Проектирование конструкции стальной балочной клетки

Размещено на http://www.allbest.ru//Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Расчёт настила и прокатных балок балочной клетки

1.1 Расчёт стального настила

Сбор нагрузки на 1 м2 настила приведён в таблице 1.

Таблица 1 - Сбор нагрузки на 1 м2 настила

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН/м2	гf	Расчётная, кН/м2
1	Временная -	16,8	1,2	20,16
2	Собственный вес настила где удельный вес стали -	0,462	1,05	0,485
Итого

Средний коэффициент надёжности по нагрузке

Принимаем расчётную схему настила (рис. 1).

Рис. 1 - Расчётная схема настила:

1 - настил; 2 - балка настила; 3 - сварные швы

При расчёте настила учитываются следующие особенности его конструкции и работы:

1) сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные усилия Н;

2) защемление настила сварными швами на опорах в запас не учитывают, считая опоры шарнирно-неподвижными;

3) изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности.

Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле

В расчёте определяется наибольший пролёт полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа и предельном прогибе

Принимаем толщину настила .

В настоящем расчёте после подстановки величин и в формулу (1), получаем

В целях экономии стали пролёт следует принимать как можно ближе к , так чтобы длина вспомогательной балки была кратна пролёту .

Принимаем В этом случае пролёт укладывается пять раз по длине вспомогательной балки: Находим предельный прогиб для пролёта .

По формуле (2) вычисляем наибольший пролёт:

Так как , на этом расчёт заканчиваем.

Проверка прогиба настила. Вначале вычисляется балочный прогиб, т.е. прогиб от поперечной нагрузки в середине полосы шириной , имеющей цилиндрическую жёсткость , без учёта растягивающей силы :

Прогиб настила с учётом растягивающей силы определяется по формуле . Коэффициент находится из решения кубического уравнения

Для решения примем тогда

где

В данном случае

прогиб настила

относительный прогиб

предельный прогиб

Так как проверка прогиба удовлетворяется.

Запас составляет

Проверка прочности настила. Изгибающий момент с учётом приварки настила на опорах составляет

Растягивающая сила

Проверка прочности полосы настила шириной :

Здесь площадь сечения настила ;

момент сопротивления настила ;

- расчётное сопротивление стали С235.

Схема разбивки вспомогательной балки:

Назначаем пролёт балки настила, равный шагу вспомогательных балок, так чтобы ему был кратен пролёт главной балки:

Смещаем на половину шага в пролёт первую и последнюю вспомогательные балки. Схема разбивки главной балки: (рис. 2).

Рис.2 - Схема балочной клетки:

1 - колонна; 2 - главная балка; 3 - вспомогательная балка; 4 - балка настила



1.2 Расчёт сварного шва крепления настила к балке

1. Расчёт по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва [1, табл. 39].

Коэффициент условия работы шва .

В соответствии с [1, табл. Г.2] принимаем электроды типа Э42. Расчётное сопротивление металла шва при ручной сварке электродами Э42 [1, табл. Г.2].

2. Расчёт по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва [1, табл. 39].

Коэффициент условия работы шва .

Расчётное сопротивление по металлу границы сплавления

[1, табл. 4].

Здесь - нормативное сопротивление проката, тогда

Сравнивая полученные величины при расчёте по металлу шва и по металлу границы сплавления, находим минимальную из них:

Требуемый катет шва



Принимаем [1, табл. 38].

1.3 Расчёт балки настила

Балка рассчитывается как свободно опёртая, загруженная равномерно распределённой нагрузкой. Пролёт равен шагу вспомогательныхбалок . Расчётное сопротивление стали С255 .Погонная нагрузка собирается с полосы шириной, равной пролёту настила :

а) нормативная нагрузка

Здесь в первом приближении вес балки настила принят равным 2% от нормативной нагрузки на настил (табл. 1):;

б) расчётная нагрузка

.

Изгибающий момент от расчётной нагрузки

Требуемый момент сопротивления



Коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении.Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при пролёте находим):

Принимаем двутавр №14 по ГОСТ 8239-89. Характеристики принятого двутавра приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики двутавра №14 по ГОСТ 8239-89

Номер профиля	мм	мм	мм	мм		Масса кг/м	см4	см3
14	140	73	4,9	7,5	17,4	13,7	572	81,7

Уточняем коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в зависимости от отношения площадей сечения полки и стенки ,площадь сечения стенки площадь сечения полки

По [1, табл.Е.1] интерполяцией определяем коэффициент .

Уточняем собственный вес балки и всю нагрузку:

а) нормативная

б) расчётная

Максимальный изгибающий момент

Проверка нормальных напряжений:

Условие прочности удовлетворяется с недонапряжением:

Расчётная перерезывающая сила на опоре:

Проверка касательных напряжений на опоре [1, формула (54)]

где

Условие прочности выполняется с большим запасом.

Проверка прогиба балки:

Проверка выполняется.

Проверка общей устойчивости балки

В соответствии с [1, п. 8.4.4(а)] при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надёжно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.

1.4 Расчёт вспомогательной балки

Нагрузки передаются на балку в местах опирания балок настила (рис. 3). Сосредоточенные силы определяются по грузовой площади, равной

Рис.3 - Расчётная схема вспомогательной балки

Сбор нагрузки на вспомогательную балку приведён в таблице 3.

Таблица 3 - Сбор нагрузки на вспомогательную балку

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН/м2	гf	Расчётная, кН/м2
1	Временная нагрузка-	44,352	1,2	53,222
2	Вес настила	1,219	1,05	1,279
3	Вес балки настила	0,403	1,05	0,423
4	Вес вспомогательной балки (принимаем ориентировочно вес двутавра №40)	0,472	1,05	0,495
Итого

Средний коэффициент надёжности по нагрузке

Изгибающий момент от расчётной нагрузки при четырех грузах в пролёте:

Требуемый момент сопротивления при в первом приближении:

Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при пролёте балки предельный прогиб )

Принимаем двутавр №35Б2 по ГОСТ 26020-83. Характеристики принятого двутавра приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Характеристики двутавра №35Б2 по ГОСТ 26020-83

Номер профиля	мм	мм	мм	мм		Масса кг/м	см4	см3
35Б2	349	155	6,5	10,0	55,17	43,3	11550	662,2

Уточняем коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в зависимости от отношения площадей сечения полки и стенки ,площадь сечения стенки площадь сечения полки

По [1, табл.Е.1] интерполяцией определяем коэффициент .Уточняем нагрузку на вспомогательную балку с учётом принятого сечения двутавра. Новые расчётные характеристики представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Сбор нагрузки на вспомогательную балку

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН/м2	гf	Расчётная, кН/м2
1	Временная нагрузка-	44,352	1,2	53,222
2	Вес настила	1,219	1,05	1,279
3	Вес балки настила	0,403	1,05	0,423
4	Вес вспомогательной балки	0,374	1,05	0,393
Итого

Средний коэффициент надёжности по нагрузке

Изгибающий момент от расчётной нагрузки при четырех грузах в пролёте:

Изгибающий момент от нормативной нагрузки при четырех грузах в пролёте:

Проверка прочности:

Условие прочности удовлетворяется с недонапряжением:

Проверка прогиба балки:

Проверка выполняется.

1.4.1 Проверка общей устойчивости балки

Сжатый пояс из плоскости изгиба балки раскрепляется балками настила, расстояние между которыми равно

В соответствии с [1, табл. 11] наибольшее значение отношения к ширине сжатого пояса , при котором не требуется проверка общей устойчивости, определяется по формуле

Так как , расчёт на общую устойчивость балки выполнять не требуется.

1.4.2 Проверка местной прочности стенки

При непосредственном опирании балок настила сверху на вспомогательную балку необходима проверка местной прочности стенки последней по формуле

где - сосредоточенные усилия в местах опирания балок настила

- условная длина сжатого участка стенки вспомогательной балки

1.5Высота покрытия по главным балкам и расход стали

Высота покрытия по главным балкам:

Расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки, приходящийся на 1 м2 балочной клетки:



2. Проектирование составной сварной главной балки

2.1 Сбор нагрузки на главную балку

Разрезная главная балка загружена сосредоточенными нагрузками. Нагрузки на балку передаются в местах опирания на неё вспомогательных балок (рис.4). Сосредоточенные силы ( - от постоянной нагрузки и - от временной) подсчитываются по грузовой площади, равной произведению пролётов вспомогательной балки и балки настила.

.

Рис.4 - Расчётная схема главной балки

Таблица 6 - Сбор нагрузки на главную балку

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН		Расчётная, кН
1	Временная нагрузка	221,76	1,2	266,11
2	Собственный вес настила и балок	9,983	1,05	10,482
3	Собственный вес главной балки ( 3% от временной нагрузки)	6,652	1,05	6,984
Итого	238,4		283,6

Средний коэффициент надёжности по нагрузке

2.2. Подбор сечения главной балки

Сечение составной сварной балки состоит из трёх листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок (рис. 5).

Рис.5 - Сечение главной балки:1 - стенка; 2 - полки

При трех грузах в пролёте расчётный изгибающий момент:

Расчётное сопротивление стали С255 равно .Коэффициент условия работы . В первом приближении .

Требуемый момент сопротивления:

Высота сечения балки предварительно определяется по соотношению между , где - оптимальная высота сечения из условия прочности; - оптимальная высота сечения из условия жёсткости; - высота сечения из условия минимальной жёсткости, при обеспечении прочности:

а) оптимальная высота балки из условия прочности:

где -рекомендуемое отношение высоты балки к толщине стенки в пределах . Принимаем ;

б) оптимальная высота балки из условия жёсткости:

Здесь

величина получена для пролёта линейной интерполяцией;

в) высота балки из условия минимальной жёсткости при обеспечении прочности:

В результате произведённых расчётов было получено три различные высоты составной сварной балки. Помимо произведённых расчётов есть ещё одно требование данной курсовой работы. Заключается оно в следующем. Заданием на курсовое проектирование нам задан усложнённый тип балочной клетки. Подразумевается, что к стенке главной балки будет крепиться вспомогательная балка, которая в свою очередь является опорой для балки настила. Суммарная высота вспомогательной балки и балки настила составляет 489 мм. Таким образом, высота нашей балки должна быть более 489 мм.

Стенку балки принимаем из универсальной стали шириной 700 мм.

По ранее принятому коэффициенту , определяем толщину стенки:

Принимаем минимальную толщину стенки .

Толщину полок назначаем равной, тогда полная высота балки оказывается равной

Вычисляем момент инерции стенки

Требуемый момент инерции полок

Здесь наибольший требуемый момент инерции балки определяется по двум значениям из условий прочности и жёсткости:

- из условия прочности

- из условия жёсткости

Требуемая площадь сечения полки

Толщина полки из условия обеспечения её местной устойчивости:

В расчёте было принято .

Ширину полки рекомендуется назначать равной .

Вычисляем . Принимаем ширину полки .Подобранное сечение балки показано на рис. 6.

Рис.6 - Размеры сечения главной балки

Уточняем собственный вес балки по принятым размерам. Площадь поперечного сечения балки

Вес погонного метра балки:

,



здесь - удельный вес стали; - конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер жёсткости и сварных швов. Вес главной балки на участке между вспомогательными балками

.

Уточняем нагрузки на балку, полученные в таблице 6. Новые нагрузки представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Сбор нагрузки на главную балку

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН		Расчётная, кН
1	Временная нагрузка	221,76	1,2	266,11
2	Собственный вес настила и балок	9,983	1,05	10,482
3	Собственный вес главной балки	2,475	1,05	2,598
Итого	234,2		279,2

Изгибающие моменты от нормативных и расчётных нагрузок:

Перерезывающая сила на опоре (для четырех грузов в пролёте):

Геометрические характеристики сечения балки:

- момент инерции

- момент сопротивления

В зависимости от соотношения площадей полки и стенки уточняется коэффициент , учитывающий развитие пластических деформаций. Коэффициент определяется интерполяцией по [1, табл. Е.1].В данной работе .

Интерполируя по [1, табл. Е.1], находим коэффициент .

2.3 Проверка прочности главной балки

1. Нормальные напряжения:

В соответствии с требованиями по экономии стали в составных сечениях недонапряжение не должно превышать 5%. Недонапряжение равно

Требование соблюдается

2. Касательные напряжения (проверка стенки на срез).

Касательные напряжения проверяются в стенке, в месте крепления опорного ребра без учёта работы на срез полок (рис. 7):

Рис.7 - Эпюры касательных напряжений в стенке балки:

а - на опоре; б - в пролёте

2.4 Проверка прогиба главной балки

Относительный прогиб балки при действии максимального изгибающего момента определяется как

Условие жёсткости балки удовлетворяется.



2.5 Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок

Суммарная высота элементов перекрытия: настила, балки настила, вспомогательной и главной балок

.

В данной работе мы не привязаны к каким-либо ограничениям по высоте. Поэтому у нас есть выбор: либо принять этажное сопряжение, либо принять сопряжение в одном уровне с балочной клеткой. Принимаем сопряжение в одном уровне. Конструкция балочной клетки представлена на рис. 8.

Рис.8 - Конструкция балочной клетки

2.6 Проверка общей устойчивости главной балки

В соответствии с [1, п. 8.4.4(а)] при наличии стального настила, непрерывно опирающегося на сжатый пояс балки и надёжно с ним связанного электросваркой, проверять общую устойчивость балки не требуется.



2.7 Изменение сечения балки

С целью экономии металла сечение приопорного участка балки уменьшается за счёт уменьшения ширины поясов на участке балки от опоры до сечения, расположенного на расстоянии, равном пролёта балки. Изменение сечения балки не производим, т.к. длина балки менее 10 метров и ширина поясов менее 240 мм.

2.8 Расчёт поясных сварных швов

Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводах автоматической сваркой. Определяем статический момент полки относительно оси :

Сдвигающая сила на единицу длины балки (рис. 9):

Рис.9 - К расчёту поясных швов:

а - сдвиг поясов и стенки при изгибе; б - сдвигающие напряжения в поясных швах; в - сдвигающая сила Т на единицу длины балки

Для стали С255 принимаем сварочную проволоку маркиСв-08А для выполнения сварки под флюсом. Определяем требуемую высоту катета углового поясного шва.

1. Расчёт шва по металлу

Коэффициент глубины провара шва [1, табл. 39].

Коэффициент условия работы шва .

Расчётное сопротивление металла шва [1, табл. Г.2]

2. Расчёт шва по металлу границы сплавления

Коэффициент глубины провара шва [1, табл. 39].

Коэффициент условия работы шва .

Расчётное сопротивление по металлу границы сплавления

[1, табл. 4 и В.5],

Здесь - нормативное сопротивление проката, тогда

Сравнивая полученные величины при расчёте по металлу шва и по металлу границы сплавления, находим минимальную из них:

Требуемый катет шва

Принимаем .

2.9 Проверка местной устойчивости сжатой полки балки

Местная устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки к её толщине не превышает предельного значения:

где - расчётная ширина свеса полки (рис. 10):

Рис.10 - Свес и толщина полки балки

Так как местная устойчивость поясного листа обеспечена.



2.10 Проверка местной устойчивости стенки балки

Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролёта балки к стенке привариваются поперечные двусторонние рёбра жёсткости (рис. 11).

Рис.11 - Поперечные рёбра жёсткости:

1 - поперечные рёбра; 2 - опорное ребро

Расстояние между поперечными рёбрами при условной гибкости стенки не должно превышать . Условная гибкость стенки определяется по формуле

Ширина ребра должна быть не менее .

Толщина ребра

Устойчивость стенки балки проверять не требуется, если при выполнении условий условная гибкость , при отсутствии местного напряжения.Вычисляем условную гибкость



При проверка местной устойчивости стенки не требуется.

Так как сопряжение балок выполняется в пониженном уровне, предусматриваем установку поперечных рёбер с шагом 3 метра в месте крепления вспомогательных балок. При шаге, равном , устанавливаем дополнительные промежуточные рёбра. Назначаем шаг поперечных ребёр жёсткости

Ширина рёбер должна быть не менее:

Принимаем .

Толщина ребра

Принимаем .

Проверка местной устойчивости стенки балки в первом отсеке (в данной работе на расстоянии 115 см от опоры). Изгибающий момент

где - опорная реакция главной балки.

Критические нормальные напряжения

Здесь по [1]определяем при и .

Критические касательные напряжения

где - отношение большей стороны отсека к меньшей (в данном случае ); - приведённая гибкость стенки

где - меньшая из сторон отсека .

Нормальные и касательные напряжения:

Проверка местной устойчивости стенки:



Проверка на местную устойчивость выполняется.

Так как к середине пролёта нормальные напряжения возрастают, а касательные напряжения уменьшаются, проверку устойчивости стенки следует выполнить для всех отсеков. В данной работе ограничимся вышеприведёнными проверками.

2.11 Расчёт опорного ребра главной балки

Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирным, с опиранием на колонну сверху. Опорное ребро жёсткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну (рис. 12).

Рис.12 - Схема к расчёту опорного ребра балки

Толщина опорного ребра определяется из расчёта на смятие его торца:

где - опорная реакция; - расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности [1] определяемое по формуле

- ширина опорного ребра (принимается равным ширине полки балки на опоре).Принимаем толщину опорного ребра , а опорный выступ

.

Проверка ребра на устойчивость. Площадь расчётного сечения ребра

Момент инерции

Здесь

Радиус инерции сечения ребра

Гибкость ребра

Условная гибкость

Коэффициент продольного изгиба по формуле [1]при :

Проверка опорного ребра на устойчивость:

Проверка выполняется.

Расчёт катета сварных швов крепления ребра к стенке балки (полуавтоматическая сварка)



где - получено при расчёте поясных швов балки.

При толщине более толстого из свариваемых элементов по[1, табл. 38] принимаем .

2.12 Расчёт болтового соединения

Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется в пониженном уровне. При четырех грузах в пролёте опорная реакция вспомогательной балки

Принимаем болты нормальной точности (класс точности В), класс болтов по прочности - 4.6, диаметр 20 мм. По [1] определяем расчётное сопротивление срезу болтов для класса по прочности 4.6: .

Расчётные усилия, которые может выдержать один болт:

а) на срез

где - коэффициент условия работы соединени; - число срезов болта;

б) на смятие



где - коэффициент условия работы соединения; - толщина ребра жёсткости (принимается меньшая из толщин: стенки балки или ребра); - расчётное сопротивление на смятие для стали, определяемое по формуле

Сравнивая пп. а) и б), выбираем меньшее: . Требуемое количество болтов в соединении:

Принимаем 3 болта диаметром 20 мм, диаметр отверстия .

Проверка касательных напряжений в стенке вспомогательной балки с учётом ослабления отверстиями диаметром под болты:

Здесь - перерезывающая сила (опорная реакция вспомогательной балки); - высота стенки вспомогательной балки; - коэффициент ослабления сечения стенки, определяемый по формуле

где - шаг отверстий; - диаметр отверстий.

Проверка стенки вспомогательной балки на срез выполняется.

2.13 Конструирование монтажного узла главной балки

По заданию на проектирование требуется сделать монтажный стык главной балки. По заданию стык сварной. Конструкция монтажного стыка представлена на рис. 13.

Рис.13 - Конструкция монтажного стыка

На монтаже сжатый пояс и стенку всегда соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс - косым швов, под углом , так как на монтаже физические способы контроля затруднены. Такой стык равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться. Чтобы уменьшить сварочные напряжения, сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки и поясов, имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные незаваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов. Последними заваривают угловые швы, имеющими небольшую продольную усадку.

2.14Строительная высота перекрытия и расход стали на перекрытие

Строительная высота перекрытия:

Расход стали на перекрытие (масса балок настила и прочих балок):

где - расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки; - вес погонного метра главной балки; - пролёт вспомогательной балки.



3 Проектирование колонны сплошного сечения

3.1 Расчётная длина колонны и сбор нагрузки

Отметка низа главной балки . определена заданием на проектирование и составляет 5,2 метра. Заглубление фундамента принимаем (рис. 14).

Рис.14 - Конструкция и расчётная схема колонны:

1 - база; 2 - стержень; 3 - оголовок

Геометрическая длина колонны

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закреплённая в верхнем конце. Соединение с фундаментом лёгких колонн в расчёте также принимается шарнирным. Поэтому расчётная длина колонны определяется при :

Грузовая площадь

.

Сбор нагрузки на колонну представлен в табл. 8.

Таблица 8 - Сбор нагрузки на колонну, кН

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная	гf	Расчётная
1	Временная	665,28	1,2	798,34
2	Вес настила и балок	37,37	1,05	39,23
Итого	703		838

3.2 Подбор сечения колонны

Расчёт выполняется относительно оси Y, пересекающей полки.

Так как нагрузка на колонну составляет 838 кН, то гибкость колонны принимаем равной . По [1]находим .

Требуемая площадь сечения колонны

Требуемый радиус инерции

Используя соотношение , находим ширину полки

Ширину полки назначаем 220 мм. Высоту стенки назначаем так, чтобы выполнялось условие . Назначив толщину стенки , получаем площадь сечения стенки

Свес полки

Требуемая площадь сечения полки и её толщина:

Принимаем .

Геометрические характеристики сечения.

Площадь сечения

Момент инерции

Радиус инерции

Гибкость

Приведённая гибкость

По [1] вычисляем коэффициент продольного изгиба при :

Включаем в нагрузку вес колонны

где - удельный вес стали; - конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер и сварных швов.

Полная расчётная нагрузка



Проверка колонны на устойчивость

Недонапряжение составляет

Рис.15 - Размеры сечения колонны

3.3 Проверки местной устойчивости полки и стенки колонны

Отношение свеса полки к её толщине

Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки определяется по формуле.

Устойчивость полок обеспечивается.

Проверяем местную устойчивость стенки по условию

Вычисляем

Здесь , но не более 2,3 в соответствии с [1].

Условие выполняется, устойчивость колонны обеспечена.

В соответствии с [1] привыполнении условия

поперечные рёбра жёсткости по расчёту устанавливать не требуется. Принимаем по конструктивным соображениям на отправочном элементе два парных ребра. Назначаем размеры парных рёбер: ширина Принимаем Толщину принимаем ребёр .

В центрально-сжатых колоннах сплошного сечения сдвигающие усилия между стенкой и полкой незначительны. Поэтому сварные швы, соединяющие полки со стенкой назначаем конструктивно .

3.4 Расчёт базы колонны

База колонны, состоящая из опорной плиты и двух траверс, крепится к фундаменту анкерными болтами (рис. 16).

Размер плиты базы. Ширину плиты назначаем по конструктивным соображениям:

Здесь - толщина траверсы, - свесы плиты. Принимаем ширину плиты согласно ширине листа универсальной стали .

Длина плиты, минимальная по конструктивным соображениям

Рис.16 - База колонны сплошного сечения:

1 - стержень; 2 - траверса; 3 - плита; 4 - фундамент; 5 - анкерный болт

Учитывая стандартные размеры листов, назначаем .

Проверяем достаточность размеров плиты в плане расчётом из условия смятия бетона под плитой. Назначаем класс бетона фундамента .Расчётное сопротивление бетона смятию при коэффициенте условия работы

Требуемая длина плиты по расчёту:

Принимаем по сортаменту минимальную по конструктивным соображениям длину плиты из универсальной стали . Получаем размеры плиты базы в плане Площадь плиты равна

Назначаем размеры верхнего обреза фундамента:

Площадь фундамента равна

Уточняем коэффициент

Уточняем сопротивление бетона смятию:

Проверяем бетон на смятие под плитой базы:

Проверка выполняется.

Расчёт толщины плиты базы. Толщина плиты назначается в пределах 20 … 40 мм. Расчёт толщины плиты базы производится из условия прочности плиты при изгибе на действие реактивного давления фундамента.

Изгибающие моменты в плите на участках:

- на первом участке

- на втором участке. Вычисляем соотношение сторон

где .

Так как , расчёт выполняем как консоли:

- на третьем участке:

где при

По наибольшему моменту на участках из условия прочности плиты на изгиб определяется требуемая толщина плиты:

По сортаменту принимается плита толщиной 25 мм.

Расчёт траверсы.

Нагрузка со стержня колонны передаётся на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. При четырёх швах с высотой катета :

Здесь прочность по металлу шва по металлу границы сплавления , где . Нормативное сопротивление определено по [1]. Расчётная длина флангового шва должна быть не более , в расчёте . По сортаменту универсальной стали принимается высота траверсы .

Расчёт катета сварного шва крепления траверсы к плите. При вычислении суммарной длины швов не учитывается по 1 см на непровар:

Требуемый катет шва по расчёту

Принимаем .Приварку торца стержня колонны к опорной плите базы выполняем конструктивными швами .

Крепление базы к фундаменту. При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты с диаметром для фиксации проектного положения колонны и закрепления её в процессе монтажа. Принимаем два анкерных болта диаметром . Болты устанавливаются в плоскости главных балок с креплением к плите базы, что обеспечивает за счёт гибкости плиты шарнирное сопряжение колонны с фундаментом.

3.5 Расчёт оголовка колонны

Оголовок колонны состоит из опорной плиты и подкрепляющих рёбер. Опорная плита передаёт давление от двух главных балок на рёбра оголовка и фиксирует проектное положение балок при помощи монтажных болтов. Определяем размеры ребёр, задавшись толщиной плиты . Толщина и ширина парных рёбер из условия работы на смятие:

где - удвоенная опорная реакция главной балки; - расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности; - ширина опорного ребра балки.

Принимаем толщину ребра .Ширина ребра должна быть не менее

Принимаем ширину парных рёбер вверху и 90 мм внизу.Высота вертикальных рёбер определяется из условия размещения четырёх фланговых швов длиной не менее



Здесь катет шва не может быть более , где - толщина стенки колонны. Длина сварного шва не должна быть болееПринимаем катет и высоту ребра .Торец колонны фрезеруется, поэтому толщина швов, соединяющих опорную плиту со стержнем колонны и рёбрами, назначаем конструктивно [1, табл. 38].



Библиографический список

1. СП 16.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.

2. СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. балка клетка перекрытие колонна

3. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций : учеб. для строит. вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов [и др.]; под ред. В.В. Горева. - М. : Высшая шк., 2004. - 551 с. : ил.

4. Металлические конструкции. Общий курс / Е.И. Беленя и др. - М. : Стройиздат, 1985. - 560 с.

5. Мандриков, А.П. Примеры расчёта металлических конструкций / А.П. Мандриков. - М. : Стройиздат, 1991. - 431 с.

Размещено на Allbest.ru