|
№ варианта
|
Схема балочного
перекрытия
|
Наименование
конструктивных элементов
|
Количество
второстепенных балок
|
Расход
материалов
|
Трудоемкость,
чел-дн.
|
Стоимость, у.
е.
|
|
|
|
|
Сталь, кг
|
Ж/б,  Стальные конструкцииМонтаж балокЖ/б
перекрытиеИтого
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 п. м.
|
Всего
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
|
I
|
|
I35Б2 d=140
|
8
|
43,3
|
1558,8
|
-10,08
|
2,829,64
|
1434,1
|
405,29
|
-1209,6
|
3048,99
|
|
II
|
|
I35Б1 d=120
|
10
|
38,9
|
1750,5
|
-8,64
|
3,1525,4
|
1610,46
|
455,13
|
-1036,8
|
3102,39
|
|
III
|
|
I30Б1 d=120
|
12
|
32,9
|
1776,6
|
-8,64
|
3,225,4
|
1634,47
|
461,92
|
-1036,8
|
3133, 19
|
Принимаем, как наиболее экономичный, I вариант.
2. Расчет
главной балки
2.1
Определение нагрузок и усилий
Расчетная сосредоточенная нагрузка от двух балок настила,
примыкающих к главной балке с обеих сторон:
где 
- опорная реакция балки настила.
Узловую нагрузку F заменяем эквивалентной равномерно
распределенной.
Нормативная эквивалентная нагрузка
Расчетные усилия:
2.2
Компоновка сечения главной балки с проверкой на прочность
Для изготовления составной сварной балки перекрытия принимаем сталь
С255. Согласно п.3 СНиП II-23-81* и табл.1*,51*,52* 
(при t=20…40мм),
,
. По табл.6* СНиП II-23-81* 
. Согласно "Правил учета степени ответственности зданий и
сооружений при проектировании конструкций" СНиП 2.01.07-85 
.
Требуемый момент сопротивления балки:
Минимальная по жесткости высота сечения балки:
где 
- определено по табл. 19 СНиП 2.01.07-85.
Определим оптимальную высоту балки, предварительно задав ее
высоту:
и рассчитав толщину стенки
Предварительно принимаем 
. Тогда оптимальная высота балки будет равна:
Окончательно назначаем высоту сечения балки 
.
Толщина стенки из условия ее работы на срез будет равна
где 
Определяем толщину стенки из условия обеспечения местной
устойчивости без постановки дополнительных продольных ребер жесткости:
Момент инерции поясов
где 
Требуемая площадь сечения одной полки
где 
Ширина полки 
, принимаем 
Тогда требуемая толщина полки
Принимаем 
.
Рис. 2 Сечение главной балки
Проверка обеспечения местной устойчивости свеса полки:
где 
Вычислим геометрические характеристики принятого сечения:
Проверим прочность балки:
недонапряжение - 
2.3
Определение места изменения сечения балки
Предварительно назначаем расстояние от опоры балки до точки начала
изменения сечения 
, принимаем 
.
Изгибающий момент в месте изменения сечения:
Рис. 3 Изменение сечения балки
Требуемый момент сопротивления балки в месте изменения сечения:
,
где расчетное сопротивление стыкового сварного шва:
Требуемая площадь пояса в месте изменения сечения
Уменьшенная ширина поясных листов
; назначаем 
.
Момент инерции балки для измененного сечения
Момент сопротивления балки для измененного сечения
Несущая способность балки на расстоянии 
от опоры:
Тогда 
Окончательно назначаем .
Значения поперечной силы в расчетном сечении:
Напряжение в стыковом сварном шве:
недонапряжение - 
Проверим прочность балки в измененном сечении
где 
Проверим прочность стенки балки у опоры по касательным
напряжениям:
где 
Прочность балки в измененном сечении обеспечена.
Проверка общей устойчивости балки не требуется, поскольку
выполняется условие:
где 
- расчетная длина балки из ее плоскости,
равная шагу балок настила.
Здесь принято отношение 
, так как 
Жесткость балки проверяем по формуле:
Жесткость балки обеспечена.
2.4 Расчет
соединения поясов балки со стенкой
Соединение поясов балки со стенкой принимаем двухсторонними
угловыми швами с применением автоматической сварки в лодочку под слоем флюса АН-348-А
сварочной проволокой марки Св-08А диаметром 3мм.
Расчетные характеристики:
; 
; 
; 
.
Следовательно расчет ведем по металлу границы сплавления.
Сдвигающее усилие на единицу длины пояса:
Требуемый катет поясного шва:
Принимаем 
(по табл.38* СНиП II-23-81*, при толщине более толстого из
свариваемых элементов tf=30мм).
.5 Расчет
опорной части балки
Принимаем примыкание балки к колонне сбоку.
Размеры опорного ребра определяют из условия его работы на
смятие.
Ширину опорного ребра принимаем равной 
, тогда его толщина
где 
- опорная реакция главной балки.
Принимаем 
.
Геометрические характеристики опорного сечения:
Рис. 4 Опорное ребро главной балки
Местная устойчивость опорного ребра обеспечена, так как
где 
Устойчивость опорной части балки обеспечена так как
Для крепления опорного ребра к стенке балки принимаем
полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С в среде углекислого газа. По
табл.56 СНиП II-23-81* принимаем 
; а 
; по табл.34 для полуавтоматической
сварки:
; 
.
Так как 
, то расчет ведем по металлу шва.
Условие прочности сварного соединения имеет вид:
где расчетная длина флангового сварного шва lw определяется по формуле
Подставив формулу длины сварного шва в формулу условия прочности
шва, определяем катеты двусторонних сварных швов, прикрепляющих опорное ребро к
стенке балки:
принимаем 
.
2.6 Проверка
местной устойчивости элементов балки
Местная устойчивость сжатого пояса балки обеспечена, так как
Проверка местной устойчивости стенки.
Условная гибкость стенки
где 
. Следовательно, стенку балки необходимо
укреплять только основными поперечными ребрами жесткости. Расстояние между
поперечными ребрами принимаем равным шагу балок настила:
Проверим местную устойчивость стенки в трех отсеках: на опоре, в
месте изменения сечения балки и в средней части балки (1-й, 2-й и 3-й отсек).
Значения расчетных усилий в отсеках равны: в приопорном (1-м)
отсеке
во 2-м отсеке
в среднем (3-м) отсеке
Рис. 5 Определение расчетных усилий в отсеках главной балки
Напряжения в 1-м отсеке:
,
следовательно, необходима проверка местной устойчивости стенки
,
где 
При отсутствии местной нагрузки на балку предполагается, что балки
настила будут закрепляться к поперечным ребрам жесткости главной балки. Тогда
критические нормальные напряжения определяются по формуле:
где 
определяется по табл.21 СНиП II-23-81*
при 
Проверка местной устойчивости стенки в первом отсеке:
Местная устойчивость стенки в первом отсеке обеспечена.
Напряжения во 2-м отсеке:
,
где 
Проверка местной устойчивости стенки во втором отсеке:
Местная устойчивость стенки во втором отсеке обеспечена.
Напряжения в 3-м отсеке:
,
где
Проверка местной устойчивости стенки в третьем отсеке:
Местная устойчивость стенки в третьем отсеке обеспечена.
Назначаем размеры двусторонних ребер жесткости:
ширина ребра 
. Принимаем 
.
толщина ребра 
.
Принимаем 
из условия свариваемости ребер с поясами
балки.
Ребра жесткости крепятся к стенке и поясам балки непрерывными
угловыми сварными швами с катетом: к стенке 
; к поясам .
2.7 Сварной
стык главной балки
Заводские сварные соединения балок обычно выполняются в стык с
выводом швов на технологические планки и с полным проваром швов. Сварной шов
полностью повторяет сечение балки, и при физических методах контроля стык
является равнопрочным основному сечению. Для получения равнопрочного сварного
шва в растянутой полке балки стык поясов выполняют косым с углом наклона скоса 
. С целью снижения сварочных напряжений
сварка должна выполняться в последовательности, указанной цифрами на рисунке 6.
Рис. 6 Сварной стык главной балки
2.8 Расчет
монтажного стыка балки на высокопрочных болтах
Усилия в месте стыка балки:
; 
Геометрические характеристики в месте стыка:
; 
Стык поясов.
Изгибающий момент, приходящийся на пояс:
Усилие, приходящееся на горизонтальные накладки для одного пояса:
Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 360Х16мм
и 2Х160Х16мм общей площадью сечения:
Используем в стыке высокопрочные болты диаметром 
из стали марки 30Х3МФ. Соединяемые
поверхности обрабатываются пескоструйным способом кварцевым песком без
консервации. Диаметр отверстий под болты 
. Контроль усилия натяжения болтов осуществляется по углу поворота
гайки.
Площадь сечения болта нетто 
.
Расчетное сопротивление материала болтов:
Несущая способность одной поверхности трения:
Количество болтов на одной поясной полунакладке:
Принимаем 
.
Определим расстояние между болтами для горизонтальных накладок:
, принимаем 
;
, принимаем 
;
, принимаем 
.
Стык стенки. В стыке стенки используем высокопрочные болты
диаметром из стали марки 30Х3МФ. Соединяемые
поверхности обрабатываются пескоструйным способом кварцевым песком без
консервации. Диаметр отверстий под болты . Контроль усилия натяжения болтов осуществляется по углу поворота
гайки.
Площадь сечения болта нетто .
Расчетное сопротивление материала болтов:
Несущая способность одной поверхности трения:
Изгибающий момент, воспринимаемый стенкой балки:
Количество горизонтальных рядов болтов в вертикальных накладках:
Принимаем 8 горизонтальных рядов болтов. Расстояния между этими
рядами равны:
.
Принимаем 
, тогда 
.
Высота вертикальной накладки
Принимаем 
, тогда
.
Рис. 7 Монтажный стык главной балки
Усилие, приходящееся на болты крайнего ряда вертикальной накладки:
Количество вертикальных рядов болтов с каждой стороны стыка
Принимаем 
.
Определим расстояние между болтами для вертикальных накладок:
, принимаем 
;
, принимаем 
;
Ширина вертикальной накладки 
.
Принимаем толщину одной вертикальной накладки 
Общая площадь сечения двух вертикальных накладок
Проверка прочности ослабленного отверстиями сечения главной балки:
Для полок.
Площадь брутто одной полки 
Площадь нетто одной полки 
,
где 
- количество отверстий в поперечном
сечении одной полки.
,
следовательно, расчет ведем по площади сечения брутто
Для стенки.
Следовательно, расчет ведем по 
.
Прочность балки в ослабленном сечении обеспечена.
3. Расчет
колонны
3.1
Определение нагрузок и подбор сечения колонны
Расчет на прочность стержневых элементов, подверженных
центральному сжатию силой N, следует выполнять по формуле:
,
Определим расчетную сжимающую силу N, действующую на колонну:
Расчетные длины при жестком защемлении колонны в фундаменте:
Материал конструкции - сталь С235 с расчетным сопротивлением Ry
=230 МПа.
Выполним расчет колонны относительно оси х. Для этого определим
требуемую площадь сечения, задавшись гибкостью ветви 
(φ=0,811). Тогда требуемая площадь сечения:
Площадь одной ветви колонны:
Рис. 8 Сечение ветви колонны
По сортаменту принимаем ветвь колонны из двутавра 40Б1,
геометрические характеристики которого следующие: 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
.
Для проверки стержня колонны на устойчивость относительно оси х
определим гибкость стержня 
, по табл.72 СНиП II-23-81* определяем 
.
Тогда: 
Недонапряжение - 
Выполним расчет колонны относительно оси у. Для этого определим
для сквозной колонны с ветвями из двух двутавров ее ширину по формуле:
.
Так как размер b должен удовлетворять условию 
, принимаем 
.
Для объединения ветвей колонны принимаем планки шириной 
, принимаем 
. Толщина
планки 
.
Момент инерции планки
.
Предварительно задаемся гибкостью ветви 
, тогда 
, принимаем 
. Расстояние между осями планок равно 
. Определим геометрические характеристики
сечения колонны относительно оси у:
Гибкость колонны относительно оси у
Гибкость ветви колонны
Определим
Рис. 9 Двухветвевая колонна
Следовательно, приведенная гибкость колонны относительно свободной
оси будет определяться по формуле:
, 
Расчет планок ведем в соответствии с п.5.8* СНиП II-23-81* на
условную поперечную силу:
Условная поперечная сила, приходящаяся на одну планку: 
.
Определим силу, срезывающую планку, и изгибающий момент в ней:
; 
Выполним проверку прочности планки на изгиб и срез:
; 
;
Планки к ветвям колонны привариваем с помощью полуавтоматической
сварки. Сварку выполняем проволокой Св-08Г2С в среде углекислого газа. По
табл.56 СНиП II-23-81* принимаем ; а ; по табл.34 для полуавтоматической
сварки: 
; 
. Так как 
, то расчет ведем только по металлу шва.
Катет шва определим по формуле
Принимаем 
.
Выполним проверку шва по равнодействующим напряжениям:
;
;
Следовательно прочность сварного шва обеспечена.
3.2
Компоновка и расчет базы колонны
Расчетное усилие: 
. Материал базы колонны - сталь С235. Марка бетона фундамента 
.
Расчетные характеристики для бетона класса :
нормативное сопротивление бетона сжатию 
;
расчетное сопротивление бетона сжатию
.
Расчетное сопротивление бетона класса 
при местном смятии:
.
где 
- коэффициент, учитывающий повышение
прочности бетона при смятии.
Требуемая площадь плиты
Принимаем толщину траверсы 
. Определяем ширину плиты
,
принимаем 
. Тогда длина плиты
, принимаем 
.
Опорное давление фундамента:
.
Определим изгибающие моменты в отсеках 1, 2 и консольном участке 3
на полосе шириной 1см: отсек 1 -
при 
отсек 2 - 
при 
консольный участок 3 - 
По наибольшему из трех моментов 
найдем требуемую толщину плиты:
.
Принимаем 
.
Для принятой толщины плиты должно соблюдаться отношение 
(
т.е. условие свариваемости соблюдается).
Рис. 10. База колонны
Согласно принятой конструкции базы траверса приваривается к ветвям
колонны четырьмя угловыми швами. Так как толщина полки стержня колонны из I40Б1 равна 9,5мм принимаем катет шва . Сварку выполняем проволокой Св-08Г2С в
среде углекислого газа. По табл.56 СНиП II-23-81* принимаем ; а ; по табл.34 для полуавтоматической сварки: ; . Так как 
, то расчет ведем только по металлу шва.
Вычислим высоту траверсы исходя из прочности сварных швов:
Принимаем 
.
Погонная нагрузка на траверсу:
Изгибающие моменты и поперечные силы в траверсе:
;
Проверим траверсу на изгиб и срез:
где 
.
Определим катет сварных швов в месте приварки траверсы к плите.
Здесь траверса воспринимает нагрузку 
.
где 
Принимаем 
.
Для закрепления базы колонны с фундаментом конструктивно принимаем
4 анкерных болта из стали ВСт3кп2 диаметром 
. Анкерные плитки назначаем толщиной 30мм и шириной 150мм.
3.3 Расчет
сопряжений главной и второстепенной балок с колонной
Принимаем толщину опорного столика, на который опирается главная
балка, 
.
Приварку столика к колонне будем осуществлять полуавтоматической
сваркой в среде углекислого газа сварочной проволокой Св-08Г2С. По табл.56 СНиП
II-23-81* принимаем ; а ; по табл.34 для полуавтоматической сварки: ; .
Так как , то расчет ведем только по металлу шва.
Столик целесообразно приваривать к ветви колонны по трем сторонам. Нижний шов
Ш2 выполняем катетом . Усилие воспринимаемое швом Ш2 равно:
Тогда длина опорного столика равна:
Принимаем 
.
Второстепенную балку опираем на столик, выполненный из швеллера.
Номер швеллера определяем из условия работы столика на изгиб:
принимаем швеллер N16 с 
, 
.
Катет сварного шва, прикрепляющего швеллер к ветви колонны,
рассчитаем по формуле
3.4 Расчет
узла сопряжения второстепенной балки с главной балкой
Принимаем конструкцию сопряжения с примыканием балки настила
к поперечному ребру жесткости главной балки на болтах.
Принимаем в соединении болты нормальной точности класса 4.8
диаметром 
.
Несущая способность одного болта при смятии стенки второстепенной
балки:
- толщина стенки второстепенной балки.
Несущая способность одного болта при смятии ребра главной балки:
- толщина ребра главной балки.
Несущая способность одного болта при срезе:
Количество болтов в соединении
Принимаем количество болтов в соединении 
.
Рис. 11 Узел сопряжения второстепенной балки с главной балкой
Диаметр отверстий под болты 
.
Расстояние между болтами по вертикали 
.
Принимаем 
Высота выреза 
, принимаем 
.
Расстояние от болта до обреза стенки балки настила по вертикали
где 
; 
- количество болтов в соединении
;
.
Прочность ослабленного поперечного сечения балки настила
обеспечена, так как
.
Список
использованной литературы
1.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Москва - Центральный институт типового
проектирования Госстроя СССР - 1986г.
.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. Москва -
Центральный институт типового проектирования - 1990г.
.
Металлические конструкции. Общий курс. Учебник для вузов / Под ред.Е.Н. Беленя.
Москва - Стройиздат - 1985г.
.
Жабинский А.Н., Нестеренко Н.Л., Вербицкий А.Г. Методические указания по
расчету колонн по курсу "Металлические конструкции”. Минск - БПИ - 1985г.