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: 8 из 10

3.7.2 Расчет швов прикрепления торцевого ребра к стенке балки

Прикрепление опорного ребра к торцу балки осуществляется двумя угловыми швами, наплавляемыми полуавтоматической сваркой по всей высоте стенки.



Рис. 6

В соответствии с [п. 14.1.7.г, 5] длина флангового шва должна быть не более l_ω = 85β_fk_f . Отсюда формулы определения катетов при срезе по металлу шва и металлу границы сплавления будут следующие:

k_f¹ = и k_f¹¹ = ,

где β_f и β_z - коэффициенты проплавления, принимаемые по [табл. 39, 5];

R_ωf и R_ωz – расчетные сопротивления металла шва и металла границы сплавления.

Для рассматриваемого случая (полуавтоматическая сварка проволокой d = 1,4 – 2 мм с нижним положением шва при катетах 9 – 12 мм) β_f = 0,8 и β_z = 1,0.

Расчетные сопротивления R_ωf = 18 кН/см² и R_ωz = 16,65 кН/см² (см. предыдущий расчет).

Определяем катеты:

• 
  из расчета на срез по металлу шва
  

k_f¹ = = = 0,79 см;

• 
  из расчета на срез по металлу границы сплавления
  

k_f¹¹ = = = 0,74 см.

Максимально возможный катет k_f^max = 1,2t_min, где t_min – минимальная толщина свариваемых элементов, t_min = 10 мм, отсюда k_f^max = 1,2·10 = 12 мм.

Минимально возможный катет определяем по табл. 38 [ 5] в зависимости от вида соединения и сварки, k_f^min = 5 мм, как для соединения таврового с двухсторонними угловыми швами с применением полуавтоматической сварки стали с пределом текучести до 285 мПа при толщине более толстого из свариваемых элементов от 17 до 22 мм (t_ор = 20 мм).

Принимаем катет швов k_f = 8 мм, как величину большую из расчетных значений k_f¹ и k_f¹¹ и находящуюся между k_f^max и k_f^min.

3.8 Конструирование монтажного сварного стыка главной балки

Стык находится в середине пролета главной балки. Применяем сварной стык, когда сжатый (верхний) пояс и стенку соединяем прямым швом встык, а растянутый (нижний пояс) – косым швом с заложением 1:2. В этом случае принимаем визуальный метод контроля качества шва нижней полки.

Такой стык будет равнопрочный основному сечению балки, он не рассчитывается.

Для уменьшения сварочных напряжений принимается следующий порядок наплавки сварных швов: 1 – поперечные стыковые швы стенки, 2 и 3 - поперечные стыковые швы поясов, после усадки швов 2 и 3 выполняют поясные швы, прикрепляющие полку к стенке (примерно 500 мм с каждой стороны от стыка, не заваренные на заводе). Делается это для того чтобы избежать сварочные деформации при усадке поперечных швов.

4. Конструирование и расчет центрально – сжатой колонны

Исходные данные. Продольная сила N сжимающая колонну равна двум реакциям (поперечным силам) от главных балок, опирающихся на колонну.

N = 2Q_max = 2·1228,7 = 2457,4 кН.

Геометрическая длина колонны (от фундамента до низа главной балки) равна отметке настила рабочей площадки за вычетом фактической строительной высоты перекрытия, состоящей из высоты главной балки на опоре h_о, высоты балки настила h_бн и толщины настила t_нплюсзаглубление базы колонны ниже отметки чистого пола (принимается заглубление 0,6 – 0,8 м).

Геометрическая длина колонны:

l₀ = 10 – (1,52 + 0,3 + 0,011) + 0,7 = 8,869 м = 886,9 см ≈ 890 см.

Материал колонны – сталь класса С245, закрепление концов шарнирное.

Определим требуемую площадь сечения колонны А_тр, предварительно приняв R_y = 24 кН/см², коэффициент условий работы γ_с = 1,0 [5, табл. 6], задав гибкость в первом приближении λ = 80 и определив коэффициент продольного изгиба φ = 0,703 [табл. Д1, 5].

Условная гибкость колонны:

= 80 = 2,7.

А_тр = N/φ·R_y·γ_с = 2457,4/0,703·24·1 = 145,6 см².

Для вычисления требуемых значений радиусов инерции сечения i_x и i_y определяем расчетные длины стержня l_x и l_y в плоскостях перпендикулярных соответственно осям «х» и «у». В данном случае расчетные длины будут равны геометрической l_x = l_y = l₀, так как коэффициенты приведения геометрических длин к расчетным длинам μ_х = μ_у = 1,0 [5, табл. 30].

Таким образом, требуемые значения радиусов инерции i_x^тр и i_y^тр также будут равны:

i_x^тр = i_y^тр = l₀/λ = 890/80 = 11,125 см.

Определяем требуемые значения габаритных размеров h_k^тр и b_f^тр сечения колонны для случая её равноустойчивости:

h_k^тр = i_x^тр/α₁ = 11,125/0,43 = 25,87 см;

b_f^тр = i_y^тр/α₂ = 11,125/0,24 = 46,35 см,

где коэффициенты α₁ = 0,43 и α₂ = 0,24 [1, прил. 15].

С учетом требований автоматической сварки (h_k ≥ b_f), применения для полок стандартных элементов (ГОСТ 82-70^*) и модульности высоты сечения колонны (М = 10 мм) принимаем в первом приближении h_k = 36 см и b_f = 34 см.

Примем толщину стенки t_ω = 1,0 см, толщину полки t_f = 2,0 см.

Определяем площадь сечения

А = h_ω·t_ω + 2b_f·t_f = 32·1,0 + 2·34·2 = 168 см².

Проверяем общую устойчивость полученной колонны. Для исключения закручивания колонны ставим поперечные ребра жесткости в двух сечениях по высоте. Таким образом, проверяем только изгибную форму потери общей устойчивости. Проверку устойчивости делаем в плоскости перпендикулярной оси «у».

Для проведения проверки определим характеристики жесткости сечения и в целом колонны:

I_y, i_y – момент и радиус инерции сечения относительно оси «у»;

λ_у – гибкость колонны в плоскости перпендикулярной оси «у».

I_y = + 2 = + 2 = 13104 см⁴;

i_y = = = 8,83 см;

λ_у = l_y/i_y = 890/8,83 = 100,8.

Полученная гибкость меньше предельно допустимой гибкости [λ] 120 [8, табл. 19].

В зависимости от гибкости λ_у = 100,8 = λ_max и расчетного сопротивления R_y = 24 кН/см² по табл. Д1 [5] определяем минимальное значение коэффициента продольного изгиба φ_min = 0,560.

Условная гибкость колонны:

= 100,8 = 3,41.

Проверяем устойчивость стержня:

σ = N/ φ_min·А = 2457,4/0,560·168 = 26,12 кН/см² > R_y = 24 кН/см²,

что недопустимо. Необходимо увеличить жесткость сечения.

Примем во втором приближении h_k = 40 см и b_f = 36 см, оставив толщины элементов прежними.

Геометрические характеристики нового сечения:

А = h_ω·t_ω + 2b_f·t_f = 36·1,0 + 2·36·2 = 180 см²;

I_y = + 2 = + 2 = 15555 см⁴;

i_y = = = 9,3 см;

λ_у = l_y/i_y = 890/9,3 = 95,7 < 120.

= 95,7 = 3,23, φ_min = 0,596

Проверка устойчивости:

σ = N/ φ_min·А = 2457,4/0,596·180 = 22,91 кН/см² < R_y = 24 кН/см².

Недонапряжение составляет 4,5%, что меньше предельно допустимой величины 5%. Таким образом, общая устойчивость колонны обеспечена.

Производим проверку местной устойчивости отдельных элементов колонны: стенки и полки.

Определяем условную гибкость колонны:

= 95,7 = 3,23.

Проверяем устойчивость стенки. Она будет обеспечена, если выполняется условие:

h_ω/t_ω ≤ .

Действительная гибкость стенки равна: h_ω/t_ω = 36/1 = 36.

Предельная величина гибкости определяется как .

Так как условная гибкость = 3,23 больше 2,0, _uω определяется как:

_uω = 1,2 + 0,35 , но не более 2,3.

В нашем случае _uω = 1,2 + 0,35 = 2,3,

тогда = 2,3 = 68,0.

Таким образом, действительная гибкость стенки меньше предельно допустимой, что позволяет сделать вывод о её устойчивости: нет необходимости повышения её жесткости путем увеличения толщины или постановки парных продольных ребер. Проверим стенку колонны на предмет необходимости постановки поперечных ребер жесткости.

В соответствии с [5] стенку колонны следует укреплять такими ребрами в случае невыполнения неравенства:

h_ω/t_ω ≥ 2,3 .

В нашем случае h_ω/t_ω = 36/1 = 36,

2,3 = 2,3 = 68,0.

Условие не выполняется (36 < 68), что позволяет сделать вывод о необходимости постановки парных поперечных ребер жесткости только в двух сечениях по высоте колонны: не для обеспечения местной устойчивости стенки, а в целях исключения потери общей устойчивости колонны в результате закручивания.

Проверяем местную устойчивость полки.

В центрально - сжатых колоннах с условной гибкостью от 0,8 до 4 отношение расчетной ширины свеса поясного листа b_ef к толщине t_f следует принимать не более значений, определяемых по формулам табл. 9 [5].

В нашем случае:

• 
  условная гибкость = 3,23 < 4;
  
• 
  расчетная ширина свеса полки:
  

b_ef = (b_f - t_ω)/2 = (36 – 1)2 = 17,5 см.

Отношение свеса к толщине b_ef/t_f = 17,5/2 = 8,75.

Предельно допускаемую величину отношения свеса к толщине определяем как для полок, окаймленных ребрами, по формуле:

[b_ef/t_f] = (0,54 + 015 ) = (0,54 + 0,15·3,23)· = 30,32.

Действительное отношение свеса полки к её толщине меньше предельно допустимого (8,75 < 30,32), что дает возможность сделать вывод о устойчивости полки. Колонна с принятым сечением отвечает эксплуатационным требованиям.