П роектирование и расчет балочной клетки
![]()
|
Расчетная схема на устойчивость опорного участка главной балки ![]() Площадь расчетного сечения опорной части балки: ![]() Момент инерции сечения относительно оси z-z: ![]() Радиус инерции сечения: ![]() Гибкость: ![]() Условная гибкость: ![]() Условие устойчивости можно записать в виде: ![]() где = 0,97025 - коэффициент продольного изгиба балки (по табл. 72 СНиПа II-23-81*), ![]() то есть принятая опорная стойка главной балки устойчива. Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки двухсторонними швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08А при вертикальном расположении шва. Согласно табл. 4 СНиП II-23-81* расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва: ![]() где wm = 1,25, - коэффициент надежности по материалу шва. По СНиП II-23-81* расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления: ![]() По табл. 34 СНиП II-23-81 для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва: f = 0,9 – по металлу шва; z = 1,05 – по металлу границы сплавления. Определим, какое сечение в соединении является расчетным: ![]() Определим катет сварных швов: ![]() Полученное значение катета шва больше минимального kfmin = 5 мм, поэтому окончательно принимаем kf = 7 мм. Проверяем длину рабочей части шва ![]() Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами. 3.6 Проектирование стыка главной балки на высокопрочных болтах Очевидно, что стык необходим по середине балки, где Мmax = 535168 кН·см и Q = 0. По табл. 61 СНиП II-23-81* выбираем высокопрочные болты для соединения d = 24 мм из стали 40Х "селект" с наименьшим временным сопротивлением Rbun = 110 кН/см2 и площадью сечения болта нетто Abn = 3,52 см2 (табл. 62). По табл. 36 СНиП II-23-81* определяем, что при газопламенной обработке соединяемых поверхностей и при регулировании натяжения болтов по моменту коэффициент трения = 0,42, коэффициент надежности h = 1,12 (при разности номинальных диаметров отверстий и болтов = 1 – 4). Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определим по формуле ![]() где Rbh – расчетное сопротивление высокопрочного болта, принимаемое по формуле (3) в СНиПе II-23-81*: ![]() b = 1,0 (при количестве болтов больше 10) коэффициент условий работы соединения. ![]() Стык поясов Перекрещиваем тремя накладками каждый пояс балки сечением 55014 мм и 226014 мм. Общая площадь сечения ![]() Определим усилие в поясе: ![]() Количество высокопрочных болтов в соединении стыков поясов: ![]() принимаем n = 18 болтов и размещаем их согласно рис. на стр. 40. ![]() Размещение высокопрочных болтов на стыке поясов главной балки. Стык стенки. Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 360130010 мм. Момент, действующий на стенку: ![]() Расстояние между крайними по высоте рядами болтов принимаем: ![]() Вычислим коэффициент стыка : ![]() где m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке. Определяем, что число рядов болтов по вертикали равно 9, что соответствует шагу рядов болтов по высоте 150 мм (8150 = 1200 мм). Проверим стык стенки по формуле: ![]() ![]() Размещение высокопрочных болтов на стыке стенки главной балки. Проверим ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты диаметром do = 26 мм (на 2 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка, поэтому площадь сечения пояса нетто: ![]() а площадь сечения пояса брутто: ![]() Согласно п.11.14 СНиПа II-23-81*: ![]() то есть ослабление пояса можно не учитывать. Проверим ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями: ![]() следовательно, ослабление накладок можно не учитывать. 3.7 Проектирование сварного стыка главной балки На монтаже сжатый пояс и стенку всегда соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс – косым швом под углом 600, так как при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля затруднены. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки и по этому не рассчитывается. Ч ![]() 4. Проектирование и расчет колонн 4.1 Расчетная схема и расчетная длина колонны В качестве расчетной схемы выберем колонну, шарнирно закрепленную с двух сторон. Найдем фактическую длину колонны l, при высоте фундамента 500 мм: ![]() Расчетная длина колонны равна: ![]() где - коэффициент расчетный длины, определяется по табл. 71,а СНиПа II-23-81*. Р ![]() 4.2 Определение продольной силы в колонне, выбор типа сечения колонны Опорная реакция в главной балке равна Q = 1337,92 кН, а продольная сила в колонне равна N = 21337,92+0,8·lk = 3299,36 кН, используем колонну сплошного типа сечения. Примем, что сечение будет двутавровым, сваренным из трех листов. 4.3 Подбор сечения, проверка общей устойчивости колонн и местной устойчивости стенки и полок Материал колонн – сталь С275. Для нее по табл. 51 СНиПа II-23-81* определим, что для t до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести Ry = 26 кН/см2. По формуле 7 СНиПа II-23-81* имеем, что ![]() ![]() ![]() ![]() Т.к. ![]() ![]() Для того, чтобы воспользоваться формулой пункта 7.14 СНиП II-23-81*, определим значение ![]() ![]() Тогда ![]() ![]() ![]() принимаем ![]() Проверим местную устойчивость полки колонны по табл.29 СНиП II-23-81*: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Увеличиваем ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проверяем напряжение по подобранному сечению: ![]() Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости. Сечение колонны со сплошной стенкой ![]() Проверим местную устойчивость стенки колонны. Стенка колонны устойчива, если условная гибкость стенки ![]() ![]() 4.4. Расчет и конструирование оголовка колонны На колонну со сплошной стенкой свободно сверху опираются балки. Усилие на стержень колонны передается опорными ребрами балок через плиту оголовка. Ширина опорных ребер балок bp= 360 мм. На колонну действует продольная сила N = 2678 кН. Торец колонны фрезерован. Толщину плиты оголовка принимаем равной tf = 25 мм. Плита поддерживается ребрами, приваренными к стенке колонны. Толщину ребер определяем из условия смятия. Требуемая площадь смятия: ![]() О ![]() Задаемся катетом шва kf= 10 мм. Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением Схема опирания главной балки на колонну ![]() ![]() ![]() ![]() Значения коэффициентов ![]() ![]() ![]() ![]() ( при kf = 10 мм – для вставки стенки в колонну > 10 мм.) ![]() Толщину вставки в стенку колонны определим из расчета стенки на срез: ![]() 4.5 Расчет и конструирование базы колонны Собственный вес колонны: ![]() Расчетная нагрузка на базу колонны: ![]() Требуемая площадь плиты базы колонны ![]() где - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке = 1; Rb,loc – расчетное сопротивление смятию: ![]() где Rb – расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В12,5 Rb = 0,75 кН/см2; - коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера операния плит, для бетонов класса ниже В25 =1; ![]() ![]() При центрально-сжатой колонне и значительной жесткости плиты напряжения под плитой в бетоне можно считать равномерно распределенными, поэтому = 1, тогда ![]() Считая в первом приближении плиту базы квадратной, будем иметь стороны плиты равными ![]() принимаем размеры плиты ![]() ![]() Напряжение под плитой ![]() Плита работает на изгиб, как пластинка, опертая на соответствующее число кантов (сторон). Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются три участка. На участке 1 плита работает по схеме "пластинка, опертая на четыре канта". Соотношение сторон ![]() то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах. Изгибающий момент: ![]() Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты – сталь С275, для которой расчетное сопротивление Ry = 26 кН/см2, тогда ![]() принимаем толщину базы 24 мм. На участке 2 плита работает тоже, как пластинка, опертая на три канта. ![]() Соотношение сторон ![]() следовательно плиту можно рассматривать как консоль длиной с. Изгибающий момент: ![]() На участке 3 плита оперта на три канта. ![]() ![]() следовательно плиту можно рассматривать как консоль длиной е. Изгибающий момент: ![]() Б ![]() Расчет траверсы. Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной. Рассчитаем угловые швы на условный срез. Задаемся катетом шва kf= 13 мм. Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением ![]() ![]() ![]() ![]() Значения коэффициентов ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Высота траверсы hт = lw +1 = 44,09+1 = 45,09 см, принимаем hт = 45 см. Список используемой литературы 1. Металлические конструкции. Под редакцией Г.С. Веденикова, Стройиздат, 1998. 2. Металлические конструкции. Под редакцией Е.И. Беленя, М., Стройиздат, 1986. 3. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции (Госстрой СССР. – М. ЦИТП Госстроя СССР, 1996) |