Расчет балочной площадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Выбор схемы балочной площадки, расчёт настила и прокатных балок

1.1 Компоновка балочных площадок

1.2 Расчёт прокатных балок

1.3 Выбор схемы балочной площадки

1.4 Расчёт крепления настила

2. Расчёт и конструирование составной сварной балки

2.1 Общие положения

2.2 Определение расчётных усилий в балке

2.3 Подбор сечения главной балки

2.4 Проверка скомпонованного сечения

2.5 Изменение сечения балки

2.6 Проверка прочности балки в месте изменения сечения

2.7 Проверка максимальных касательных напряжений

2.8 Проверка общей устойчивости

2.9 Проверка местной устойчивости стенки

2.10 Проверка местных напряжений

2.11 Проверка местной устойчивости стенки балки при у loc ? 0

2.12 Расчёт поясных швов главной балки

2.13 Расчёт и конструирование опорной части балки

2.14 Укрупнительный стык балки на сварке и высокопрочных болтах

3. Центрально-сжатая колонна

3.1 Обоснование закреплений колонн, их расчетных схем и расчетных длин

3.2 Выбор типа сечения колонны

3.3 Подбор и проверка сечения сплошной колонны

3.4 Конструирование и расчёт базы колонны

3.5 Конструирование и расчёт оголовка колонны

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Технологические площадки предназначены для размещения технологического оборудования, организации его обслуживания, ремонта. В зависимости от величины полезной нагрузки и назначения площадки подразделяют на три группы:

1) Площадки под тяжелое стационарное оборудование и подвижную нагрузку (рабочая площадка литейных цехов, главных корпусов ТЭЦ);

2) Ремонтные площадки ходовых колес кранов, площадки под транспортеры, трубопроводы, вентиляторы;

3) Посадочные площадки на опорные (мостовые) и подвесные краны, смотровые площадки.

Площадки выполняют в виде самостоятельных встроенных в здание сооружений. Основными несущими элементами площадки являются фундаменты, колонны, главные балки, балки настила, настил. Настил устраивается по верхнему поясу балок настила, опирающихся на главные балки, которые в свою очередь опираются на колонны. Колонны через фундаменты передают нагрузку на грунт. Геометрическую неизменяемость такого встроенного сооружения и его жесткость обеспечивают системой вертикальных связей.

Схемы балочных клеток определяются расположением оборудования и типом настила. Выбирают их из условия обеспечения наименьших затрат металла, бетона и труда на изготовление и монтаж, для чего схемы балочных клеток применяют с наиболее коротким и простым путем передачи нагрузки на колонны или другие опоры.

Главные балки ориентируют в направлении большего шага колонн (продольного или поперечного) и проектируют обычно разрезными. Учитывая значительные пролеты главных балок, их проектируют составного двутаврового сечения с членением при необходимости на отправочные элементы. На монтаже отправочные элементы объединяют в единую конструкцию сваркой либо высокопрочными болтами с накладками.

Балки настила в плане размещают с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок (главных или второстепенных), шаг этих балок определяется несущей способностью и жесткостью настила. При уменьшении шага балок настила толщина последнего и суммарный расход материалов на настил к поддерживающие его балки будут уменьшаться до определенного предела, после которого сечения балок будут определяться не условиями прочности, а требованиями жесткости, и может оказаться целесообразным увеличить шаг балок. Балки настила проектируют двутаврового или реже швеллерного сечения.

В конструкциях технологических площадок применяют стальные сплошные настилы из плоского или рифленого листа, железобетонные (из сборных плит или монолитной плиты) и сталежелезобетонные.

1. Выбор схемы балочной площадки, расчёт настила и прокатных балок

1.1 Компоновка балочных площадок

Шаг балок, на которые опирается настил, зависит от материала настила, его конструкции, а также от величины нагрузки. Этот шаг определяют расчётом в зависимости от рациональной толщины настила и пролёта настила.

При расчёте плоского стального настила его рациональную толщину tn, в курсовом проекте будем принимать в зависимости от временной, нормативной (полезной) равномерно распределенной нагрузки рn. По таблице 1.1 находим рациональную толщину настила.

, следовательно tn = 9 мм

По графику (рисунок 1.3) находим отношение пролёта настила к е толщине.

отсюда определяем пролёт настила

Максимальное расстояние между балками настила в осях

(1.1)

аmax = 1 152+100=1 252 мм

Число шагов балок настила nn, для нормального варианта балочной площадки

nn = A/аmax, (1.2)

nn =17,5/1,252 = 13,9 = 14

Число шагов балок настила nu, для усложненного варианта балочной площадки

nu = В/аmax, (1.3)

nu=6/1,252 = 4,8 = 5

Средние расстояния между балками настила для нормального варианта балочной площадки

аn = A/nn, (1.4)

аn = 17,5/14 = 1,25 м

для усложнённого варианта балочной площадки аu

аu = B/nu. (1.5)

аu = 6/5 = 1,2 м

Шаг вспомогательных балок

, м (1.6)

Количество шагов в первом приближении

(1.7)



, м

Рисунок 1.1 - Фрагмент схемы расположения элементов балочной площадки нормального типа

Рисунок 1.2 - Фрагмент схемы расположения элементов балочной площадки усложнённого типа

1.2 Расчёт прокатных балок

Расчёт балок настила и вспомогательных балок для скомпонованных вариантов балочной площадки начинают:

? с выбора расчетной схемы балки;

? сбора нагрузок;

? определения расчётных внутренних усилий в балках (Mmax, Qmax).

Для нормального варианта

Нормативная нагрузка на единицу площади от веса настила

, Н/м2 (1.8)

где с - плотность материала настила для стали, с = 7850 кг/м3;

tn - толщина настила, м.

Н/м2 = 32,76 кН/м

Погонная нормативная, равномерно распределённая по длине балки нагрузка

(1.9)

(25+0,692)·1,25=32,76, кН/м

Расчётная нагрузка

b, (1.10)

балочный площадка колонна сечение

где б = 1,01-1,03 - коэффициент учитывает вес балки, сечение которой, на данном этапе расчета, неизвестно.

b - расчетный шаг балок настила (максимальная полусумма расстояний между продольными осями соседних балок в одной ячейке балочной площадки).

гfp, гfg - коэффициенты надёжности по нагрузке соответственно для постоянной и временной нагрузок, принимаются по нормам [5 или 6]. В курсовом проекте можно принять гfp = 1,2; гfg = 1,05.

,02(1,2·25+1,05·0,692)·1,25 = 39,18 кН/м

Максимальное значение изгибающего момента

(1.11)

Поперечная сила

(1.12)

Рисунок 1.3 - Расчётная схема для нормального варианта

Требуемый момент сопротивления

(1.14)

где гc - коэффициент условий работы, если в задании не оговорены особые условия, гc = 1;

Ry - расчётное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести, принимаемое в зависимости от стали, вида и толщины проката

- коэффициент, учитывающий увеличение несущей способности балок при развитии пластических деформаций. В курсовой работе можно принимать = с=1,10

см3

Из сортамента подбираем ближайший профиль, меньший по массе, у которого выполняется условие

Принимаем двутавр № 40Б1

803,6 ? 696,88 - условие выполняется

= 803,6 см3

p = 48,1 кг/м

Ix = 15750 см4

При равномерно распределённой нагрузке для разрезной балки относительный прогиб равен

(1.16)



В соответствии со СНиП для балок перекрытий открытых для обзора относительный прогиб не должен превышать предельно допустимого по эстетико-психологическим требованиям

(1.18)

0,0028 0,05 - условие выполняется.

Для усложнённого варианта

По формуле (1.9) определяем погонную нормативную, равномерно распределённую по длине балки нагрузку

(25+0,692)1,2 = 31,45 кН/м

По формуле (1.10) определяем расчётную нагрузку

,02(1,225+1,05·0,692)1,2 = 37,61 кН/м

По формуле (1.11) определяем максимальное значение изгибающего момента

По формуле (1.12) определяем поперечную силу



Рисунок 1.4 - Расчётная схема для усложненного варианта

По формуле (1.14) определяем требуемый момент сопротивления

см3

Принимаем двутавр № 23Б1

260,5 ? 227,63 - условие выполняется

= 260,5 см3

p = 25,8 кг/м

Ix = 2996 см4

По формуле (1.16) определяем относительный прогиб

По формуле (1.18)

0,003 0,0064 - условие выполняется.

Расчёт вспомогательных балок усложненного варианта

Сосредоточенные силы, приложенные к вспомогательным балкам в местах опирания балок настила

 (1.13)

кН

кН

Максимальный момент

кН/м

По формуле (1.14) определяем требуемый момент сопротивления

см3

Из сортамента подбираем ближайший профиль, меньший по массе, у которого выполняется условие

Wx ? Wred

1125,8?1114,59

Принимаем двутавр № 50Б1

Wx = 2051 см3

P = 89 кг/м

Ix = 55680 см4

lcf = 1,2 м

b = 220 мм

tf = 13,5 мм

t = 9,5 мм

h = 543 мм

Общую устойчивость вспомогательных прокатных балок можно не проверять, если выполняется условие:

ef/b д·[0,41+0,0032b/tf +(0,73?0,016b/tf)·b/h?]· (1.15)

где ef - свободная (расчётная) длина, равная расстоянию между точками закрепления сжатого пояса вспомогательной балки связями (например, расстоянию между балками настила а, если последние соединёны с настилом с помощью сварки);

tf, b - соответственно толщина и ширина сжатого пояса вспомогательной балки (см. значения размеров поперечного сечения принятого № профиля балки b, tf);

h? - расстояние (высота) между осями поясных листов, h?=h?tf;

h - высота поперечного сечения проверяемого профиля (см. значение h принятого профиля);

= [1?0,7(с1?1)/(с?1)] - коэффициент, учитывающий влияние развития пластических деформаций, при Mmax/Wx > Ryгc. (упругопластическое состояние сечения). В КП значения коэффициентов с1 и с в формуле можно принять равными с1=c=1,1. Если Mmax /Wx Ryгc (упругое состояние сечения) то значение д =1.;

E - модуль упругости, его значение для стали равно 2,06105 МПа = 2,06104 кН/см2.

Так как Mmax/Wx > Ryгc

23,5 ?23- условие выполняется, то

= [1?0,7(с1?1)/(с?1)]

= [1?0,7(1,1?1)/(1,1?1)] = 0,3

h?=h?tf

h?=543-13,5=529,5 мм

5,45 ? 5,88 - условие выполняется

Изгибающий момент при учёте сосредоточенных нагрузок

(1.17)

где Mn - изгибающий момент от нормативных нагрузок,

Mn = Mmax qn /q,

кН·м

В соответствии с приложением Е.2, таблицей Е.1 [5] для балок перекрытий открытых для обзора относительный прогиб не должен превышать предельно допустимого по эстетико-психологическим требованиям:

f/ [f/], (1.18)

0,0027·10-4 ? 0,005 - условие выполняется

1.3 Выбор схемы балочной площадки

Расход стали на настил балочной площадки

gn = tn· (1.19)

где tn - толщина настила в м;

= 7850 кг/м3 - плотность стали.

gn = 0,009·7850= 70,65 кг/м3

Расход стали на балки настила для нормального варианта при четном числе шагов нормального варианта

(1.20)

где nn, m - соответственно nn число шагов балок настила в одной ячейке балочной площадки и m число ячеек в продольном направлении;

- линейная плотность балки настила

A - шаг колонн в продольном направлении

кг/м2

Расход стали на балки настила усложнённого варианта

(1.21)

где nu - число шагов балок настила в одной ячейке балочной площадки усложненного варианта;

B - шаг колонн в поперечном направлении балочной площадки

 кг/м2

Расход стали на вспомогательные балки усложнённого варианта

(1.23)

где nb - число шагов вспомогательных балок в одной ячейке балочной площадки усложненного варианта

кг/м2

Таблица 1.1 - Сравнение затрат стали

№ варианта	Расход стали, кг/м2
	Настил	Балки настила.	Вспом. балки	Общий	В процентах(%)
1 (нормальный вариант)	70,65	40,312	?	110,962	100%
2 (усложненный вариант)	70,65	17,2	27,12	114,97	104%

Вывод: Более выгодный считается нормальный вариант, так как расходуется меньше стали.

1.4 Расчёт крепления настила

Определим катет шва, которым настил крепится к балкам. Этот шов должен воспринимать распор, величину которого на единицу длину крепления настила

(1.24)

где гfp - коэффициент надёжности по нагрузке (для временной нагрузки), действующей на настил гfp = 1,2;

[f/n] - предельный относительный прогиб настила, указанный в задании, если пролёт настила определяется из условия прочности, то прогиб настила можно определить по рисунку 1.3 интерполяцией;

E1 E/(1?н2) - модуль упругости при цилиндрическом изгибе, когда поперечные деформации невозможны;

н - коэффициент Пуассона (для стали н 0,3).

E1=E/(1-н2)

кН/см

Катет шва из условия прочности, по металлу шва, получим

(1.25)

где Rwf - расчётное сопротивление угловых сварных соединений по металлу шва, принимают по приложениям Б и Н настоящих указаний;

вf - коэффициент, учитывающий глубину проплавления шва, принимают по приложению Л. Для длинных швов в горизонтальном положении можно принять автоматическую сварку при d = 1,4?2 мм, как наиболее рациональную.

Сварка автоматическая под слоем флюса АТ-348А с повышенным пластичными связями (по ГОСТ 5087-817) , сварочная проволока св-08А.

где Rwf = 180 кН/см2

Вf=0,9

Из условия прочности, по металлу границы сплавления, по формуле

(1.26)

Rwz = 0,45

Run = 0,45·36=16,2 кН/см2

Минимальный катеты швов по приложению 8 (при толщине tn =13,5 мм , толщина полки двутавра tf =13,5 мм )

kf min =4 мм

Окончательно с учетом табличных значений минимальных катетов принимаем:

kf = kf min =4 мм

2. Расчёт и конструирование составной сварной балки

2.1 Общие положения

Для главных балок при тяжелых нагрузках и больших пролетах не удается подобрать сечение из одного прокатного профиля. В этом случае проектируют балки составного сечения. Чаще всего применяют сварные двутавровые балки, состоящие из трех листов: вертикального (стенки) и двух горизонтальных поясов (полок), которые сваривают на заводе сварными швами в сварной двутавр.

В балочных площадках главные балки часто конструируют разрезными, однопролетными. В составных сильно нагруженных балках экономически целесообразно применение сталей повышенной и высокой прочности, особенно для поясов 2 (полок) балок. Для экономии материала в составных балках часто изменяют сечение поясов по длине балки в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Расчет на прочность таких балок с учетом развития пластических деформаций будем выполнять только для среднего сечения с максимальным изгибающим моментом для предотвращения чрезмерного развития пластических деформаций.

2.2 Определение расчётных усилий в балке

балочный площадка колонна сечение

Для определения расчетных усилий в главной балке необходимо выбрать расчетную схему главной балки и собрать на нее нагрузки. Расчетная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом балочной площадки. В КП в качестве расчетной схемы главной балки рекомендуется принять разрезную однопролетную горизонтально расположенную балку с шарнирными опорами на концах. Она из опор принимается шарнирно неподвижной опорой, другая опора шарнирно подвижной. Такое закрепление балки на концах, в расчетной схеме, будет достаточно близко соответствовать реальному закреплению балок на опорах, которое будет в дальнейшем запроектировано в КП.

Нормативная погонная равномерно распределенная нагрузка на главную балку

, (2.1)

где, В - шаг главных балок;

gn - общий вес настила и прокатных балок в кг на 1 м2;

Рn - заданная полезная нормативная нагрузка на 1 м2 ;

- коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки. Принимается в пределах от 1,02 до 1,06 в зависимости от пролета главной балки и нагрузки.

кН/м

Расчетное значение погонной нагрузки

(2.2)

где. где fp, fg - коэффициенты надежности по нагрузке

кН/м

Для разрезной балки шарнирно закрепленной по концам и с равномерно распределенной нагрузкой максимальные расчетные значения внутренних усилий Mmax, Qmax будут:

- изгибающий момент в середине пролета

Mmax = ql2 / 8 ; (2.3)

где l - расчетный пролет главной балки, в КП принимаем равным шагу колонн в продольном направлении А

кН·м

- поперечная сила на опоре

Qmax = ql / 2 , (2.4)

кН

2.3 Подбор сечения главной балки

Требуемый момент сопротивления

(2.5)

Если сталь не задана (в КП при расчетных температурах t > ?450С), то максимально экономически целесообразное значение расчетного сопротивления материала балки Ry,max можно определить по следующей формуле:

Ry,max=m, (2.6)

где m - коэффициент, равный 1,143;

Е - модуль упругости для стали, Е=2.06•104 кН/см2;

k = 1,2 при расчете по упругой стадии работы материала в опорном сечении балки;

Qmax - поперечная сила на опоре, кН;

nо - величина, обратная предельному относительному прогибу.

l - расчетный пролет главной балки, см;

с1,гс - коэффициенты, см;

- условная гибкость стенки главной балки. Величину значения можно принять, при неограниченной строительной высоте перекрытия hst, 5? ? 5,5, при ограниченной - <4.

м

При пролете 17,5 м, тогда

кН/см2

По исходному значению принимаем сталь 345

для толщины листа 2-10

для толщины листа 11-20 мм

для толщины листа 21-40

Посчитав все неизвестные значения требуемый момент сопротивления равен:

см3

Минимальная высота балки

(2.7)

где no - величина, обратная предельному относительному прогибу;

nq=q/qn - отношение погонной расчетной нагрузки к нормативной для главной;

= 0,9 - коэффициент, учитывающий увеличение прогиба балки из-за уменьшения ее сечения у опор при изменении сечения.

см

Высоту балки h рекомендуется принимать не меньше минимальной высоты hmin. принимаем hw в первом приближении

hw ? 0,975·hmin , (2.7.1)

hw = 0,975·153,83=149,98 см = 150 см

Из формулы (2.7.1) находим

h = hw/0.975

h = 150/0,975=153,85 см

Ширина листового проката

hw = 1500 мм = 150 см

Толщина полки в первом приближении

tf 0,5 (h ? hw), (2.7.3)

tf 0,5 (153,85 - 150)=1,975 см = 19,75 мм = 20 мм

Принимаем толщину пояса полки в соответствии с толщинами широкополосного универсального проката

tf =20 мм

Уточняем высоту главной балки

h= hw+2· tf , (2.7.4)

h = 1500+2·20=1540 мм

Принимаем толщину стенки балки равной

tw = 12 мм = 1,2 см

Учитывая условия наименьшего расхода стали, высоту сечения балки следует назначить возможно близкой к оптимальной

(2.8)

где k - коэффициент, равный для сварных балок переменного сечения 1,15

см

Учитывая hmin hopt принимаем hw =150 см , tw = 1,2 см принимаем окончательную высоту балки

h = 1500+2·20 = 1540

Принятую высоту стенки проверяем по прочности на сдвиг

1,5· Qmax / (hw·tw ) Rs = 0,58 Ry (2.10)

1,5 ·1701,61 / (15 ·1,1 ) 0,58·34,089

15,464 ? 19,77 - условие выполняется

При окончательном выборе толщины стенки необходимо чтобы выполнялось следующее условие

. (2.10.1)

5,64 ? 6 - условие выполняется

Требуемый момент инерции всей балки

(2.10.2)

см3

Момент инерции стенки

(2.10.4)

см4

Требуемый момент инерции поясов

If = Ireq - Iw (2.10.5)

If = 1654344,23-309,975=1316844,23 см4

Приближенное значение момента инерции поясов

(2.10.6)

из формулы (2.10.6) требуемую площадь сечения одного пояса Af по формуле (2.11)

Af = 2If / hf2 , (2.11)

где hf - расстояние между центрами тяжести поясов (см. рисунок 2.1), равно

hf = hw + tf

hf = 1500+20 = 1520 мм = 152 см

см2 ? 120 см2

Так как площадь полок велика, то принимаем

tf=2,5 см ,

тогда

bf =Af / tf = 120/2,5=48 см = 480 мм

Принимаем ширину пояса bf = 480 мм

Проверяем условие местной устойчивости

(bef / tf) ? ; (2.11.2)

(bef / tf) ? 0,1 , (2.11.2 а)

где bef - ширина свеса сжатого пояса

bef =( bf - tw) / 2

bef = (480-12) / 2 = 234 мм

11,7 ? 13,1 - условие выполняется



11,7 13,75 - условие выполняется

2.4 Проверка скомпонованного сечения

После определения, в первом приближении, размеров сечения балки надо проверить несущую способность балки по условию устойчивости стенки в области пластических деформаций балки. Это место в месте действия максимального момента Mmax , где значение поперечной силы Q = 0. Для этого надо вычислить условную гибкость стенки балки , и коэффициент

= (hw / tw)

= 0,24- 8,5 · 10 -3 ( - 2,2)2

= 0,24- 8,5 · 10 -3 (4,88- 2,2)2 =0,184

производим проверку по формуле (2.11.4):

Mmax ? Ryс hw2tw (Af /Aw + ) , (2.11.4)

где Af= bf · tf=48·2,5=120 см2

Aw= hw · tw = 150·1,2=180 см2

- условие не выполняется

Если возможны пластические деформации, то проверим условие

где Wх - момент сопротивления увеличенного сечения

Момент инерции поперечного сечения балки

(2.12)

см4

Момент сопротивления увеличенного сечения

(2.13)

33,2 ? 30 - условие не выполняется

Следовательно увеличиваем площадь сечения полок за счёт ширины, принимаем ширину пояса bf = 50 см

где Af= bf · tf=50·2,5=125 см2

Aw= hw · tw = 150·1,2=180 см2

- условие выполняется

Определяем момент инерции поперечного сечения балки

см4

Определяем момент сопротивления

см4

? 30

29,9 ? 30 - условие выполняется

Прочность главных балок в середине пролета

(2.14)

29,22 ? 30- условие выполняется

2.5 Изменение сечения балки

Изменение сечения балки производится в целях экономии стали. Изменяют обычно только ширину сечения поясов, уменьшая её в местах снижения изгибающих моментов. Сечение стенки сохраняют постоянным.

Место изменения сечения, в первом приближении, можно принять на расстоянии

x = 0,18 ·l

x = 0,18 ·17,5=3,15 м

Расстояние х может варьироваться от до , значит х может быть равен

м

м

Принимаем расстояние х = 3,5 м

Необходимо, чтобы место изменения сечения отстояло от оси ближайшей балки, опираемой на главную, было на расстоянии

, (2.16)

где b - ширина полки опираемой прокатной балки настила

tf - толщина пояса главной балки;

м

Действующий момент при равномерно распределённой нагрузке

(2.17) кН·м

Требуемый в месте изменения сечения момент сопротивления определяется без учёта развития пластических деформаций

см3

Определим новое сечение поясов

По формуле (2.10.1)

см4

По формуле (2.10.2)

см4

По формуле (2.10.4)

см4

По формуле (2.11)

см2

мм

По формуле (2.11.1)

Принимаем ширину полки нового сечения поясов = 380 мм

2.6 Проверка прочности балки в месте изменения сечения

В месте изменения сечения балки действуют высокие нормальные и касательные напряжения. Поэтому в этом сечении необходимо проверить прочность при совместном их действии

(2.19)

где 1, ф1 - нормальные и касательные напряжения в стенке у её сопряжения с поясами.

1 = M hw /(2 Iх'), ф1 = QSf /( tw Iх ). (2.20)

M; Q - изгибающий момент и поперечная сила в месте изменения сечения

Sf - статический момент уменьшенного сечения пояса;

Sf= bf·tf·[(hw/2)+tf/2];

Iх - момент инерции уменьшенного поперечного сечения главной балки относительно оси х?х, по формуле (2.12), но с заменой bf на bf.

см4

кН

см2

- условие выполняется

2.7 Проверка максимальных касательных напряжений

Проверка максимальных касательных напряжений производится для уменьшенного сечения балки в месте действия максимальной перерезывающей силы у опоры

(2.21)

где S - статический момент половины сечения балки,

см2

- условие выполняется

2.8 Проверка общей устойчивости

Проверка общей устойчивости главной балки необходима, когда расчётная длина сжатого пояса lef, отнесенная к ширине сжатого пояса bf больше значения найденного по формуле (73) [3]. За расчётную длину сжатого пояса балки lef принимают расстояние между закрепленными от смещения из плоскости точками главной балки. В нашем случае за lef, принимаем расстояние между балками, опирающимися на главную lef=a (балками настила 2 в нормальном варианте см. рисунок 1.1, часть 1). Отношение lef / bf зависит от размеров сечения балки, расположения нагрузки и стали.

(2.22)

-условие выполняется

- условие выполняется

2.9 Проверка местной устойчивости стенки

Стенка балки представляет собой длинную тонкую пластинку, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Для обеспечения устойчивости стенки балки рационально не утолщать стенку, а укреплять ее поперечными ребрами (рисунок 2.3), а при необходимости и продольными ребрами жесткости. Поперечные ребра располагаются перпендикулярно сечению сжатого пояса балки, и размещаются по длине стенки, а продольные - между поперечными ребрами, вдоль стенки перпендикулярно поперечным ребрам.

, (2.25)

см = 5,47м

Так как ? 3,2 то расстояние между ребрами не должно превышать 2hw

2 hw =2·1.5=3 м

Ширина выступающей части одностороннего ребра

(2.27)

мм=11,25 см

Принимаем ширину ребра =12 см

Толщина ребра должна быть не менее

(2.27.1)

см

Принимаем толщину ребра =10 мм

4,88 2,5 - условие выполняется

2.10 Проверка местных напряжений

При укреплении стенки только поперечными ребрами при уloс = 0 (поперечные ребра установлены под каждую балку настила ? для нормального варианта площадки, рисунок 2.3) и условной гибкости 6 поверка устойчивости стенки отдельного отсека

(2.34)

где гc - коэффициент условий работы, равный 1,0, если не оговорено в задании;

у = M·hw / (2Iх) - действующие сжимающие напряжения

Сосредоточенная сила, равная сумме опорных реакций опирающихся прокатных балок настил

F=2Q

F=2·117,54=235,08 кН

Условная длина распределения нагрузки зависит от условий опирания

(2.35)

мм=21,5 см

где tf - толщина верхнего пояса сварной балки

b - ширина полки опирающийся на балки принимается по сортаменту прокатных балок

- условие выполняется

Проверка прочности при одновременном действии в стенке балки момента и поперечной силы

уef = 0,87·vу2х + у2loc ? уx у loc + 3ф2xy ? Ry с, (2.36)

где ух = M1' hw / (2Iх) - нормальные напряжения в срединной плоскости стенки, параллельные продольной оси балки, у ее сопряжения с полкой;

фxy = Q' Sf / (I tw ) - касательные напряжения в стенке в той же точке;

кН·м

ух = = 22,716 кН

Q' = - q·x1

Q' = - 194,47·3,125 = 1093,89 кН

кН / см3

уef =

- условие выполняется

2.11 Проверка местной устойчивости стенки балки при у loc ? 0

Если прочность стенки обеспечена, то при отсутствии поперечных ребер в местах опирания прокатных балок проверяется ее устойчивость при у loc ? 0.

В этом случае при укреплении стенки только поперечными ребрами местная устойчивость стенки проверяется по формуле:

(2.37)

где у; уloc; ф - сжимающее напряжение, местное напряжение, среднее касательное напряжение.

Определяем фактическое значение местного напряжения к сжимающему

Для определения табличного находим значения коэффициента д



По таблице (2.4) значение равно 0,469

0,31 < 0,469

Вывод: так табличное значение больше, чем фактическое значение, значит расчёт производим по пункту в) при бi./ hw > 0,8 и найденном отношение уloc / у не больше значений, указанных в таблице 2.4

у loc,cr = c1 Ry / , (2.38)

у loc cr = 33,495· = 44,305 кН

кН

= (бi./ tw)

2 = ,

Чтобы найти по таблице (2.3) значение с1, отношение:

откуда, с1 = 16,9

кН

Сжимающие напряжение

Критические напряжения потери устойчивости

По нормативному и расчётному сопротивлению стали по ГОСТ 27772-88 кН/см2

- условие не выполняется

Так как условие не выполняется, следовательно устанавливаем поперечные рёбра под каждой балкой настила за исключением крайнего отсека.



2.12 Расчёт поясных швов главной балки

Поясные швы главных балок принимаются обычно двусторонними, так как эти балки рассчитываются обычно с учетом развития пластических деформаций или не во всех местах приложения сосредоточенных нагрузок установлены поперечные ребра жесткости, или отсутствует жесткий настил, соединенный со сжатым поясом балки. Поясные швы воспринимают сдвигающиеся усилия, возникающие между стенкой и поясами при изгибе балки. На них передаются также сосредоточенные нагрузки от вышерасположенных балок (при этажном опирании), и отсутствии, в местах опирания вышерасположенных балок, парных поперечных ребер подкрепляющих полку главной балки.

Угловое расчётное сопротивление углового сварного шва по металлу шва и по металлу границы сплавления

Rwfm = вf Rwf г wf

Rwfm = 0,9·18·1 = 16,2 кН/см2

Rwzm = вz Rwz г wz

Rwz = 0,45 Run

Rwz = 0,45·46 = 20,7 кН/см2

Rwzm = 1,05·20,7 = 21,735 кН/см2

где вf, вz - коэффициенты, принимаемые по приложению 10

Rwf , Rwz - соответственно расчетные сопротивления сварных угловых швов срезу (условному) по металлу шва

Run - нормативное сопротивление свариваемого (основного) металла по пределу прочности

Принимаем автоматическую сварку при d = 1,4-2 мм в лодочку под флюсом АН-47, сварочная проволока СВ-10Г2

Принимаем Rwfm = 16,2 кН/см2

Требуемая величина катета шва

(2.41)

где T = QSf / I - сдвигающее пояс усилие на единицу длины, вызываемое поперечной силой Q, в курсовом проекте можно принять Q = Qmax.

Sf - статистический момент уменьшенного сечения пояса балки относительно нейтральной оси сечения балки;

I' - момент инерции уменьшенного сечения;

V = F / lloc - давление от сосредоточенного груза на 1 см длины балки;

kf - принимается не менее значения найденного по формуле (2.41) с округлением его значения в большую сторону. Кратность kf принимается 1 мм для катетов до 10 мм включительно и кратностью 2 мм при катетах больше 10 мм.

кН/см

Минимальный катет шва (тавровое соединение с двусторонними угловыми швами, сварка автоматическая) при пределе текучести стали до 430 Мпа, при толщине более толстого из свариваемых элементов.

kf = kf min = 7 мм

2.13 Расчёт и конструирование опорной части балки

Опорная часть балки служит для передачи опорной реакции балки на колонну или другую опору. В настоящее время наиболее часто применяют конструкцию опорной части с опорным ребром, привариваемым к торцу балки. Такое решение позволяет примыкать к колонне сбоку и сверху, а также обеспечивает хорошее соответствие расчетной схеме шарнирного сопряжения балки с колонной.

Площадь опорного ребра из условия прочности на сжатие

A = В / Ryгс, (2.42)

где B - опорная реакция главной балки B = Qmax; гс=1.

см2

Ширина ребра в первом приближении b0

bо = 80 мм, тогда

Во = 380 - 80 =300 мм = 30 см

Требуемую толщина опорного ребра

to ? A / bo. (2.42)

to ? 56,72/30 = 1,89 см = 20 мм

Принимаем to = 20 мм

Проверка общей устойчивости опорного ребра

у = В /(ц Ao) ? Ry гс , (2.43)

где ц - коэффициент продольного изгиба проверяемого сечения

Расчетное сечение площади

Ао = bоtо+0,65

Ао = см2

Гибкость сечения относительно оси z?z

л = hw / і z = hw / (2.44)

где Izo - момент инерции условного сечения относительно оси z

Izo = (to·bo3/12)+(0,65·tw4)/12

Izo = см4

л =

По интерполяции находим коэффициент продольного изгиба исходя из значения л, откуда ц = 0,982

у =

20,64 ? 30 - условие выполняется

Величина выступающего части опорного ребра а = 20 мм

Местная устойчивость опорного ребра

(bo ? tw) / (2tо) ? (0,36 + 0,10) , (2.45)

где = л - условная гибкость опорного ребра.

=

7,2 ? 11,55 - условие выполняется

Прикрепление опорного ребра к стенке балки выполняется сварными швами. Сварные швы рассчитывают по формуле (2.46) на полную реакцию балки с учетом неравномерного распределения напряжений по высоте стенки балки по меньшему значению условного расчетного сопротивления шва Rwm

kf = 1,5B / (2 lw Rwm), (2.46)

где lw = hw ? 10 мм - расчётная длина шва с учётом непровара и кратера;

Rwm - минимальное значение условного расчётного сопротивления углового сварного шва. Для крепления рёбер на заводе часто используют полуавтоматическую (механизированную) сварку в среде углекислого газа СО2, сварочной проволокой Св - 08 Г2С диаметром d = 1,4 - 2 мм, положение при сварке рекомендуется принять нижнее или вертикальное.

lw = 1500 - 10 = 1490 мм

Rwf = 21,5 кН/см2

Rwfm = 0,9·21,5·1 = 19,35 кН/см2

Rwz = 0,45·46 = 20,7 кН/см2

Rwzm = 1,05·20,7 = 21,735 кН/см2

kf = см = 4,4 мм

Принимаем минимальный катет шва

kf = kf min = 6 мм

2.14 Укрупнительный стык балки на сварке и высокопрочных болтах

Укрупнительный стык балки устраивают в том случае, если длина балки больше максимальной длины отправочного элемента, в курсовом проекте устройство укрупнительного стыка обязательно. Для получения одинаковых отправочных марок укрупнительный стык устраивают в середине пролёта главной балки.

Число болтов для прикрепления стыковых накладок поясных листов с одной стороны стыка (рисунок 2.5) равно

n ? Nn / (Qbh гс ), (2.47)

где n - число болтов (по одну сторону стыка), размещаемых с каждой стороны стыка поясного листа;

Nn - усилие в поясе балки, Nn = Mn / hf ;

Mn - часть максимального изгибающего момента, воспринимаемая поясами балки, равная Mn = Mmax If / Iх;

hf - расстояние между осями поясов (см. рисунок 2.1);

Iх, If, Iw - моменты инерции сечения балки, её поясов и стенки;

Qbh - расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле:

Qbh = Rbh г b Abn м ns / гh, (2.48)

где Rbh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, Rbh = 0,7Rbun, где Rbun - нормативное временное сопротивление стали болта, принимаемое по приложению К, таблица К.1, часть 1;

Abn - площадь сечения болта нетто, определяемая по таблице 2.6;

м - коэффициент трения, принимаемый по таблице 2.7. В курсовом проекте значение м можно принять при дробемётной или дробеструйной очистки соединяемых поверхностях и способе регулирования натяжения болтов по М, по таблице 2.7;

ns - число возможных плоскостей сдвига в болтовом соединении, при парных накладках ns= 2;

гb - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый 0,8 при n < 5; 0,9 при 5 ? n < 10; 1,0 при n ? 10. В КП предварительно можно принять n = 1, уточнив после определения числа болтов по формуле (2.47);

гh - коэффициент надежности по таблице 2.7, значение гh = 1,12;

гс - коэффициент условий работы, гс= 1 по таблице 6* СНиП [4].

Мn =

Nn = кН

Rbh = 0,7·110 = 77 кН/см2

Сталь высокопрочная 40 Х «селект»

По таблице 2.6 находим площадь сечения болтов

Abn = 2,45 см2 при диаметре болтов (d = 20 мм) dо = 23 мм

кН

n ? = 20,09

Принимаем число болтов n = 22 шт

Стенка воспринимает момент

Mw = Mmax Iw / Iх . (2.49)

Mw = = 141034,84 кН·см

Максимальное горизонтальное усилие, возникающее от изгибающего момента в крайних по вертикали болтах не должно превосходить усилия, которое может воспринимать один высокопрочный болт

Nmax = Mw hmax / (m ) < Qbh , (2.50)

где hi - расстояние между горизонтальными симметрично расположенными рядами болтов (см. рисунок 2.5 h1, h2, h3, h4);

m - число вертикальных рядов болтов на полунакладке (с одной стороны стыка балки), предварительно можно принять 2;

hmax - максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болто.

hmах = hw - 2kf - 2,6dо - 10 мм,

где hw - высота стенки балки;

kf - катет поясного шва;

dо - диаметр отверстия обычно принимается на 2-3 мм больше диаметра болта.

hmах = 1500 - 2·6 - 2,6·23 - 10 = 1418,2 мм

Для упрощения расчетов сумму можно выразить через hmax и количество болтов в вертикальном ряду стыка - К при равных расстояниях между болтами в вертикальном ряду

= h2max K(K+1) / (6(K-1)), (2.51)

где К ? число болтов в одном вертикальном ряду стыка.

Количество болтов можно принять назначая расстояние между болтами

4dо = 4·23 = 92

Тогда = 16

8dо = 184 мм

12tmin = 12·12 = 144 мм

Принимаем минимальное расстояние между болтами 144 мм

Тогда шаг болтов 141,82

Количество болтов К = 11 шт

= см2

Nmax = - условие не выполняется

Так как условие не выполняется увеличиваем число рядов до 3, по согласованию с руководителем проекта не учитываем влияние поперечной силы

Nmax = - условие выполняется

Ширину каждой внутренней накладки пояса

bbn = (bf ? tw ? 2kf ? д)/2;

где kf - катет поясного шва

д =10мм

bbn = = 222 мм

Принимаем bbn = 240 мм

Площадь ослабленного сечения пояса

Afn = tf (bf ? 2dо) ? 0,85Af

Afn = 25(480-2·23) ? 0,85·12000

10850 ? 10200 - условие выполняется

Площадь ослабленного сечения накладок

Ann = tn (bf + 2bbn ? 8dо) ? 0,85Af.

Ann = 12(480+2·240-8·23) ? 0,85·12000

9312 ? 10200 - условие не выполняется

Условие не выполняется принимаем толщины накладки tn = 1,4 см

Ann = 14(480+2·240-8·23) ? 0,85·12000

10864 ? 10200 - условие выполняется

Проверку главных балок на прочность с учетом хрупкого разрушения для сталей с пределом текучести Rуn < 380 МПа можно не производить при
t > ? 30оС, если выполняются следующие технологические и конструктивные мероприятия:

1) не используются гильотинная резка свободных кромок листов;

2) к растянутым поясам и наиболее растянутым зонам стенки не должны примыкать на сварке никакие детали.

Условие 2 при наличии ребер жесткости может быть, по-видимому, выполнено при не слишком больших толщинах стенки (< 20мм), если ребра жесткости не доводятся до растянутого пояса на 60 - 80 мм.

3. Центрально-сжатая колонна

3.1 Обоснование закреплений колонн, их расчетных схем и расчетных длин

Закрепления колонн должны соответствовать условиям эксплуатации и должны обеспечивать наиболее рациональные конструктивные решения. Для закрепления колонн используются их жесткие соединения с фундаментом, связи, балки, жесткие настилы.

Расчетная схема зависит от способа закрепления колонны в фундаменте конструкции связей, а также способа прикрепления балок и настила.

Геометрическая длина колонны, когда её средняя часть не закреплена связями

l = Hb - Hf (3.1.1)

где - отметка низа главной балки (рис.1.1; 1.2);

Hb = H - tn - h1 - h - a,

где H - отметка верха настила; H = 6,6 м

tn - толщина настил;

h1 - высота сечения прокатной балки настила

h - высота сечения главной балки;

a = 0,02 м ;

- отметка низа плиты базы колонны = 0,6 м.

Hb = 3,6-0,009-0,392-1,55-0,02 = 4,629 м

l = 4,629 + 0,6 = 5,229 м

1) Продольное направление

Так как неограничесна высота перекрытия, то установка связей возможна, но экономически не целесообразна,так как растояние между колоннами А больше чем 1,4 l

1,4·l = 7,321

7,321 < 17,5

При шарнирном сопряжении балок и колонн их верхнюю часть при одинаковой загруженности колонн следует рассматривать ка незакреплённую от смещения, так как при одновременной потере устойчивости колонны не будут подкреплять друг друга. Для обеспечения геометрическое неизменимой системы необходимо жёсткое соединение части колонн с фундаментом. Принимаем схему Г.

м = 2

2) Поперечное направление

Так как расстояние между колоннами В меньше 1,4 l, то установка связей возможна

1,4·l = 7,321

7,321 > 6

Целесообразно закрепить хотя бы верхние части колонны от смещения, присоединив их с помощью связей к соседним фундаментам. Верхнюю часть колонны можно принимать шарнирно-зактреплённй от смещения. Для упрощения конструкции базы и монтажав этом случае можно принимать шарнирное соединение колонны с фундаментом. Жёсткое целесообразно, когда гибкость колонны велика. Принимаем схему А.

м = 2

Расчетные длины колонны в плоскости главных балок и перпендикулярной плоскости

(3.1)

где , - соответственно расчетные и геометрические длины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;

- коэффициенты приведения геометрических длин колонны к расчетным длинам, принимаемые в зависимости от расчетных схем во взаимно перпендикулярных плоскостях.

3.2 Выбор типа сечения колонны

Продольная сила в колонне может быть определена по формуле:

, (3.3)

где - сумма опорных реакций балок, опирающихся на колонну;

- вес колонны и связей, который в расчетно-графической работе можно определить по формуле .

отметка верха настила по заданию.

кН

м·кН

кН

Принимаем сталь 235 по ГОСТу 27772-88

Сечение ветвей сквозной двухветвевой колонны, примем гибкость

Требуемый радиус инерции сечения

(3.6)

см

Требуемая площадь двухветвевой колонны

, (3.7)

где - коэффициент продольного изгиба, определяемый по принятой гибкости и расчетному сопротивлению

Принимаем

см2

Требуемая площадь ветви равна половине

см2

Для проверки определяют

, (3.8)

затем находят коэффициент продольного изгиба по таблицам, приложениям или формулам, указанным для формулы (3.7), и сравнивают

, (3.9)

где А - площадь сечения подобранных профилей двух ветвей колонны.

Если на 10% и более, то необходимо проверить меньшее сечение ветвей.

Принимаем двутавр 35Б1

А = 49,53·2=99,06

ix =14,25

- условие не выполняется

Принимаем двутавр 40Б1

A = 61,25·2=122,5

ix = 16,03

30,36 ? 23 - условие не выполняется

Принимаем двутавр 45Б1

А = 76,23·2=152,46

ix =18,09

24,02 ? 23 - условие не выполняется

Принимаем двутавр 45Б2

А = 85,96·2=171,92

ix =18,32

20,89 ? 23 - условие выполняется

О рациональности сквозного или сплошного сечения колонны в первом приближении можно судить по условной гибкости подобранного сечения сквозной двухветвевой колонны

- условие выполняется

- условие выполняется

Принимаем сплошную колонну в виде сварного двутавра

3.3 Подбор и проверка сечения сплошной колонны

Подбор сечений сплошной колонны (рис. 3.1а) начинают с определения требуемой площади сечения

, (3.10)

где - коэффициент продольного изгиба определяется по предварительно принятой гибкости .

см3

По принятой гибкости определяют требуемые радиусы инерции

(3.11)

см

см

Требуемые габаритные размеры сечения

(3.12)

где , - коэффициенты для приближенного определения размеров сечения по радиусам инерции, которые можно принимать при 2 0,43; 0,24; при 4, 0,4, 0,2 при промежуточных отношениях по интерполяции.

см

см

Размеры b и h должны соответствовать сортаменту стали

Принимаем b=380 мм

В центрально-сжатых элементах с угловой гибкостью

Толщина полки из условия местной устойчивости

tf = b/[2(0,36 + 0,10)]. (3.13)

tf = 38/ [2(0,36+0,10·2) ] = 1,06 см = 11 мм

Требуемая высота стенки

Толщина стенки

При

=/[(1,20 + 0,35)]

= 40/[(1,20+0,35·2) ] = 0,703 = 8 мм

Но не менее

=/(2,3).

см

Приняв листы по сортаменту, можно определить площадь А, скомпонованного, при принятой гибкости, сечения.

см

Отличие площади скомпонованного сечения А от требуемой площади сечения , более чем на 10%, говорит, обычно, о неправильно принятой гибкости.

Отличие площади скомпонованного сечения А от требуемой площади Аt > 10% поэтому увеличиваем гибкость

Требуема площадь по формуле (3.10)

см2

Требуемые радиусы инерции по формулам (3.11)

см

см

Требуемые габаритные размеры сечения по формулам (3.12)

см

см

Принимаем мм

Угловая гибкость

Толщина полки из условия местной устойчивости по формуле (3.13)

tf = 45/ [2(0,36+0,10·1,67) ] = 1,427 см = 16 мм

Требуемая высота стенки

При

= 40/[(1,20+0,35·2) ] = 0,703 = 8 мм

Но не менее

см

см2

Площадь скомпонованного сечения А отличается от требуемой площади менее чем на 10 %, то скомпонованное сечение проверяют на устойчивость. Для этого определяем геометрические характеристики сечения.

см2

см2

см

см

Гибкости стержня колонны

По большей гибкости

(3.15)

- условие выполняется

Устойчивость полки и стенки проверяют по максимально условной гибкости

Для полки при

(3.16)

где bef = (b - tw)/2; при значениях 0,8 или 4 в формуле (3.16) следует принимать, соответственно, = 0,8 или = 4; для стенки:

см

13,781 ? 15,43 - условие выполняется

При

(3.17)

-условие не выполняется

При назначении сечения элемента по предельной гибкости, а также в случае недонапряжения колонны, отношение bef / tf можно умножить на коэффициент , но не более чем на 1,25, где ; - меньшее из значений, использованное при проверке общей устойчивости элемента.



- условие не выполняется

Та как условие не выполняется изменим , и заново проверяем сечение на устойчивость

Геометрические характеристики

см2

cм2

см

см

Гибкости стержня колонны

По большей гибкости принимаем

-условие выполняется

Устойчивость полки и стенки проверяют по максимально условной гибкости

см

По формуле (3.16)

- условие выполняется

По формуле (3.17)

- условие выполняется

Для уменьшения случайных погнутостей колонн их максимальная гибкость не должна быть больше предельной []=180 ? 60, где - коэффициент, учитывающий недогруженность колонны, принимают не менее 0,5.

Проверим условие

- условия не выполняется, значит укреплять поперечными ребрами, не рекомендуется.

Угловые сварные швы, а для соединения поясов со стенкой колонны принимаются в зависимости от максимальной толщины соединяемых листов. В центрально-сжатых колоннах сварного составного двутаврового сечения допускается применять односторонние поясные швы. В узлах крепления к колонне с односторонними поясными швами связей, балок, распорок и т. п. в зоне передачи усилия и в том числе с деталей баз и оголовков следует принимать двусторонние поясные швы. При этом двусторонние швы должны выходить за контуры прикрепляемого элемента (узла) на длину 30 kf с каждой стороны.

3.4 Конструирование и расчёт базы колонны

Требуемая площадь опорной плиты базы

, (3.38)

где - расчетное сопротивление смятию бетона фундамента можно определить по формуле:

(3.39)

МПа = 0,807 кн•см2

см2

- отношение площади обреза фундамента к площади опирания плиты, принимаемое равным 11,5

База колонны при жёстком сопряжении в одной плоскости и шарнирном в другой

Размер плиты в плане в плоскости жесткого сопряжения колонны с фундаментом (рис. 3.5а, 3.6а) должен удовлетворять условию размещения анкерных болтов за габаритами колонны

, (3.40.1)

B=b+2(tt+c). (3.40.4)

где b, h - соответственно ширина и высота сечения колонны;

tt - толщина траверсы (принимается предварительно 1016 мм и не менее ?0,02b

с - можно назначить по условию размещения анкерных болтов на этих участках c 3 dа+30мм; размер b2 можно принять равным с;

dа - диаметр анкерного болта.

мм =12 мм

мм

мм=71,6=750 мм

мм=600 мм

- следовательно болты располагаем между траверсами

Принимаем мм

Меньший размер (обычно В) плиты базы должен соответствовать ширине универсальной стали (приложение Е, часть 1). Длина плиты должна удовлетворять условию и должна быть кратна 1см.

см

Принимаем мм

- условие выполняется

При шарнирном, а также при жестком соединении колонны с фундаментом в обеих плоскостях и при отсутствии толстых листов для плит баз целесообразно учитывать равномерное распределение давления бетона по всей площади плиты. Это давление можно определить по формуле:

, (3.41)

где Ар = B · L, здесь B и L - соответственно ширина и длина плиты, принимаемые с учетом приведенных выше рекомендаций.

см2

Принимаем мм ,мм

- условие выполняется

При опирании на 4 канта, с отношением длины большей стороны b1 к длине меньшей стороны а1 , отвечающим условию b1/а1 2, расчетный момент, вычисленный для полосы шириной 1см в направлении короткой стороны

M = а1 2, (3.42)

где - коэффициент, зависящий от отношения b1 / а1 и принимаемый по таблице 3.1.

мм

мм

- условие выполняется

кН•см

При опирании на 3 канта с соотношением длины закрепленной стороны пластинки b2 к свободной a2 в пределах 0,5 b2 / a2 2 расчетный изгибающий момент в середине свободного края по направлению a2 можно определить по формуле:

, (3.43)

где - коэффициент, зависящий от отношения b2/a2 и принимаемый по таблице 3.2.

- условие выполняется

кН•см

При отношении сторон b1 / a1 > 2 или b2 / a2 > 2 опирание по коротким сторонам можно не учитывать и расчетные моменты на участках могут определяться как для однопролетной балочной плиты

М = (3.45)

 кН•см

По наибольшему для различных участков плиты изгибающему моменту определяем требуемую толщину плиты единичной ширины

, (3.46.2)

где c принимается для опорных плит из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см2), несущих статическую нагрузку;

Принимаем так как мм

см = 34,9мм

Высота траверсы 7 определяется по условию прочности шва

ht = Qm / (4kf Rwm ) + 1см, (3.53)

где kf - не больше

Qm - усилие, воспринимаемое всеми швами крепления траверсы к колонне, можно определить по формуле

Qm = N - 2qb Ab, (3.54)

где 2Ab - грузовая площадь, с которой реактивное давление бетона фундамента передается непосредственно на обе ветви сквозной колонны

мм2 =577,76 см2

мм

кН

=53 см

кН/см2

Высоту траверсы принимаем не более и не более мм, чтобы скрыть ее под полом.

мм

И не менее

мм

Принимаем kf = 10 мм

см

Траверсу проверяем в месте её крепления к колонне

, (3.55)

где - напряжение от максимального изгибающего момента на консоли траверсы

; (3.56)

, (3.57)

Mk - максимальный изгибающий момент на консоли траверсы,

- вылет консоли, равный расстоянию в плане от шва ее крепления к ветви до конца траверсы , при ветвях из двутавров

;

b - ширина полки двутавра;

сk - ширина грузовой площадки траверсы.

,

если , то заменяют на ;

момент сопротивления траверсы, равный ;

- толщина траверсы принимаемая не менее 1см и не менее 0,02();

- средние по высоте касательные напряжения в траверсе, определяемые по максимальной поперечной силе

= Qmax / At Rs, (3.58)

где Qmax - большая из поперечных сил со стороны консоли или пролета:

;

,

где сp - меньшее из значений, или ;

.

По формуле (3.57)

см

cм

см3

При см, значит принимаем см

По формуле (3.56)

кН/см2

кН

мм = 17,8 см

см2

По формуле (3.58)

кН/см3 < 13,3 - условие выполняется

По формуле (3.55)

- условие выполняется

Необходимо проверить прочность траверсы на изгиб в пролете между ветвями колонны

= Mр / Wt Ry, (3.59)

где .

кН/ми

- условие выполняется

Соединение тавровое с односторонними швами, вид сварки - полуавтоматическая, сварочная проволока - СВ-08Г2С (ГОСТ 2246-70*)

кН/см2

кН/см2

кН/см2

кН/см2,\

Швы которые привариваются к опорной плите базы ребра траверсы, диафрагмы, элементы стержня колонны, проверяются на прочность

(3.60)

где Qn - наибольшее для данного катета шва усилие, приходящееся на 1 см длины;

(3.61)

где cm - максимальная ширина грузовой площади, с которой нагрузки передаются через данный шов, например, для шва крепления траверсы cm принимается равной большему из значений cк или cр. Швы, навариваемые на плиту, должны быть доступны для сварки

мм

кН

- условие не выполняется

Так как условие не выполняется увеличиваем катет шва до 14 мм

- условие выполняется

3.5 Конструирование и расчёт оголовка колонны

Наиболее просто и четко центральная передача нагрузок на колонну и шарнирное соединение главных балок с колонной могут быть обеспечены при опирании балок на колонну сверху. Примыкание главных балок к колонне сбоку может быть целесообразным в случае расположения прокатных балок 5 по оси колонны, так как позволяет упростить опирание балок. Кроме того, примыкание главных балок к колонне сбоку необходимо при закрепления верха колонны в габарите главных балок от поворота в плоскости перпендикулярной плоскости главных балок.

Для удобного и качественного монтажа балок и колонн между ними предусматривается возможность возникновения зазора размером 06 мм. Размер зазора при опирании сверху можно ограничить 0-6 мм.

Оголовки распределяют сосредоточенные реакции балок по всему сечению колонн. Прочность оголовка должна быть обеспечена на всем пути распределения нагрузки. При опирании главных балок на колонну сверху толщина опорной плиты оголовка tр

, (3.62)

где В - опорная реакция главной балки);

- ширина опорного ребра главной балки;

- расчетное сопротивление сдвигу плиты оголовка .

см = 44мм

Толщина стенки колонны или ребра могут быть определены из условия прочности при сжатии опорными рёбрами

(3.63)

где Ry - расчетное сопротивление стали при сжатии можно принимать по приложению 1 (часть1);

- длина сминаемой части стенки или ребра, наибольшее ее значение может быть определено по формуле

(3.64)

см

см

Так как , то середину колонны в верхней части замениним вставкой с толщиной tст ? tсм

Высота вставки или ребра определяется по необходимой длине швов для их крепления к элементам, на которые они передают усилия. Длина шва определяется по минимальной прочности шва Rwn

(3.65)

Полуавтоматическая сварка проволокой СВ-08Г2С (ГОСТ 2246-70*)

кН/см2

кН/см2

кН/см2

кН/см2

кН/см2

кН/см2

Принимаем мм

см

Принимаем см

Горизонтальные силы, возникающие в ребрах

(3.68)

кН

Прочность вертикальных швов

(3.67)

- условие не выполняется

Так как условие не выполняется увеличиваем мм

см

Принимаем =60 см

кН

- условие выполняется

Проверка на прочность под действием горизонтальных сил

(3.68)



- условие выполняется

Проверка на срез

(3.69)

где tmin - меньшая суммарная толщина одновременно срезаемых листов

cм

- условие выполняется

...