Промышленная этажерка – стальное сооружение, предназначенное для размещения на ней технологического оборудования. Основной несущей конструкцией этажерки является каркас, состоящий из колонн, ригелей, связей, перекрытий, расположенных друг над другом.
Аннотация к работе
Основной несущей конструкцией этажерки является каркас, состоящий из следующих элементов: колонн, ригелей, вертикальных связей и горизонтальных жестких дисков - перекрытий, расположенных друг над другом. Балочная клетка упрощенного типа состоит из одного ряда балок, уложенных с определенным шагом, к которым крепится настил. Балочная клетка нормального типа состоит из двух рядов балок: главных балок, опирающихся на колонны, и второстепенных балок (балок настила), опирающихся на главные балки. Балочная клетка усложненного типа состоит из трех рядов балок: главных балок, опирающихся на колонны, второстепенных балок, опирающихся на главные балки, и балок настила, опирающихся на второстепенные балки. В зависимости от способа крепления балок друг к другу и балок к колоннам различают крепление шарнирное (на болтах) и жесткое (на сварке).
План
План балочной клетки с указанием всех размеров
Список литературы
Исходные данные: L х В = 6 х 4 м
Рн = 30 КПА
Отметка верха настила (ОВН) = 4,2 м
Требуется: спроектировать балочную клетку.
1. Выбор толщины стального настила, вычисление расчетного пролета стального настила и назначение шага вспомогательных балок.
Толщину стального настила можно назначить по рекомендации в зависимости от нагрузки: Рн, КПА 11…2021…30 ?, мм 6…8 8…10 10…12 12…14
Для Рн = 30 КПА примем ? = 14 мм
Определим расчетный пролет стального настила. Для этого определим величину нагрузки по формуле: , где g - собственный вес листового настила (КН/м ) ? - удельный вес листового настила (КН/м )
(КН/м )
Запишем условие жесткости: , где n - величина, обратная предельному относительному прогибу настила: Предельный относительный прогиб настила: , где = 0.3 для стали
Подставим имеющиеся данные в условие жесткости: Определим расчетный пролет настила: ? = 40• ? = 40• 0.014 = 1,12 м
Примем ? = 1 м кратно шагу колонн.
Проведем проверку жесткости: , где
Подставим имеющиеся данные в формулу для ? : м = 0,8см ? = 0,46
Для назначения шага балок настила воспользуемся приближенной зависимостью формулы Телояна: , где ? - расчетный пролет настила м
Найдем число балок настила: Примем 6 балок настила в одной ячейке и вычислим шаг балок настила:
2. План балочной клетки.
К - колонна
ГБ - главная балка
БН - балка настила
L - шаг колонн в продольном направлении или пролет ГБ
В - шаг колонн в поперечном направлении или пролет БН, или шаг ГБ a - шаг БН или пролет листа настила
3. Сбор нагрузок на элементы балочной клетки
Нагрузки на 1 м перекрытия: Вид нагрузки q , КН/м q , КН/м
Постоянные: 1. Вес настила: 1,0991.051,153
Временные длительные: 2. Технологическая нагрузка от оборудования 30 1.2 36
Итого: 31,09 37,153
Погонные нагрузки на 1м длины балки настила: , где
- коэффициент надежности по нагрузке.
КН/м
КН/м
4. Подбор профиля вспомогательной балки: КН•м
КН
Определим требуемый момент сопротивления из условия прочности по нормальным напряжениям с учетом пластической работы материала: , где
W - момент сопротивления ослабленного сечения, определенного по упругой области работы элемента с - коэффициент, учитывающий увеличение момента сопротивления сечения при работе в области пластических деформаций (для двутавра с = 1.12)
R - расчетное сопротивление по пределу текучести
- коэффициент условий работы
Для стали: = 240 МПА
= 1.1 (по таблице 6 СНИПА «Стальные конструкции»)
Подставим имеющиеся данные в формулу для : м = 230 см
По сортаменту принимаем двутавр № 22 со следующими характеристиками: см см
Масса одного метра составляет 21 кг
Выполним проверку на жесткость: при
>
Условие не выполняется.
Выбираем двутавр № 24 со следующими характеристиками: см см b = 115 мм
F = 38,4см
Масса одного метра составляет 27,3 кг
Снова выполним проверку на жесткость: >
Условие выполняется. Принимаем окончательно двутавр № 24.
Погонные нагрузки на 1м длины главной балки: , где g - собственный вес балки настила
КН/м
КН/м
5. Компоновка сечения сварной главной балки и обеспечение ее надежности
6.
КН/м
КН•м
КН
Определим требуемый момент сопротивления: м = 2240 см
Оптимальную высоту балки можно найти из условия жесткости:
Из данной формулы выразим I : м = 68000 см
Отсюда: м
Значение h удовлетворяет условию: h Принимаем h = 0.6 м
Тогда толщина стенки двутавра:
Принимаем = 9 мм
Высота полочки: Примем мм
Примем 18 мм мм мм
Выразим b из данного выражения: см
Необходимо выполнение условия: b 200 мм. Поэтому, принимаем b = 24 см.
Определим геометрические характеристики сечения: см см см
6. Основные проверки
1) Проверка прочности опорного сечения по касательным напряжениям: Производится по формуле: , где
2) Проверка прочности среднего сечения по нормальным напряжениям: Производится по формуле: , где
R - расчетное сопротивление стали сжатию см
МПА
Условие прочности выполняется.
3) Проверка прочности по местным напряжениям: В данном случае проверяется точка, принадлежащая стенке балки, непосредственно под балкой настила по формуле: , где
F - сила давления от балки настила на главную балку.
- условная длина распределения локальной нагрузки.
Для двутавра № 24 b = 115 мм. мм
КН
МПА
Условие прочности выполняется.
4) Проверка общей устойчивости балки: Данная проверка производится по формуле: , где (1)
- коэффициент, определяемый по приложению 7 СНИПА II-23-81 «Стальные конструкции».
W - следует определять для сжатого пояса.
Если выполняется неравенство: , то условие (1) можно не проверять.
Величину примем по таблице 8 СНИПА II-23-81 «Стальные конструкции» из расчета, что нагрузка приложена к верхнему поясу: , где b - ширина сжатого пояса t - толщина сжатого пояса h - расстояние между осями поясных листов
Определим отношение : должно составлять не менее 15. Следовательно, принимаем .
Подставим данное значение в формулу для нахождения предельной величины: - коэффициент, определяемый по п. 5.20. СНИПА II-23-81 «Стальные конструкции» по формуле: , где
, если выполняется условие
(условие не выполняется).
С1=1,05*Вс
С1=1,05*0,924=0,97 Принимаем с1=1
Подставим полученные значения в формулу для ?: Найдем :
Условие выполняется. Проверку по формуле (1). приложения 7 СНИПА II-23-81 «Стальные конструкции» проверять не требуется
5) Проверка местной устойчивости полки: Производится по неравенству: , где значение предельной величины определяется по таблице 30 СНИПА II-23-81 «Стальные конструкции».
Сначала проверим условие:
Данное условие выполняется, следовательно, выбираем формулу для граничного значения из примечания к таблице 30: см мм = 11,55 см
Условие см выполняется.
6) Проверка местной устойчивости стенки: Устойчивость стенок балок не требуется проверять, если соблюдается следующее неравенство: , где
- условная гибкость стенки.
2.5 - коэффициент, значение которого не должна превышать условная гибкость стенки при наличии местного напряжения в балках с двусторонними поясными швами.
Согласно правилам расстановки ребер жесткости этажных сопряжений балок в зоне образования пластического шарнира ребра жесткости устанавливаются под каждой балкой настила. На остальных участках ребра жесткости устанавливают под балками настила с шагом, не превышающим предельно допустимый.
Выявим зону образования пластического шарнира: м
Согласно п. 7.10. СНИПА II-23-81* «Стальные конструкции», расстояние между основными поперечными ребрами в случае, если , не должно превышать 2.5 , т.е 2.5•56,4 = 141 см.
Допускается превышать указанное выше расстояние между ребрами до значений
3 , т.е 3•56,4 = 169,2 см при условии, что стенка балки удовлетворяет проверкам по пп. 7.4* ( в нашем случае данную проверку проводить не нужно, так как ), 7.6* (проверку проводить не нужно, так как ), 7.7 (проверка не нужна, так как в нашей системе отсутствует продольное ребро жесткости), 7.8 (проверка не нужна, так как в нашей системе отсутствуют короткие поперечные ребра жесткости), 7.9 ( проверка не выполняется, так как в данном пункте описывается расчет на устойчивость стенок балок ассиметричного сечения) и общая устойчивость балки обеспечивается выполнением требований п. 5.16*,а или 5.16*,б ( см проверку общей устойчивости балки).
Таким образом, определим максимальный шаг расстановки ребер жесткости: см
Также по п. 7.10, в стенке, укрепленной только поперечными ребрами, ширина их выступающей части для одностороннего ребра должна быть не менее ( принимаем = 0.5 м) , а толщина ребра должна быть не менее
7. Расчет опорной части балки.
Запишем условие прочности на смятие торца ребра: , где
- расчетное сопротивление стали смятию боковой поверхности, определяющееся по таблице 1* СНИПА «Стальные конструкции»: , где
- временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению по государственным стандартам и техническим условиям на сталь по таблице 52* СНИПА «Стальные конструкции»
- коэффициент надежности по материалу, принимаемый по таблице 2.
МПА
Зададимся шириной ребра = 24 см ( см). Определим толщину ребра: , где
Q - поперечная сила на опоре, равная 305.76 КН мм
Принимаем толщину ребра = 8 мм.
Проверим опорный участок балки на устойчивость: =16,88 см
Запишем условие прочности: , где
= 1
А=24*0,8 16,88*0,9=34,39 м
КН
- коэффициент продольного изгиба, определяющийся через условную гибкость : , где
- радиус инерции, определяющийся по формуле: , где см см
Определим по таблице 72 СНИПА «Стальные конструкции»: Подставим полученные значения в формулу условия прочности: Условие выполняется.
Определим величину выпуска ребра за нижнюю полку: мм
Принимаем трубу со следующими параметрами: D = 219 мм t = 8 мм
А = 53 см i = 7,47 см
Вычислим фактическую гибкость колонны:
Подставим полученные значения в условие устойчивости: Условие выполняется. Следовательно, профиль сплошной центрально сжатой колонны подобран верно.
9. Оформление оголовка колонны.
Толщина плиты принимается в пределах от 20 до 25 мм. Примем = 25 мм. Ширину плиты вычислим по следующей зависимости: см
Вычислим ширину ребра: мм
Толщину ребра определим из условия прочности ребра на смятие: , где
- условная длина смятия, определяющаяся по формуле: мм
Подставим полученное значение в условие прочности ребра на смятие: мм
Принимаем =12 мм.
Высоту ребра найдем из условия прочности сварных швов на срез по металлу шва: , где
- расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва, принимаемое по таблице 56 СНИПА «Стальные конструкции».
Выразим из данного выражения: Для электрода типа Э42 значения величин будут следующими: Значение определим из таблицы 34 СНИПА «Стальные конструкции». Для автоматической сварки при диаметре сварочной проволоки 4 мм и нижнего положения шва = 0.9.
Таким образом: м
Примем
Проведем проверку прочности ребра на срез: Rs=0.58Ry=0.58*240=139.2
Условие выполняется.
10. Оформление базы колонны.
Роль траверсы могут выполнять консольные ребра. Для компоновки базы колонны берутся значения основных параметров в следующих диапазонах: = 20…40 мм
= 10…16 мм
, где
Ширина плиты вычисляется следующим образом: , где определяется из условия прочности фундамента на сжатие.
Примем = 7 МПА. Тогда: м
Примем мм.
Также примем = 25 мм, = 10 мм, = 5 мм, мм.
Определим выступ ребра: мм
11. Узел опирания балки настила на главную балку.
12. Узел опирания главной балки на оголовок колонны.
Список использованной литературы: СНИП 2.О1.О7-75. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1987.
СНИП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1990.
Инженерные конструкции / Под ред. проф. В.В.Ермолова. - М.: Высшая школа, 1991.
Металлические конструкции / Под общ. ред. проф. Е.И.Беленя. - М.: Стройиздат,1976.- 576 с.
К.К.Муханов. Металлические конструкции.-М.:Стройиздат, 1978.- 576 с.
Металлические конструкции. Справочник проектировщика/Под ред. акад. Н.П.Мельникова.- М.:Стройиздат,1980.- 776 с.