Проектирование технологической площадки промышленного здания

        

Принимаем толщину стенки:  
 

4.3.4. Определение размеров пояса балки: 
 
 
 
 
 
 
 
 

- требуемая площадь полки

по  условию прочности. 

Принимаем  

Определяем  толщину полки по двум условиям:

1) по условию прочности 

- требуемая  площадь полки  по условию прочности

-ширина полки

 

2) по условию местной  устойчивости

- ширина полки

- расчетное  сопротивление

 
 
 

         

   

    По  сортаменту ГОСТ 82-70 принимаем толщину полки: 32 мм << 40 мм. Условие выполнено.

    Проверка  А_n = *b_n = 3,2 *25 = 80(см²) >> А_n^треб = 79,286(см²). 
 
 
 

    4.4. Определение статических характеристик сечения ГБ:

Рис. 4.3. Габариты сечения главной балки 

)

2)

3)

4) l_x = l_x(ст) + l_x(n) = σ_ст * h_cn³ /12 + 2*(b_n* σ_n³/12 + (b_n* σ_n)*(h_ст + σ_n)/2) = 1,1*(125)³/12 + 2*(68,266 + 328704,8) = 836582,592 (см⁴)

5)  

4.5. Проверка принятого сечения по I и II группам предельных состояний

4.5.1. По несущей способности: 

σ = М_max/W_x < R_ц*

σ = 30929062,5/12733,37 = 2420 (кг/см²), k = 2420/2421 = 0,99 

 

Условие прочности выполняется. 

4.5.2. По жесткости

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1,64 см < 3,57 см

    Условие жесткости выполняется. 

4.6 Изменение сечения  ГБ по длине:

     Цель изменения  сечения ГБ по  длине – получить  некоторую экономию  металла. В однопролетной  шарнирно-опертых  балках с равномерно-распределенной нагрузкой по всей длине оптимальным является изменение сечения на 1/6 пролета l от пролета. 

4.6.1 Момент и поперечная  сила на расстоянии 1/6 l от опор:

М_изм = 0,56 * М_max = 0,56 * 30929062,5 кг*м = 17320275 кг*м;

Q_изм = 0,66 * Q_max = 0,66 * 82477,5 кг = 54435,15 кг. 

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 в зоне изменения сечения:

       ≥ h/10 = 131,4/10 = 13,14 см.

3. Из условия удобства сопряжения широких и узких полос полок:

     ≥ b_п/2 = 25/2 = 12,5 см.

4. Из условия удобства размещения опорных ребер жесткости:

     ≥ 18-20 см.

С учетом всех вышеперечисленных  условий принимаем ширину полки равной 18 см.

Рис. 4.6. Габариты измененного сечения главной балки 
 

    4.7 Проверка прочности измененного сечения по IV теории ГБ: 

    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. 4.7):

Рис.4.7. 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

λ_w = h_ст * (R_y / E)^½ = 1113,64 * 0,033 = 3,75 – условная гибкость стенки;

λ_w = h_ст / δ_ст = 125/1,1 = 113,64 – обычная гибкость стенки;

λ_w = 3,75 > 3,2, отсюда следует, что а < 2 λ_w

а < 2*125 = 250 (см)

Для нашего курсового  проекта выбираем а = l_Н = 100 (см).

b_р^тр = h_ст / 30 + 40 мм = 125 / 30 + 40 = 81,66 мм.

Принимаем b_р = 90 мм < 94мм, т.е. ребро не выходит за пределы верхнего пояса.

δ_р^тр = 2 * b_р * (R_y / E)^½ = 0,033 * 2 * 90 = 5,9 мм;

Принимаем δ_р = 8 мм.

Рис. 4.7. Схема расположения ребер жесткости 

    4.10. Расчет поясных сварных швов, крепящих полку ГБ к стенке: 

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

β_f – коэффициент, учитывающий вид сварки;

R_wf – расчетное сопротивление срезу, зависящее от электрода, марки стали (для стали С255 и электродов Э42А R_wf = 1850 кг/см²);

Принимаем катет шва по конструктивному минимуму: k_f = 4 мм, но слишком тонкий шов не проварит металл толстого элемента. Руководствуясь таблицей 38 СНиПа 5301-96 «Стальные конструкции», окончательно принимаем по толщине наиболее толстого из свариваемых элементов К_f = 9 мм. 

    4.11. Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

    Необходимость монтажного стыка обусловлена большой длиной главной балки (превосходящей допустимую из условия транспортировки).

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

    Стык  расположен на расстоянии ⋲1/4 пролета L (см. рис. 4.9) по середине между ребрами жесткости, в зоне действия моментов 75% от M_max.

Рис.4.9. Место расположения стыка

    x = 3,5 м;

    

    Условие: (0,8M_max – 0,85 M_max) не удовлетворяется, поэтому назначаем новое значение x = 4,5 м

    

    Конструкция стыка на болтах представлена на рис. 4.9: 

    

    Используются  высокопрочные болты марки 40х “Селект”. Болты работают только на растяжение. Принимаем диаметр болтов ∅22 мм (А_нт = 3,03 см²). Диаметр отверстий под болты - ∅25 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:

    I_ст = δ_ст * h_ст³ / 12 = 1,1 * 125³ / 12 = 179*10³ см⁴;

    М_ст = М_х * I_ст / I_х = 24743250,5 * 179*10³ / 1768532,4 = 2504870,496 кг*см

    М_п = М_х - М_ст = 24743250,5 – 2504870,496 = 22238380 кг*см

    Определение размеров накладки по стенке:

    δ_н.ст = δ_ст – 2 мм = 11 – 2 = 9 мм. 

    Проверка  прочности стыка. Определение внутренних усилий в накладках на стенку главной балки (см. рис. 4.10):

  

Рис. 4.10. Распределение внутренних усилий в накладках

по  стенке под действием внешней нагрузки 

    где е – расстояние от болтов до центра болтового поля;

        N – возникающие усилия. 

    N_Q = Q_x / n_б = 32991 / 24 = 1374,625 кг;

    N_max = М_ст * e_max / Σ e_i² = 2504870,496 * 55,187 / 4(3045,6 + 2043,04 + 1260,25 + 655,36 + 246,49 + 39, 06) = 4740, 74 кг.

Рис.4.11. Определение N_Σ 

    N_Σ = (N_Q² + N_max²)^1/2 = (1889593,9 + 22474648,965)^1/2 = 4936,02 (кг)

    где n_тр – количество плоскостей трения (n_тр = 2);

Q_bh – несущая способность фрикционного соединения, стянутого одним болтом по одной плоскости трения. 

    Q_bh = R_bh * γ_b * А_н * μ / γ_h = 7700 * 1 * 3,03 * 0,58 / 1,12 = 10415,625 кг;

где R_bh – расчетное сопротивление болта растяжению (R_bh = 0,7 * R_bun = 0,7 * 11*10⁷ = 7,7*10⁷ кг/м²);

γ_b – коэффициент, зависящий от количества болтов в соединении (n_б > 10;     γ_b = 1);

А_н – площадь нетто одного болта;

μ – коэффициент  трения поверхности, зависящий от шероховатости (при дробеметной или дробеструйной металлизационной обработке цинком или алюминием μ = 0,58);

γ_h – коэффициент, зависящий от метода контроля затяжки болта (γ_h = 1,12).