Введение

Заданием на проектирование предусматривается разработка проекта рабочей площадки промышленного здания, предназначенной для размещения, обслуживания и ремонта технологического оборудования.

Исходные данные:

1. нормативная полезная нагрузка на рабочий настил – 1800 кгс/м²;

2. размеры площадки в плане в осях – 64х27 м*м;

3. отметка рабочего настила – 8,2 м;

4. характер опирания главной балки на колонну – верхнее с внутренним расположением опорного ребра;

5. класс сооружения по степени ответственности – 2.

Разработка конструктивной схемы рабочей площадки

В курсовом проекте принимается нормальный тип балочной клетки. В приложении 1 представлен вариант разбивки балочной клетки: l_гб=16 м, l_бн=3 м, а=1000 мм, где l_гб – пролет главной балки, l_бн – пролет балки настила, а – шаг балки настила. Главные балки выполнены из составного двутаврового профиля. Балки настила выполнены из прокатных двутавров.

Назначение толщины настила

Настил выполняется из плоских стальных листов. Его толщина подбирается из условий жесткости.

Предельное отношение пролета настила к его толщине может быть определено из условий жесткости по графику в зависимости от величины нагрузки, действующей на настил.

Из графика .

Принимаем толщину настила =9мм.

Проектирование балок настила

Статический расчет

Балка рассчитывается как статически определимая шарнирная опертая однопролетная балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой по всей длине:

,

где ,

Назначение поперечного сечения балки настила

Сечение балки настила принимается из прокатных двутавровых профилей. Оно определяется из условий прочности при изгибе.

Определяем значение требуемого момента сопротивления.

По сортаменту принимаем двутавр №16 по ГОСТ 8239-89 со следующими характеристиками: А=20,2 см², Р=15,9 кг/м, I_y=873 см⁴, S_y=62,3 см³, t = 0,78 см, s=0,50см, W=109 см³.

Проверка принятого сечения по I и II группам предельного состояния

Проверка прочности при изгибе:

,

- проверка выполняется.

Проверка прочности на срез:

- проверка выполняется.

Проверка общей устойчивости балки:

Проверка в данном случае не требуется, т.к. общая устойчивость балки обеспечивается жестким стальным настилом, прикрепленным к верхнему поясу балки.

Проверка местной устойчивости:

Проверка не требуется, потому что заведомо обеспечена большой толщиной прокатного профиля.

По допустимости вертикальных деформаций:

,

,

– проверка выполняется.

Проектирование главной балки перекрытия

Статический расчет

где

Компоновка поперечного сечения главной балки

Выбор высоты сечения

Определяется оптимальная высота балки:

Определяется минимальная высота балки:

Определяется требуемая высота стенки:

Принимаем высоту балки .

Определение толщины стенки

Минимальная толщина стенки определяется исходя из условий прочности на срез, предельной гибкости и условий стандартизации толщин листового проката.

1) ;

2) ;

3) .

Из трех условий принимаем . Принимаем по ГОСТ 82-70* толщину листа .

Определение размеров полки

Требуемая площадь полки определяется из условий прочности.

Возьмем b_п=400мм.

1) , где -толщина полки;

2)

Принимаем толщину листов по ГОСТ 82-70* «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный»

Определение статических характеристик принятого сечения

;

Проверка принятого сечения по I и II группам предельного состояния

где

.

По допустимости нормальных напряжений

– проверка выполняется.

По допустимости касательных напряжений

– проверка выполняется.

По допустимости прогиба

– проверка выполняется.

Изменение поперечного сечения главной балки по длине

Сечение изменяем на расстоянии l_гб/6 от заделки.

Рисунок 1. Схема изменения сечения главной балки

;

Определяем требуемую ширину полки в измененном сечении:

1. из условия прочности на изгиб:

2. из условия обеспечения общей устойчивости в зоне изменения сечения:

3. из условия удобства сопряжения узкой и широкой частей полки:

4. из условия размещения ребер жесткости:

Принимаем

Для измененного сечения пересчитываем площадь и статический момент:

Проверка измененного сечения по прочности и жесткости

В месте измененного сечения присутствуют как нормальные, так и касательные напряжения, поэтому проверка прочности ведется по приведенным напряжениям, величина определяется для точки К измененного сечения.

Рисунок 2. Распределение напряжений в измененном сечении

По прочности:

- проверка выполняется.

Определяется величина прогиба:

– проверка выполняется.

Проверка общей устойчивости главной балки

Проверяем, достаточно ли часто установлены балки настила для обеспечения общей устойчивости:

,

, h_п – расстояние между центрами тяжести поясов.

.

Общая устойчивость обеспечена.

Проектирование поясных швов

Применяются сварные соединения с двусторонними или односторонними угловыми швами, обеспечивающие совместную работу полки и стенки балки и препятствующие взаимному сдвигу этих элементов.

Катет шва:

где n =2 – количество плоскостей среза;

β_f =1,1 – коэффициент, учитывающий вид сварки;

R_wf – расчетное сопротивление углового сварного шва по металлу шва ( );

Принимаем катет шва: k_f = 5 мм.

Размещение ребер жесткости для обеспечения местной устойчивости

Т.к. условная гибкость , для обеспечения местной устойчивости стенки достаточно только основных поперечных ребер жесткости.

Шаг ребер принимается равным шагу балок настила – 1м.

Проверка 1 отсека (отсек, расположенный максимально близко к середине пролета):

– проверка выполняется.

Проверка 2 отсека (отсек, расположенный у опоры):

– проверка выполняется.

Проверка 3 отсека (отсек в месте изменения сечения ГБ):

– проверка выполняется.

Ребер жесткости:

1. Ширина ребра:

2. Толщина ребра:

Принимаем по ГОСТ 82-70* «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный».

Проектирование узла опирания балки настила на главную балку

Используются высокопрочные болты класса 5.6 по прочности. Размеры накладок в узле будут определяться в зависимости от расстояния между болтами.

Минимальное расстояние между болтами определяется:

d_отв,

d_отв,

d_отв,

d_б=16мм.

По диаметру болта определяется диаметр отверстия:

d_отв=19мм,

,

Несущая способность одного болта определяется наименьшим значением усилия по срезу и смятию:

Определение требуемого количества болтов:

.

Принимаем количество болтов 2 шт.

Проектирование укрупнительного стыка на высокопрочных болтах

Целесообразно расположить стык на расстоянии 1/2 L_гб, в котором:

Размеры накладок в узле будут определяться в зависимости от расстояния между болтами.

Минимальное расстояние между болтами определяется:

d_отв,

d_отв,

d_отв

d_отв,

d_б=20мм.

По диаметру болта определяется диаметр отверстия и площадь:

d_отв=23мм,

S_н=2,45см²,

принимаем 60 мм;

, принимаем 35 мм;

принимаем от 100 до 370 мм;

принимаем 35 мм.

Проектирование стыка по полке

Считается, что полки воспринимают лишь часть изгибающего момента М_п, стенка же воспринимает оставшуюся часть изгибающего момента М_ст и всю поперечную силу:

Стык сначала рассчитывается, а потом конструируется.

Момент, воспринимаемый полками М_п, трансформируется в пару сил, действующих на накладку:

- расчетное сопротивление болта растяжению,

- коэффициент, зависящий от количества болтов в соединении,

- коэффициент трения поверхности, зависящий от шероховатости,

- коэффициент трения, зависящий от метода контроля затяжки болта,

количество болтов по накладке полки, для одной стороны стыка, меньше 10 штук, пересчитываем

принимаем количество болтов по накладке полки, для одной стороны стыка, равным 8 штук.

Назначение размеров накладки (по полке):

1. ширина:

2. толщина:

округляем до ближайшей большей стандартной толщины листов по ГОСТ 82-70* «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный»: