Ширина ребра должна быть не менее:
Принимаем bh=100 мм.
Толщина ребра:
Принимаем tS = 8 мм.
Поперечные ребра жесткости
2.1.11. Расчет опорного ребра жесткости главной балки
Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирным, с опиранием на колонну сверху. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.
Толщина опорного ребра определяется из расчета на смятие его торца:
м;
где N=RA=1390 кН – опорная реакция; МПа – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности [Табл.1, 2, 51 СНиП II – 23 – 81*]; см – ширина опорного ребра, равная ширине балки на опоре.
Принимаем толщину опорного ребра t=14 мм, а опорный выступ
а=20 мм < 1,5t=мм.
Проверка ребра на устойчивость.
Площадь расчетного сечения ребра:
см2.
Момент инерции:
см4,
где см.
Радиус инерции сечения ребра см.
Гибкость ребра .
Условная гибкость
Коэффициент продольного изгиба по формуле п.5.3. СНиП II – 23 – 81* при :
Проверка опорного ребра на устойчивость:
МПа < МПа.
Проверка удовлетворяется.
Расчет катета сварных швов крепления ребра к стенке балки (полуавтоматическая сварка)
м,
где ( МПа – получено при расчете поясных швов балки.
При толщине более толстого из свариваемых элементов (толщина стенки t=18 мм) по табл. 38 СНиП II – 23 – 81* принимаем катет шва kf= 6 мм.
2.1.12. Расчет болтового соединения в месте примыкания вспомогательной балки к главной
Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется в пониженном уровне.
При шести грузах в пролете опорная реакция вспомогательной балки равна
Кн.
Принимаем болты нормальной точности (класс точности В), класс по прочности 4.6, диаметром 20 мм. По табл. 58 СНиП II – 23 – 81* определяем расчетное сопротивление срезу болтов для класса по прочности 4.6: Rbs=150 МПа.
Расчетные усилия, которые может выдержать один болт:
а) на срез
где - коэффициент условия работы соединения, определяемый по табл. 35 СНиП II – 23 – 81*; nS=1 – число срезов болта;
см2 – расчетная площадь сечения болта.
б) на смятие
кН,
где Rbp =450 МПа – расчетное сопротивление на смятие для стали при Run=370 МПа по табл. 59 СНиП II – 23 – 81*; мм – толщина ребра жесткости.
Сравнивая результаты расчетов по пунктам а и б, выбираем меньшее: Nb,min=42,39 кН. Требуемое количество болтов в соединении:
шт.
Принимаем 6 болтов диаметром 20 мм, диаметр отверстия d=22 мм. Размещая болты, назначаем расстояния вдоль и поперек усилия (опорной реакции вспомогательной балки RA): от центра болта до края элемента вдоль усилия а=60,5 мм; между центрами болтов вдоль усилия b=75 мм, от центров болтов до торца балки (поперек усилия) а1=40 мм, что соответствует требованиям табл.39 СНиП II – 23 – 81* по а: (аmin=2d=44 мм, аmax=8t=64 мм); по b: (bmin=2,5d=55 мм, bmax=24t=192 мм); по а1: а11,5d=мм.
Проверка касательных напряжений в стенке вспомогательной балки с учетом ослабления отверстиями диаметром d=22 мм под болты, а также с учетом ослабления сечения балки из-за вырезки полки в стыке по формуле 29 СНиП II – 23 – 81*:
где QMAX=RA=232,158 кН – перерезывающая сила, см – высота стенки балки, - коэффициент ослабления сечения стенки, b=75 мм – шаг отверстий, d= 22 мм – диаметр отверстий. Проверка стенки вспомогательной балки на срез выполняется.
Расход стали на перекрытие (масса настила и балок, включая главную):
кг/м2,
где m=88,692 кг/м2 – расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки (по данным вариантного проектирования); gr=4,119 кН/м – вес погонного метра главной балки; LB=6,5 м – пролет вспомогательной балки.
3. Проектирование колонны сплошного сечения
3.1. Расчетная длина колонны и сбор нагрузки
Отметка низа главной балки НГБ=ОВН-hСТР=8,50-1,64=6,86 м. Заглубление фундамента принимается в интервале hФ=0,6…0,8 м. Принимаем hФ=0,6 м.
Геометрическая длина колонны:
L=НГБ+hФ=6,86+0,6=7,46 м.
При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Соединение с фундаментом легких колонн в расчете также принимается шарнирным. Поэтому расчетная длина колонны определяется при
м.
Грузовая площадь м2.
Таблица 3.1 – Сбор нагрузки на колонну
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка, кН/м2
Расчетная нагрузка, кН/м2
1
Временная нагрузка
2164,5
1,2
2597,4
2
Собственный вес настила и балок
180,841
1,05
189,883
Итого q=g+P
2345,341
2787,283
3.2. Подбор сечения колонны
Выполняется расчет относительно оси Y, пересекающей полки. Гибкостью колонны предварительно задаются при нагрузке 1500…2500 кН в интервале =100…70; при нагрузке 2500…4000 кН гибкость принимают равной =70…50. Для расчета при нагрузке 2787,283 кН принимаем и по табл.72 СНиП II – 23 – 81* находим
Требуемая площадь сечения колонны:
Требуемые радиус инерции и ширина полки: используя соотношение находим ширину полки: см. Ширину полки назначаем в соответствии с сортаментом универсальной стали, равной 530 мм. Высоту стенки hW назначаем так, чтобы выполнялось условие hbf, hW=530 мм. Назначив толщину tW=8 мм, получаем площадь сечения стенки: АW=42,4 см2. Свес полки:
мм.
Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:
см. Принимаем tf=10 мм.
Геометрические характеристики сечения.
Площадь сечения:
см4.
Радиус инерции:
см.
Гибкость:
Приведенная гибкость:
Вычисляем коэффициент продольного изгиба при :
Включаем в нагрузку вес колонны:
где - удельный вес стали; - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер и сварных швов.
Полная расчетная нагрузка:
(P+G)+Gk=2787,283+9,846=2797,129 кН.
Проверка колонны на устойчивость:
Недонапряжение составляет 3,76 %, что менее 5 %, следовательно требования п.1.9. СНиП II – 23 – 81* соблюдены.
Проверка предельной гибкости.
Предельная гибкость
где
При проверка проходит.
Так как для двутаврового сечения при радиус инерции и коэффициент , проверку устойчивости относительно оси х-х не выполняем.
3.3. Проверка устойчивости полки и стенки колонны
Отношение свеса полки к ее толщине
Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки определяется по формуле из табл. 29 СНиП II – 23 – 81*.
Так как ,
то устойчивость полок не обеспечивается. Необходимо рассчитать сечение колонны с измененными размерами.
Ширину полки назначаем в соответствии с сортаментом универсальной стали, равной 420 мм. Высоту стенки hW назначаем так, чтобы выполнялось условие hbf, hW=420 мм. Назначив толщину tW=10 мм, получаем площадь сечения стенки: АW=42 см2. Свес полки:
см. Принимаем tf=14 мм.
(P+G)+Gk=2787,283+10,589=2797,872 кН.
Недонапряжение составляет 1,96 %, что менее 5 %, следовательно требования п.1.9. СНиП II – 23 – 81* соблюдены.
Проверка устойчивости полки и стенки колонны
Так как , устойчивость полок обеспечивается. Проверяем устойчивость стенки по условию
Вычисляем .
Здесь но не более 2.3, в соответствии с табл. 27 СНиП II – 23 – 81*;
Так как устойчивость стенки колонны обеспечена.
В соответствии с п.7.21 СНиП II – 23 –81* при поперечные ребра жесткости по расчету устанавливать не требуется. Принимаем по конструктивным соображениям на отправочном элементе два парных ребра. Назначаем размеры парных ребер: ширина принимаем bP=60 мм, толщина мм; принимаем tP= 6 мм.
В центрально-сжатых колоннах сплошного сечения сдвигающие усилия между стенкой и полкой незначительны. Поэтому сварные швы, соединяющие полки со стенкой, назначают конструктивно толщиной kf=6…8 мм. Принимаем катет сварного шва равным kf=6 мм.
3.4. Расчет базы колонны
База колонны, состоящая из опорной плиты и траверс, крепится к фундаменту анкерными болтами.
Размеры плиты базы:
Ширина плиты В назначается по конструктивным соображениям:
Здесь t=10 мм толщина траверсы, C=50 мм – свесы плиты.
Длина плиты, минимальная по конструктивным соображениям, равна:
мм. Учитывая стандартные размеры листов, назначаем LПЛ MIN=560 мм.
Проверяем достаточность размеров плиты в плане расчетом из условия смятия бетона под плитой. Назначаем класс бетона фундамента В 12.5. Расчетное сопротивление бетона смятию при коэффициенте условия работы
Требуемая длина плиты по расчету:
Принимаем по сортаменту универсальной стали LПЛ=650 мм, так как LПЛ ТР > LПЛ MIN.
Получаем размеры плиты базы в плане LПЛ х BПЛ=650 х 540 мм с площадью AПЛ=0,35 м2.
Далее в зависимости от размеров в плане верхнего обреза фундамента уточняется сопротивление бетона смятию и проверяются напряжения под плитой. Назначаем размеры верхнего обреза фундамента:
BФ=ВПЛ+20 см=54+20=74 см;
LФ=L+20 см=65+20=85 см.
Площадь AФ=
Уточняется коэффициент
Уточняется сопротивление бетона смятию:
МПа.
Проверяем бетон на смятие под плитой базы:
Расчет толщины плиты базы.
Толщина плиты назначается в пределах Расчет толщины плиты базы производится из условия прочности плиты при изгибе на действие реактивного давления фундамента.
Выделяются участки плиты с характерными схемами закрепления сторон и их соотношением. Максимальные изгибающие моменты на этих участках при единичной ширине плиты определяются по формуле:
в этой формуле:
1) для участка I =0,5; b – вылет консоли;
2) для участка II коэффициент в зависимости от отношения стороны а к свободной стороне b;
3) Для участка III коэффициент определяется в зависимости от отношения большей стороны к меньшей, где b – длина меньшей стороны.
Изгибающие моменты в плите на участках.
На первом участке:
На втором участке вычисляем отношение сторон
где а=0,5(L-h)=0,5(0,65-0,448)=0,101 м; b=bf=0,42 м.
Так как , расчет выполняем как консоли:
На третьем участке
где =0,125 при По наибольшему моменту на участках MMAX=41,5 кНм из условия прочности плиты на изгиб определяется требуемая толщина плиты:
м (30,04 мм), где согласно табл.6 СНиП II – 23 –81*. По сортаменту принимается плита толщиной 32 мм.
Расчет траверсы.
Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. При четырех швах с высотой катета kf=10 мм:
.
Здесь прочность по металлу шва МПа, по металлу границы сплавления МПа, где МПа. Нормативное сопротивление Run=370 МПа определено по табл. 51 СНиП II – 23 – 81*. В соответствии с требованием п.12.8. СНиП II – 23 – 81* расчетная длина флангового шва должна быть не более , в расчете LW=0,45 м. По сортаменту универсальной стали принимается высота листа траверсы hTP=630 мм.
Расчет катета сварного шва крепления траверсы к плите.
При вычислении суммарной длины швов учитывается непровар по 1 см на каждый шов:
Требуемый катет шва по расчету:
В соответствие с табл. 38 СНиП II – 23 – 81* при толщине плиты 32 мм минимальный катет шва равен kf min=8 мм. Принимаем kf=13,5 мм.
Приварку торца стержня колонны к опорной плите базы выполняем конструктивными швами kf=8 мм.
Крепление базы к фундаменту.
При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты диаметром d = 20…30 мм для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процесс монтажа. Принимаем два анкерных болта диаметром d=20 мм. Болты устанавливаются в плоскости главных балок с креплением к плите базы, что обеспечивает за счет гибкости плиты шарнирное сопряжение колонны с фундаментом.
3.5. Расчет оголовка колонны
Оголовок колонны состоит из опорной плиты и подкрепляющих ребер. Опорная плита передает давление от двух главных балок на ребра оголовка и фиксирует проектное положение балок при помощи монтажных болтов. Определяем размеры ребер, задавшись толщиной плиты:
tПЛ= 25 мм (tПЛ=20…25 мм). Требуемая толщина парных ребер из условия работы на смятие:
где N - удвоенная опорная реакция главной балки; - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности; bОП=0,28 м – ширина опорного ребра балки.
Принимаем толщину ребра tr=25 мм. Ширина ребра должна быть не менее мм. Принимаем ширину парных ребер равными bh=160 мм вверху и 130 мм внизу.
Высота вертикальных ребер определяется из условия размещения четырех фланговых швов длиной не менее:
Здесь катет шва не может быть более где tW – толщина стенки колонны. Длина сварного шва не должна быть более
Принимаем катет kf=12 мм и высоту ребра hr=0,48м.
Так как стенка колонны тоньше примыкающих ребер (tw=10 мм< tr=25 мм), стенку проверяем на срез:
Вывод: Стенка колонны толщиной 10 мм на срез не проходит. Поэтому в пределах высоты оголовка на сварных швах встык выполняется вставка большей толщины. Требуемая толщина стенки из условия среза:
Принимаем вставку толщиной tW=16 мм.
Торец колонны фрезеруется, и поэтому толщина швов, соединяющих опорную плиту со стержнем колонны и ребрами, назначается конструктивно, равной kf=8 мм. С целью укрепления стенки колонны и вертикальных ребер от возможной потери устойчивости снизу вертикальные ребра обрамляются горизонтальными ребрами толщиной tp=8 мм.
Исходные данные для проверки расчета колонны сплошного сечения на ЭВМ
Вводимые параметры
Величина
1. Шифр задания
678
2. Заглубление обреза фундамента hФ
600 мм
3. Высота стенки сечения колонны hW
420 мм
4. Толщина стенки сечения колонны tW
10 мм
5. Ширина полки сечения колонны bf
6. Толщина полки сечения колонны tf
14 мм
7. Строительная высота перекрытия hCTP
1640 мм
8. Расход стали на перекрытие mn
153,30кг/м2
1. СНиП II – 23 – 81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991. – 96 с.
2. СНиП 2.01.07 – 85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1996 – 44 с.
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под общей ред. Е. И. Беленя. – 6 – е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 560 с.
4. СНиП 2.03.01 – 84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. М.: ЦПП, 1996. – 76 с.
5. ГОСТ 2.105 – 95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам: Введ. 01.07.96. – М.: 1995. – 38 с.
6. Танаев В.А. Проектирование стальной балочной клетки: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000 – 71 с.: ил.
Страницы: 1, 2, 3, 4
