Балочная клетка. Балочная клетка Тольятти. Балочная клетка нормального типа

• Название: Балочная клетка нормального типа
• Анкор: Балочная клетка
• Дата: 13.10.2021
• Размер: 351.23 Kb.
• Имя файла: Балочная клетка Тольятти.docx
• Тип: Курсовая; #246732
• страница: 10 из 10

4.2 Расчет и конструирование шарнирной базы центрально – сжатой колонны

Шарнирные базы представляют собой плиту t_пл ≤ 40 мм усиленную элементами жесткости – траверсами, ребрами, диафрагмами.

Площадь плиты А_пл^тр определяем из условия работы на смятие бетона фундамента от действия усилия в базе N_б по формуле:

А_пл^тр = N_б/ψ·R_b,loc,

где N_б – усилие в базе колонны принимаемое с учетом базы колонны, N_б = (1,02…1,05)N, примем этот коэффициент равным 1,05. Тогда N_б = 1,05·2457,4 = 2580,3 кН.

Коэффициент ψ зависит от характера распределения местной нагрузки; в случае равномерного распределения ψ = 1,0.

Примем бетон фундамента класса В10. По табл. 1 [7] призменная прочность для этого класса составляет R_b = 0,6 кН/см².

По формуле (34) [7] определяем расчетное сопротивление бетона смятию, приняв предварительно коэффициент φ_в = 1,8 как для бетона класса выше В7,5.

R_b,loc = φ_в·R_b = 1,8·0,6 = 1,08 кН/см².

Тогда требуемая площадь плиты будет равна:

А_пл^тр = N_б/ψ·R_b,loc = 2580,3/1·1,08 = 2389,2 см².

Конструктивно определяем требуемую ширину плиты В_пл^тр, приняв толщину траверсы 1 см и вылет консоли с = 6 см.

В_пл^тр = b_f^k + 2(t_тр + с) = 36 + 2(1+6) = 50 см.

Примем В_пл = 50 см по ГОСТ 82-70*.

Определяем длину плиты как L_пл^тр = А_пл^тр/ В_пл = 2389,2/50 = 47,8 см.

В соответствии с ГОСТ 82-70* принимаем L_пл = 50 см.

Давление под плитой примем равномерно распределенным и определим по формуле (38) [7] как

q_b = N_б/ В_пл·L_пл = 2580,3/50·50 = 1,03 кН/см².

Плиту рассчитываем как изгибаемую пластину, равномерно нагруженную снизу и опертую на элементы сечения стержня (полки, стенку) и траверсы.

Здесь имеем три вида закрепления пластины: по одному, трем и четырем кантам.

Определим наибольшие изгибающие моменты, действующие в пластинах на полосе шириной 1 см.

В случае закрепления по одному канту (участок 1).

М₁ = q_b· с²/2 = 1,03·6²/2 = 18,54 кН.

Пластина, опертая на три канта (участок 2), имеет отношение закрепленной стороны к свободной 5/36 = 0,139 < 0,5. Изгибающий момент в запас прочности можно определять как для консоли с вылетом с₁ = 5см, но так как с₁ < с изгибающий момент М₂ будет меньше М₁ и его определять не нужно.

Пластина, опертая на четыре канта (участок 3), имеет длинную сторону

b₁ = h_ω^k = h_k – 2t_f^k = 40 - 2·2 = 36 см и короткую сторону а₁ = (b_f^k - t_ω^k)/2 = (36 – 1)/2 = 17,5 см.

Соотношение их b₁/а₁ = 36/17,5 = 2,06 > 2,0. Изгибающий момент М₃ действующий в пластине будем определять по формуле:

М₃ = q_b· а₁²/8 = 1,03·17,5²/8 = 39,43 кН.

По максимальному из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов, в данном случае это М₃ = 39,43 кН, определяем требуемую толщину плиты [7]:

t_пл^тр = = = 2,87 см.

где γ_с = 1,2 – коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 1 [5].

Принимаем t_пл = 30 мм по ГОСТ 82-70*.

Усилие от стержня двутавровой колонны передается на траверсу через четыре сварных шва. Таким образом, длина швов l_ω и определяет высоту траверсы h_тр.

Вычисляем их по формулам (50) и (51) [7]:

l_ω¹ = N_б/4β_fk_fR_ωf + 1,0 (см);

l_ω¹¹ = N_б/4β_zk_fR_ωz + 1,0 (см).

Катет швов k_f принимаем в пределах его возможных величин: k_f^min - k_f^max.

Минимальный катет определяется по [табл. 38, 5] в зависимости от вида соединения и сварки. В нашем случае соединение тавровое с односторонними угловыми швами, сварка полуавтоматическая, предел текучести до 375 МПа (R_у = 240 МПа), толщина наиболее толстого элемента t_f^k= 20 мм. Принимаем k_f^min = 7 мм.

Максимальный катет определяем в соответствии с [п.14.1.7.а, 5] как k_f^max = 1,2t_min, где t_min – наименьшая толщина соединяемых элементов, t_min = t_тр = 10 мм, отсюда k_f^max = 1,2·10 = 12 мм.

В первом приближении примем катет швов, прикрепляющих траверсы к полкам колонны, k_f = 10 мм.

Коэффициенты проплавления β_f = 0,8 и β_z = 1,0 определяем по [табл. 39, 5] для полуавтоматической сварки проволокой d = 1,4 – 2 мм, нижнее положение шва при катете 10 мм.

Расчетное сопротивление R_ωf определяется по табл. Г.2 [5] в зависимости от вида сварочного материала – типа электродов или марки проволоки. Сварочный материал принимается по табл. Г.1 [5] в соответствии с группой ответственности, климатическим районом и классом стали.

В нашем случае: группа конструкций 3 [приложение В, 5]; все климатические районы, кроме I₁, I₂, II₂, II₃; сталь класса С245. Отсюда принимаем марку сварочной проволоки Св-08А и расчетное сопротивление R_ωf = 18 кН/см².

Расчетное сопротивление R_ωz определяется в соответствии с требованиями табл. 4 [5]:

R_ωz = 0,45 R_un,

где R_un – нормативное сопротивление стали на сжатие, растяжение, изгиб, определенное по пределу прочности; R_un определяется по табл. 51 [5] в зависимости от класса стали, толщины и вида проката.

В рассматриваемом случае R_un = 37 кН/см²; отсюда R_ωz = 0,45·37 = 16,65 кН/см².

Подставляя полученные величины в вышеприведенные формулы, получаем длины швов:

• 
  из условия работы на срез по металлу шва
  

l_ω¹ = N_б/4β_fk_fR_ωf + 1,0 = 2580,3/4·0,8·1·18 + 1 = 44,8 см;

• 
  из условия работы на срез по металлу границы сплавления
  

l_ω¹¹ = N_б/4β_zk_fR_ωz + 1,0 = 2580,3/4·1·1·16,65 + 1 = 38,7 см.

Полученные длины швов необходимо проверить. Наибольшая из них не должна превышать длину шва определенную по формуле п. 14.1.7, г [5] как максимальная возможная длина флангового шва:

l_ω^max = 85β_fk_f = 85·0,8·1 = 68 см.

В нашем случае 44,8 см < 68 см. Принимаем высоту траверсы несколько больше l_ω¹ = 44,8 см: h_тр = 46 см.

Полученную траверсу проверяем на прочность как однопролетную балку с консолями, работающую на изгиб и срез от нагрузки q_тр, собираемой с грузовой полосы шириной В_пл/2 [7]:

q_тр = q_b· В_пл/2 = 1,03·50/2 = 25,8 кН/см.

Определяем максимальные усилия, действующие в траверсе по формулам (53) и (54) [7]:

• 
  максимальное перерезывающее усилие будет на опоре
  

Q_тр^max = q_тр·L_пл/2 = 25,8·50/2 = 645 кН;

• 
  максимальный изгибающий момент будет в середине пролета
  

М_тр = - = = - 4837,5 кН·см.

Проверяем прочность по нормальным и касательным напряжениям по формулам (55) и (56) [7], предварительно определив геометрические характеристики сечения траверсы: площадь сечения А_тр и его момент сопротивления W_тр:

А_тр = t_тр·h_тр = 1,0·46 = 46 см²;

W_тр = t_тр·h_тр²/6 = 1,0·46²/6 = 352,7 см³.

Производим проверку сечения по нормальным напряжениям:

σ = М_тр/W_тр = 4837,5/352,7 = 13,7 кН/см² ≤ R_yγ_c = 24·1,2 = 28,8 кН/см².

Проверка касательных напряжений:

τ = Q_тр^max/А_тр = 645/46 = 14,02 кН/см².

Касательные напряжения больше расчетного сопротивления сдвигу, определяемого по табл. 2 [5], как

R_s = 0,58R_y = 0,58·24 = 13,92 кН/см².

Принимаем толщину траверсы t_тр = 12 мм и еще раз производим проверку траверсы на сдвиг:

А_тр = t_тр·h_тр = 1,2·46 = 55,2 см²;

τ = Q_тр^max/А_тр = 645/55,2 = 11,7 кН/см².

Касательные напряжения в пределах расчетного сопротивления стали сдвигу. Таким образом, траверса сечением 460х12 мм удовлетворяет всем предъявляемым к ней требованиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте были сконструированы и рассчитаны все элементы рабочей площадки промышленного здания.

Был произведен выбор наиболее рационального варианта ячейки балочной клетки по экономическим и более легким техническим соображениями данных расчета настила, балок настила и вспомогательных балок.

Произведен расчет и конструирование главной балки, а именно: подбор сечения балки, определение толщины стенки и размер сечения поясных листов, а также стержня центрально-сжатой колонны, оголовка в случае опирания главных балок сверху и шарнирной базы колонны.

Список использованных источников

1. 
   Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений/[Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И. Кудишина. 10 изд., стер. – М. Издательский центр «Академия», 2007, - 688 с.
   
2. 
   Родионов И.К. Конструктивные решения элементов и узлов рабочих площадок промышленных зданий. Электронное учебно – методическое пособие, оптический диск. ТГУ, Тольятти, 2015.
   
3. 
   Родионов И.К. Технико – экономическое сравнение вариантов компоновки ячеек балочных клеток. Методические указания. ТГУ. Тольятти, 2013. – 28 с.
   
4. 
   Свод правил СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
   
5. 
   Свод правил СП СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*.
   
6. 
   Родионов И.К. Работа, расчет и конструирование сварной балки рабочей площадки промышленного здания. Учебно – методическое пособие. ТГУ. Тольятти, 2017. – 54 с.
   
7. 
   Родионов И.К. Работа, расчет и конструирование стальных центрально - сжатых сплошных колонн. Электронное учебно – методическое пособие, 1 оптический диск. ТГУ. Тольятти, 2015.
   
8. 
   СНиП II-23.81* Стальные конструкции. – М.:ФГУП ЦПП, 2005. – 90 с.