Проектирование металлической балочной клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОМПОНОВКА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ



Монтажная схема балочной клетки приведена на рис 1.1, монтажная схема с грузовыми площадями на несущие элементы на рис. 1.2. В балочной клетке нормального типа нагрузка с настила передается на балки настила, с балок настила на главные балки, с главных балок на колонны.

Балочная клетка одноэтажной рабочей площадки нормального типа состоит из стального настила, который опирается на балки настила, балки настила передают нагрузки на главные балки, главные балки на колонны.

Главные балки выполняем из 2-х отправочных элементов одинаковой длины. Главные балки имеют посередине монтажные стыки.

Балки настила располагаем симметрично относительно настила главных балок. Балки настила не должны приходиться на монтажный стык.

Сопряжение балок настила с главными балками принимается в одном уровне верхних поясов.

Для балок настила марки Б1 ширина грузовой площади составляет:

а / 2 = 1,2/ 2 = 0,6м, для балок настила Б2 ширина грузовой площади равна шагу этих балок: а / 2 + а / 2 = а = 1,2 м, для балок настила Б3 ширина грузовой площади равна шагу этих балок: а / 2 + а / 2 = а = 1,2 м . На главные балки марки Г1 нагрузка собирается с ширины: l / 2 = 3,8 / 2 = 1,9 м. Для главных балок Г2 ширина грузовой площади равна расстоянию между главными балками или пролету балок настила:

l / 2 + l / 2 = l = 3,8 м.

Площади сбора нагрузок на колонны:

К1 - = = 12,16 м2 ;

К2 - = = 24,32 м2 ;

К3 - = =24,32 м2 ;

К4 - L · l =12,8 ·3,8 = 48,64 м2.

Расчет стального настила

Для стального настила принимаются плоские листы толщиной от 6 до 16мм. Сталь настила С245 по ГОСТ 19903-74 или по ГОСТ 82-70. Листы привариваются к верхним поясам балок настила (рис 2.1а). Это делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой. В настиле возникают растягивающие цепные усилия Н. Приварка защемляет настил, однако в расчетах обычно защемление не учитывается.

Плотность стали гs = 78,5, коэффициент надежности по нагрузке 1,05. Нагрузка на 1 м2 настила.

№ п/п	Вид нагрузки	Усл. обозначения	Ед. измерения	Нормативные нагрузки	г1	Расчетная нагрузка
1	Собственный вес настила tн*гs=0,01*78,5=0,785 кН/м2		кН/м	0,785	1,05	0,824
2	Постоянная нагрузка		кН/м	10	1,1	11
3	Временная нагрузка		кН/м	22	1,3	28,6
	Итого:		кН/м	32,785		40,424



Конструктивный расчет настила

Расчет пролета настила

lн= а-b1=a-100мм=1200-100=1100 мм

а- шаг балок настила;

Требуемая толщина настила из условия жесткости:

где м = 0,3 - коэффициент Пуассона для стали.

Е=2.06* кН/

Предельный прогиб . Настил изгибается по цилиндрической поверхности. Для расчета вырезают полосу шириной один метр.

- нормативная нагрузка на настил.

Полученная толщина настила из условия жесткости 13,88 мм, принимаем tн=14мм. Из условий рациональности необходимо перейти на настил с ребрами жесткости.

Принимаем в соответствии с сортаментом:

tн =8 мм

tр =8 мм

hр=80 мм

tр- толщина ребра;

hр- высота ребра;



Требуемый шаг ребер жесткости:

Принимаем:

Т.к. Ст. 245 = 240 Н/= 24 кН/

- (табл. В5 СП16), расчетное сопротивление стали по пределу текучести;

Ср=0,65*tн= 0,65*0,8 = 15,23 см

В работу включается только часть настила -

Находим геометрические характеристики расчетного сечения настила:



Находим положение центра тяжести:

=3.5см

Момент инерции сечения настила включенного в работу:

Момент сопротивления:

Расчетные усилия от расчетных нагрузок:

Проверка прочности по нормальным напряжениям:



Прочность настила по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности настила по касательным напряжениям:

Прочность настила по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости или относительного прогиба:

Жесткость настила обеспечена.

Расчет сварных швов:

Определяем горизонтальную силу Н для расчета сварных швов

, где

- средний коэффициент надежности по нагрузке

Настил приваривается к балкам настила угловыми сварными швами. Сварка ручная, электрод Э42.

Выбираем наиболее опасное сечение углового сварного шва:



-зависят от вида сварки

опасное сечение по металлу шва.

Определяем требуемый катет шва:

по

Принимаем

Расчет балки настила Б2

Статический расчет.

Определим приведенную толщину настила:



Нагрузка на балку настила.

Таблица 3.1

№ п/п	Вид нагрузки	Усл. обозначения	Ед. измерения	Нормативные нагрузки	г1	Расчетная нагрузка
1	Собственный вес настила tпр*с=0.00907*78,5=0,712 кН/м2		кН/м	0,712	1,05	0,748
2	Собственный вес балки настила		кН/м	0,4	1,05	0,42
3	Постоянная нагрузка		кН/м	10	1,1	11
4	Временная нагрузка		кН/м	22	1,3	28,6
	Итого:		кН/м	33,112		40,768

Нормативная погонная нагрузка:

Расчетная погонная нагрузка:

Расчетный максимальный изгибающий момент:



Расчетная максимальная поперечная сила:

Конструктивный расчет.

По табл. В5 СП16 сталь С285

,

для фасонного проката при толщине . По табл. Е1 СП16 принимаем

В соответствии с ГОСТ 26020-83 подбираем:

1. I №26Б1

2. I №23Ш1

Вариант 1



2) Проверка сечения.

Уточняем нагрузки на балку настила с учетом её собственного веса

· Погонная нормативная нагрузка:

· Расчетная погонная нагрузка:

Уточняем момент и поперечную силу:

По табл. Е1 СП16 находим коэффициент сх.

сх =1,103

Уточняем Ry - табл. В.5

Сталь балок настила С285 Ry=27 кН/см2

1) Проверка прочности по нормальным напряжениям:

,

т.е. запас прочности 5%

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

2) Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

3) Проверка относительного прогиба (жесткости):

4) Проверка общей устойчивости:

Проверка обеспечена, т.к. выполняются требования п. 8.4.4а СП16: на сжатый пояс балки опирается жесткий настил, приваренный непрерывными сварными швами.

5) Проверка местной устойчивости элементов балки:

Местная устойчивость полки и стенки обеспечена из условия проката.

Вариант 2



Проверка сечения

· Погонная нормативная нагрузка:

· Погонная расчетная нагрузка:

Уточняем момент и поперечную силу:



По табл. Е1 СП16 интерполяцией находим коэффициент сх.

сх =1,0691

Уточняем Ry по табл. В.5 (С285) - Ry=27кН/см2

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости балки (по нормативным нагрузкам).

Прогиб балки:



- предельный относительный прогиб, принимаем по табл. Е.1 СП «Нагрузки и воздействия».

Сравнение балок настила

Условное обозначение	Единицы измерения	Сечение, ГОСТ
		I№26Б1 ГОСТ 26020-83	I№23Ш1 ГОСТ 26020-83
		0,28	0,362
		312	377
		4024	4260
		25,58	21,85
		15,66	13,92

По характеристикам наиболее выгодно принять двутавр I№26Б1.

Расчет главной балки Г2.

Главные балки ввиду больших нагрузок и пролетов проектируют в основном из сварного сечения из сварного симметричного двутавра.

Расчетная схема определяется типом балочной клетки. Главная балка по расчетной схеме является однопролетной шарнирно опертой балкой, загруженной сосредоточенными силами (опорных реакций), передаваемыми балками настила и собственным весом в виде равномерно распределенной нагрузки.



Статический расчет

Нагрузка на главную балку Г2

№ п/п	Вид нагрузки	Усл. обозначения	Ед. измерения	Нормативные нагрузки	г1	Расчетная нагрузка
1	Собственный вес настила tпр*p=0,01*78,5=0,785 кН/м2		кН/ м	0,785	1,05	0,824
2	Собственный вес балки настила		кН/ м	0,23	1,05	0,245
3	Постоянная нагрузка		кН/ м	10	1,1	11
4	Временная нагрузка		кН/ м	22	1,3	28,6
5	Итого:		кН/ м	33,015		40,669
6	Собственный вес главной балки 0,02*40,669=0,813 кН/м2		кН/ м	0,813	1,05	0,854
7	Всего:		кН/ м	33,828		41,523

Определяем погонные нагрузки:

· нормативная



· расчетная

Определяем расчетные усилия:

Конструктивный расчет.

Принимаем балку составного сечения. По заданию главная балка бистальная: сталь поясов главной балки С345 по ГОСТ 27772-88, сталь стенки главной балки С245 по ГОСТ 27772-88.

Требуемый момент сопротивления:



По табл.В5 для стали С345

,

для листового проката при толщине , для стали С245

для листового проката при толщине

По табл. 1 СП16

Определяем высоту стенки из следующих условий:

· min hef из условия жесткости

· оптимальна высота из условий экономичности

	?=76,87 см
	? 2 м
	=102,4 см

Принимаем: hef=1000 мм, с учетом сортамента листового проката, (ГОСТ 82-70*).

Определяем толщину стенки:

· из условий среза

см

· из условия местной устойчивости

,	? =0,91 см
	?=0,607 см
	? 6мм
	ГОСТ

Принимаем: .

Требуемая площадь сечения одного пояса:

m - коэффициент, учитывающий бистальную балку

	ГОСТ

Принимаем: = 300 мм

	= 90,62/30= 3,02 см
	ГОСТ

Принимаем: =40 мм.

hef = 1000мм

tw = 20мм

bf = 300мм

tf = 40мм

Определяем геометрические характеристики сечения.

Находим момент инерции относительно оси х:



Момент сопротивления относительно оси х:

h== 100+2*4=108см

Статический момент:

Проверка прочности

Уточняем расчетное сопротивления полки при толщине , по табл.В5 сталь С345

для листового проката. Уточняем расчетное сопротивления стенки при толщине , по табл.В5 сталь С245

для листового проката.

Проверяем прочность по нормальные напряжения:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверяем прочность по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости.

б=0,8…0,9 - коэффициент, учитывающий изменения сечения по длине балки.

Жесткость балки обеспечена.

Проверка общей устойчивости.

, где

lef - расчетная длина сжатого пояса балки или расстояние между точками закрепления балки из плоскости (a);

h0=hef+tf=1+0,04=1,04м

Общая устойчивость обеспечена.

Изменение сечения главной балки.

Сечение главной балки было подобрано по в середине пролета, согласно эпюре моментов величина изгибающего момента уменьшается по направлению к опорам, отсюда следует, что вблизи опор материал используется не эффективно. Большая площадь недоиспользована несущими способностями, поэтому уменьшаем сечение главной балки, вблизи опор, за счет уменьшения ширины пояса.

,

Принимаем: .

	=0,5*300= 150 мм
	ГОСТ



,

Проверка подобранного сечения.

Находим момент инерции относительно оси х:

Момент сопротивления относительно оси х:

Статический момент:

· Проверка прочности по нормальным напряжениям.



Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

· Проверка прочности по касательным напряжениям.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Нормальные напряжения на уровне поясных швов

Проверка приведенных напряжений на уровне поясных швов:

По касательным напряжениям на опоре для измененного сечения

Устойчивость балки обеспечена.

Проверка общей устойчивости с учетом уменьшения сечения



Проверка местной устойчивости полки

,

,

Проверка местной устойчивости стенки главной балки

Определяем условную гибкость стенки

- при двусторонних поясных швах и при наличии местных напряжений

Условная гибкость стенки не превышает нормативную, т.е. устойчивость стенки обеспечена, в учебных целях устанавливаем поперечные ребра жесткости.

Шаг ребер жесткости:

Поперечные ребра жесткости рекомендуется устанавливать в местах действия сосредоточенных сил (под балками настила), чтобы локальные напряжения в стенке балки на этом участке равнялись нулю.

Принимаем ар=1,2м<аmax=2,5м

Т.к.

Поперечные ребра жесткости делят стенку балки на отсеки. Для проверки местной устойчивости стенки в отсеках определяют M и Q для каждого отсека по следующим правилам:

1. Если lотс?hотс (a?hef), то M и Q определяют по середине отсека;

2. Если lотс>hотс (a>hef), то M и Q определяют по середине наиболее напряженного условного участка с длиной равной hотс.

Проверка местной устойчивости стенки балки

N п/п	Характеристика сечения	Отсеки
		1	2	3	4	5	6
1	Место проверки местной устойчивости	0,5	1,5	2,7	4,1	5,3	6,5
2	Расчётный момент	485,19	1337,24	2151,42	2814,13	3136,02	3230,69
3	Расчётная поперечная сила	930,94	773,16	583,81	362,91	173,56	0
4	Момент сопротивления	10668,41	10668,41	16050,37	16050,37	16050,37	16050,37
5		4,21	11,61	12,41	16,23	18,09	18,64
6		4,65	3,86	2,92	1,81	0,86	0
7	Меньшая сторона отсека	1	1	1	1	1	1
8	Большая сторона отсека	1	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
9	Отношение	1	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
10		1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7
11		86,8	75,36	75,36	75,36	75,36	75,36
12	;	1,152	1,152	1,92	1,92	1,92	1,92
13		31,77	31,77	33,16	33,16	33,16	33,16
14	, кН/см	280,76	280,76	293,04	293,04	293,04	293,04
15		1,78	1,78	1,78	1,78	1,78	1,78
16		0,015	0,041	0,042	0,055	0,062	0,064
17		0,05	0,05	0,04	0,02	0,01	0
18		0,052	0,065	0,058	0,058	0,063	0,064
19	Примечания: местная устойчивость	обеспеч.	обеспеч.	обеспеч.	обеспеч.	обеспеч.	обеспеч.

Вывод: Проверка местной устойчивости во всех отсеках выполняется, поэтому мы не устанавливаем дополнительные поперечные ребра жесткости в середине отсека. настил балочный сечение сварной

Сталь поперечных ребер жесткости принимаем такой же, как сталь стенки главной балки. Назначаем сталь поперечных ребер жесткости С245. Ширину поперечных ребер определяем по требованиям 2, п. 8.5.9

Окончательно принимаем ширину поперечных ребер:

- на участках уменьшенного сечения главной балки

-на участке основного сечения

Расчет поясных сварных швов для главной балки

Расчет сварного шва, соединяющего пояс со стенкой, производим на действие сдвигающей силы Т.

Статический момент балки в измененном сечении относительно нейтральной оси:

Сдвигающая сила на 1 см длины балки:

Поясные швы выполняются двусторонними с помощью автоматической сварки «в лодочку» .

Марка сварочной проволоки СВ-08Г2С d=3…5мм,

Определим катет сварного шва:

· По металлу шва

· По металлу границы сплавления

n=2,

т.39f=1.1, z=1.15 при d=3…5мм

т.Г.2Rwf=21,5кН/см2

Rwz=0.45Run=0.4547=21,15 кН/см2

Run=47 кН/см2 при tw=10мм

Окончательно назначаем катет поясных сварных швов:

	мм

Принимаем

=7 мм

Опорная часть главной балки



Принимаем опирание балок на колонну сверху. Соединение шарнирное, конец балки в месте скрепления с колонной укрепляют ребром, считая, что через него передаются реакции балки.

Сталь ребра - С245. Определяем размеры ребра:

· Из условия смятия а?1,5tр

, где

Rгб=Qmax=1009,84 кН;

Run=37 по табл. В.5

по табл.3

Принимаем bp=b'f=18см

Принимаем tр=16мм.

Проверка опорного участка балки на устойчивость

В расчетное сечение входят опорное ребро и часть стенки, примыкающей к ребру, шириной bw.

Aоп=bp*tp+bw*tw=18*1,6+38,08*2=104,96 cм2

По табл. Д.1 интерполяцией определяем

Проверка устойчивости

Рассчитываем сварные швы крепления ребра к стенке балки (сварка механизированная).

Определяем катет сварного шва, исходя их максимальной длины флангового шва:

· По металлу шва



· По металлу границы сплавления

по табл.38

Принимаем kf=7мм

Болты устанавливаем конструктивно.

Монтажный стык главной балки.

Для объединения двух отправочных элементов главной балки в единую конструкцию необходимо запроектировать монтажный стык в середине пролета балки. Стык конструируют так, чтобы получить одинаковые, т.е. взаимозаменяемые половинки балки.

Монтажный стык главных балок выполняем на высокопрочных болтах и накладках. Каждый пояс балки перекрывается тремя накладками с двух сторон, а стенка - двумя вертикальными накладками.

Расчетные усилия в середине пролета главной балки Mmax=3231,49кНм; Q=0 кН. Принимаемся болты d=20мм из стали 40Х dотв=23мм, способ обработки поверхности - газопламенный без консервации, способ регулирования натяжения болтов - по углу поворота гайки. Максимальный изгибающий момент между полкой и стенкой, в балке, распределяется пропорционально их жестокостям.

Расчет стыка поясов:

Изгибающий момент, воспринимаемый поясами:



Расчетное усилие в поясе:

Усилие, воспринимаемое соединением, стянутым одним высокопрочным болтом:

Необходимое количество болтов на полунакладке:

Принимаем: n=16шт

Определим расстояния:

-между центрами болтов

-от центра болта до края элемента



Проверяем условие - общая площадь сечения накладок должна быть больше или равна площади сечения пояса

Проверяем нижний растянутый пояс балки с учетом его ослабления отверстиями болтов. Проверка проводится по краю стыка.

Расчет проводят по площади сечения брутто (А) при Ан0,85А или по условной площади Аef=1,18 Ан при Ан<0,85А

Т.к. , то рассчитываем прочность ослабленного пояса

Прочность пояса обеспечена.

Проверяем накладки с учетом ослабления в средней части стыка



Увеличиваем толщину накладки

Таким образом, пояс перекрывают 3 накладки:

300х20 - 1шт.

120х20 - 2шт.

Расчет стыка стенки:

Задаемся расстоянием между крайними болтами

аmax=hef - 2y=1000-2*150=700 мм

Определяем коэффициент стыка

m - количество вертикальных рядов болтов на полунакладке

k - количество болтов в одном вертикальном ряду

k	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	1,4	1,55	1,71	1,87	2,04	2,2	2,36	2,52	2,69	2,86

По =2,618 находим k=14 (=2,69)

Расставляем болты по табл.40:

-от центра болта до края элемента

аmin=1,3*23=29,9 мм (30 мм)

-между центрами болтов

аmin2,5dотв=2,5*23=57,5 мм (60 мм)

Принимаем расстояние между болтами 60 мм, уточняем аmax=780 мм.

Проверяем усилие в наиболее нагруженном крайнем болте

Определяем усилие натяжения болта

P=Rbh*Abn=75,5*2,45=185 кН

Узел сопряжения балки настила с главной балкой

Принимаем сопряжение в одном уровне верхних поясов через накладку на болтах нормальной прочности

d=20мм, болты нормальной точности (класс точности В), класс прочности 5.6, dотв=23мм



С285 - сталь накладок

С245 - сталь поперечных ребер главной балки

RБН=Qmax=92,665 кН

Определяем несущую способность болта на срез

Nbs=Rbs*A*ns*гc*гb=21*3,14*1*1*1=65,94кН

Rbs=21кН/см2

А=3,14см2

ns=1 - число расчетных срезов

гb=1 - коэффициент условия работы болта

Определяем несущую способность болта на смятие

Nbp=Rbp*d*tmin* гc*гb=48,5*2*1*1*0,9=87,3кН

Rbp=48,5кН/см2 (Run=37кН/см2)

d=2см

tmin=10мм - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении

гb=0,9

Nbs=65,94кН

Nbp=87,3кН

Nmin= Nbs=65,94кН

Определяем количество болтов

1,2 - коэффициент, учитывающий возможное неравномерное включение болтов в работу

Расставляем болты (табл.40)

-между центрами болтов

аmin1=2,5dотв=2,5*23=57,5 мм (60 мм)

-от центра болта до края элемента вдоль усилия

аmin2=2dотв=2*23=46 мм (50 мм)

-от центра болта до края элемента поперек усилия

аmin3=1,5dотв=1,5*23=34,5 мм (35 мм)

lн=60+2*50=160мм< lmaxн=217мм

lmaxн=hБН-2(tf+r)=25,8-2(0,85+1,2)=21,7см

Проверяем накладку на срез с учетом ее ослабления отверстиями от болтов

Рассчитаем сварные швы крепления накладки к балке настила.

Расчет ведется на опорную реакцию и изгибающий момент

М= RБН*е=92,665*7=648,65кН*см

е=35+10+50/2=70мм

Сварка ручная. Тип электрода Э42

Находим опасное сечение

-по металлу шва

-по металлу границы сплавления

Rwf=18кН/см2 (табл. Г.2)

вf=0,7

вz=1

Rwz=0,45 Run=0,45*38=17,1кН/см2

Rwf* вf=18*0,7=12,6кН/см2

Rwz* вz=17,1*1=17,1кН/см2

Rwf* вf< Rwz* вz => расчет ведем по металлу шва

lщ=lн-1см=16-1=15см

kminf=4мм (табл.38)

kmaxf=1,2tmin=1,2*10=12мм

kf=8мм

Aщf=2 вf* kf* lщ=2*0,7*0,8*15=16,8см2

Расчет центрально-сжатой колонны К4

Сталь колонн С245,высота этажа Н=5м

Расчетные усилия в колонне

N=qГБ*l*L=2RГБ=2*1009,84=2019,68кН

Определим длины колонны

Расчетные длины-в плоскости главной балки

lefx=мx*lx=0,7*4,497=3,148м

-из плоскости главной балки

lefy=мy*ly=1*5,334=5,334м



Подбор сечения сплошной колонны (составной сварной двутавр)

Ry=24кН/см2(табл. В.5)

лз=40…100

лз=70

Из условия равноустойчивости принимаем:

hef=bef=320мм

tw=6…16мм

tw=11мм

,

tf3 tw

tf=22мм

Принимаем

;



Геометрические характеристики подобранного сечения

Гибкости:

Проверка общей устойчивости.



Общая устойчивость колонны обеспечена.

Проверка местной устойчивости полки.

Местная устойчивость полки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки.

Местная устойчивость стенки обеспечена.

Так как поперечные ребра не устанавливаем.

Сварные швы производятся автоматической сваркой «в лодочку» сварочной проволокой Св-08Г2С. .

Сопряжение главной балки с колонной сплошного сечения.

Балки опираются на колонну. Сопряжение балок с колонной гибкое. Балки опираются на оголовок и фиксируются к колонне болтами. Болты устанавливаются конструктивно. Плита оголовка приваривается к полкам и стенкам колонны.

Принимаем толщину плиты оголовка tпл =20мм

Определяем толщину ребра из условия смятия:

Принимаем tр =30мм

Привариваем ребро ручной сваркой. Для С245 принимаем электрод Э46А.

Принимаем 

Проверка стенки колонны на срез в местах крепления ребер

В пределах оголовка увеличиваем толщину стенки, приваривая пластину толщиной 5мм:

Расчет базы для колонн сплошного сечения

Для колонны сплошного сечения примем базу с фрезерованным концом. Конец колонны фрезеруется, плита строгается. Сопряжение колонны с фундаментом жесткое.

Площадь опорной плиты базы определяется из условия смятия бетона фундамента под плитой:

Примем класс бетона В15.

- по СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции"



Примем опорную плиту с размерами В=L=450мм.

Принимаем размеры фундамента на 150…200 мм больше габаритов плиты. Назначаем размеры фундамента Bф=Lф=450+300=750 мм

Площадь опорной плиты и верхнего обреза фундамента

Апл=B*L=45*45=2025 см2; Аф= Bф*Lф=75*75=5625 см2

Уточняем коэффициент, учитывающий местное сжатие бетона, и расчетное сопротивление бетона смятию:

Определяем реактивный отпор фундамента:

Определяем толщину плиты приближенным методом.

Находим изгибающий момент в плите по кромке колонны, рассматривая трапециевидный участок плиты как консоль.



Принимаем tпл =20мм, сталь плиты С245.

Проверка более точным методом с учетом пространственного изгиба плиты. Для этого квадратную плиту и прямоугольное сечение колонны заменяем равновеликими по площади кругами.



Изгибающие моменты, приходящиеся на единичные полоски в радиальном и тангенциальном направлениях, определяем по формулам:

Толщина плиты 20 мм для С245 не удовлетворяет условиям. Увеличиваем толщину плиты tпл =45мм

Касательные напряжения из условия продавливания:

Так как прочность плиты обеспечена, то окончательно принимаем принимаем tпл =45мм.

Сварные швы, прикрепляющие колонну с фрезерованным торцом к опорной плите, рассчитываем на усилие, составляющее 15% от общего действующего давления. Сварка ручная. Электрод Э42А. Сталь С245.

kf=7 мм

Проверяем прочность сварного шва:

по металлу шва

по металлу границы сплавления

Фундаментные болты принимаем конструктивно d=20 мм из стали Ст3сп2 по ГОСТ 535, диаметр отверстий для болтов dотв=40 мм.

Расчет центрально сжатой колонны сквозного сечения

Сталь колонны С245

Сечение колонны состоит из двух швеллеров. Ветви соединены между собой при помощи планок.

Подбор сечения колонны.

Выполним расчет колонны относительно материальной оси Х.

Примем



тогда по прил Д.1

По сортаменту по ГОСТ 8240-89 принимаем 2[ №33

Проверяем сечение относительно оси Х:

Ry =24кН/см2

Проверка общей устойчивости.

Расчет относительно оси Y заключается в определении расстояния между ветвями из условия равноустойчивости для колонн сквозного сечения.



Приведенную гибкость принимаем для колонн с планками

Гибкость ветви можно принять в пределах: . Примем в первом приближении

Примем

Проверяем сечение относительно оси Y:

Принимаем:



Момент инерции планки:

Момент инерции ветви:

Проверим общую устойчивость относительно свободной оси Y:

Общая устойчивость обеспечена.

Расчет планок

Расчет ведется на условную поперечную силу.



Проверяем сечение планки:

Крепление планки к ветвям осуществляется угловыми сварными швами. Сварка ручная. Для стали С245 принимаем электрод Э42А.

Расчет ведем по металлу шва.

Назначаем

Принимаем 

Прочность швов обеспечена.

Расчет оголовка колонны сквозного сечения.

На колонну сквозного сечения главная балка опирается сверху. Сопряжение свободное. Вертикальное ребро приваривается к стенкам швеллеров колонны.

Балки опираются на колонну. Сопряжение балок с колонной гибкое. Балки опираются на оголовок и фиксируются к колонне болтами. Болты устанавливаются конструктивно. Плита оголовка приваривается к полкам и стенкам колонны.

Принимаем толщину плиты оголовка tпл =20мм

Определяем толщину ребра из условия смятия:

Принимаем tр =30мм

Привариваем ребро ручной сваркой. Для С245 принимаем электрод Э46А.

Принимаем

Проверка стенки колонны на срез в местах крепления ребер

В пределах оголовка увеличиваем толщину стенки, приваривая пластину толщиной 9мм:



Расчет базы для колонны сквозного сечения

Для колонны сквозного сечения принимаем базу с распределительным устройством. Оно состоит из плиты и траверсы.

Определяем реактивный отпор фундамента



Траверсы делят плиту на ряд участков.

1. Участок 1 рассчитываем как консоль.

1. Плита опирается на 3 канта.



2. Плита опирается на 4 канта.

a=3300 мм, b=560 мм

где

Принимаем tпл = 40мм

Определяем высоту траверсы из условия размещения вертикальных сварных швов.

Сварка механизированная, сварочная проволока Св-08Г2С.



Проверка траверсы.

Прочность траверсы обеспечена.

Расчет сварных швов крепления траверсы к плите



Так как условие не выполняется, конец колонны и траверс фрезеруют, плиту строгают.



Список литературы

1)СП 16.13330.2011. Стальные конструкции/Министерство регионального развития Российской Федерации. - Москва, 2011. - 171 с.

2)СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия/Министерство регионального развития Российской Федерации. - Москва, 2011. - 80 с.

3)ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных стальных конструкций / Госстрой СССР. - М., 1989. - 13 с.

4)ГОСТ 82-70*. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный/Госстрой СССР. - М., 1990. - 10 с.

5)Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/ Под общ. ред. Е.И.Беленя. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 431 с.

6)СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры/ Госстрой России. - М., 2004.

Размещено на Allbest.ru

...