 2, но так,  чтобы .

Примем С=34 (см), тогда

 

 

Рассчитываем  момент инерции полученного сечения:

 

 

 

По графику  находим 

5.2.3. Расчет элементов  раскосной решетки 

Применяется раскосная  решетка, так как N > 180 т.

1. Зададим угол наклона решетки:
2. Длина ветви решетки

 

 

4. Гибкость ветви на участке между узлами решетки