Проектирование стальной балочной клетки (стр. 4 )

Рис. 20. Конструкция и расчетная схема колонны:

1 – база; 2 – стержень; 3 – оголовок

Расход стали на перекрытие (масса настила и балок, включая главную):

где – расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки (по данным вариантного проектирования); – вес погонного метра главной балки; м – пролет вспомогательной балки.

2.3. Проектирование колонны сплошного сечения

2.3.1. Расчетная длина колонны и сбор нагрузки

Отметка низа главной балки (рис. 20). Заглубление фундамента принимается в интервале Принимаем

Геометрическая длина колонны

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

.

Грузовая площадь

Сбор нагрузки на колонну представлен в табл. 7.

Таблица 7

Сбор нагрузки на колонну, кН

2.3.2.  Подбор сечения колонны

Выполняется расчет относительно оси Y, пересекающей полки
(рис. 21).

Гибкостью колонны предварительно задаются при нагрузке 1500...2500 кН в интервале ; при нагрузке 2500.....4000 кН гибкость принимаем Для расчета при нагрузке 2280 кН принимаем и по [1, табл. 72] находим

Требуемая площадь сечения колонны

Требуемые радиус инерции и ширина полки: используя соотношение находим ширину полки Ширину полки назначаем в соответствии с сортаментом универсальной стали 340 мм. Высоту стенки назначаем так, чтобы выполнялось условие Назначив толщину получаем площадь сечения стенки . Свес полки

Далее необходимо определить предельное значение из условия возможности применения автоматической или полуавтоматической сварки. Проверку выполняем по графику (см. рисунок приложения). При высоте стенки по графику находим предельную величину свеса

Так как условие технологичности сварки выполняется.

Требуемые площадь сечения полки и ее толщина:

Принимаем (рис. 21).

Геометрические характеристики сечения. Площадь сечения

Момент инерции

Радиус инерции

Гибкость приведенная гибкость

По [1, п. 5.3] 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

Проверка колонны на устойчивость

Недонапряжение составляет 3,2 %, что менее 5 %, следовательно требования [1, п. 1.9] соблюдены.

Проверка предельной гибкости:

где

При проверка гибкости выполняется. Так как для двутаврового сечения при радиус инерции и коэффициент , проверку устойчивости относительно оси не выполняем.

2.3.3. Проверки местной устойчивости полки и стенки колонны

Отношение свеса полки к ее толщине

Наибольшее отношение при условии выполнения устойчивости полки определяется по формуле [1, табл. 29].

Так как

устойчивость полок обеспечивается.

Проверяем местную устойчивость стенки по условию

Вычисляем:

Здесь , но не более 2,3 в соответствии с [1, табл. 27];

Так как устойчивость стенки колонны обеспечена.

В соответствии с [1, п. 7.21] 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 толщина принимаем

В центрально-сжатых колоннах сплошного сечения сдвигающие усилия между стенкой и полкой незначительны. Поэтому сварные швы, соединяющие полки со стенкой, назначают конструктивно толщиной Принимаем катет сварного шва

2.3.4. Расчет базы колонны

База колонны, состоящая из опорной плиты и двух траверс, крепится к фундаменту анкерными болтами (рис. 22).

Рис. 22. База колонны сплошного сечения: 1 – стержень;

2 – траверса; 3 – плита; 4 – фундамент; 5 – анкерный болт

Размеры плиты базы. Ширина плиты в назначается по конструктивным соображениям: (принимать кратно 10 мм). Здесь толщина траверсы, – свесы плиты. Один из размеров ( или ) должен соответствовать ширине листа универсальной стали. Рекомендуется ширину принимать кратную 10 мм, а длину – по стандартным размерам листов. Принимаем

Длина плиты, минимальная по конструктивным соображениям

Учитывая стандартные размеры листов, назначаем

Проверяем достаточность размеров плиты в плане расчетом из условия смятия бетона под плитой. Назначаем класс бетона фундамента .

Расчетное сопротивление бетона смятию при коэффициенте условия работы

Требуемая длина плиты по расчету:

Принимаем по сортаменту универсальной стали так как Получаем размеры плиты базы в плане с площадью

Далее, в зависимости от размеров в плане верхнего обреза фундамента уточняется сопротивление бетона смятию и проверяются напряжения под плитой. Назначаем размеры верхнего обреза фундамента:

Площадь

Уточняется коэффициент

Уточняется сопротивление бетона смятию:

Проверяем бетон на смятие под плитой базы:

Проверка выполняется.

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.

1) 

2) для участка II коэффициент определяется по табл. 6П приложения в зависимости от отношения стороны к свободной стороне ;

3) для участка III определяется по табл. 7П приложения в зависимости от отношения большей стороны к меньшей, где – длина меньшей стороны.

Изгибающие моменты в плите на участках:

· на первом участке

· на втором участке вычисляем отношение сторон где Так как расчет выполняем как консоли:

· на третьем участке

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

(34 мм), где согласно [6, табл. 6]. По сортаменту принимается плита толщиной 36 мм, согласно [1, табл. 6].

Расчет траверсы. Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. При четырех швах с высотой катета

Здесь прочность по металлу шва

по металлу границы сплавления

где . Нормативное сопротивление определено по [1, табл. 51]. В соответствии с требованием [1, п. 12.8] расчетная длина флангового шва должна быть не более в расчете . По сортаменту универсальной стали принимается высота листа траверсы

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

Требуемый катет шва по расчету:

В соответствии с [1, табл. 38] при толщине плиты 36 мм минимальный катет шва равен 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 диаметром для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Принимаем два анкерных болта диаметром Болты устанавливаются в плоскости главных балок с креплением к плите базы, что обеспечивает за счет гибкости плиты шарнирное сопряжение колонны с фундаментом (см. рис. 22).

2.3.5. Расчет оголовка колонны

Оголовок колонны состоит из опорной плиты и подкрепляющих ребер (рис. 24). 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 Требуемая толщина парных ребер из условия работы на смятие:

где N – удвоенная опорная реакция главной балки;

– расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности [1, табл. 1, 2, 51]; – ширина опорного ребра балки. Принимаем толщину ребра Ширина ребра должна быть не менее

Принимаем ширину парных ребер вверху и 120 мм внизу.

Высота вертикальных ребер определяется из условия размещения четырех фланговых швов длиной не менее

Здесь катет шва не может быть более где – толщина стенки колонны. Длина сварного шва не должна быть более Принимаем катет и высоту ребра

Так как стенка колонны тоньше примыкающих ребер (), стенку проверяем на срез:

Вывод: проверка стенки колонны толщиной 8 мм на срез не выполняется. Поэтому в пределах высоты оголовка на сварных швах встык устанавливается вставка большей толщины. Требуемая толщина стенки из условия среза:

Принимаем вставку толщиной

Торец колонны фрезеруется, поэтому толщина швов, соединяющих опорную плиту со стержнем колонны и ребрами, назначается конструктивно мм [1, табл. 38]. С целью укрепления стенки колонны и вертикальных ребер от возможной потери устойчивости снизу вертикальные ребра обрамляются горизонтальными ребрами толщиной мм.

Для проверки результатов расчета колонны с базой на ЭВМ составляются исходные данные (табл. 8).

Таблица 8

Исходные данные для проверки расчета колонны
сплошного сечения на ЭВМ

№	Вводимые параметры	Величина
	Шифр задания	768
1	Заглубление обреза фундамента	600 мм
2	Высота стенки сечения колонны	360 мм
3	Толщина стенки сечения колонны	8 мм
4	Ширина полки сечения колонны	340 мм
5	Толщина полки сечения колонны	18 мм
6	Строительная высота перекрытия	1540 мм
7	Расход стали на перекрытие	138,72 кг/м2

2.4. Проектирование колонны сквозного сечения

2.4.1. Расчетная длина колонны и сбор нагрузки

Отметка низа главной балки (рис. 25).

Рис. 25. Конструкция и расчетная схема колонны:

1 – база; 2 – ветви; 3 – планки; 4 – оголовок; 5 – диафрагма

Заглубление фундамента принимается в интервале

Принимаем

Геометрическая высота колонны

Расчетная длина колонны

Грузовая площадь

Сбор нагрузки приведен в табл. 9.

Таблица 9

Сбор нагрузки на колонну

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН		Расчетная, кН
1	Временная	1782	1,2	2138,4
2	Вес настила и балок	134,72	1,05	141,46
	Итого	1916,7		2280

2.4.2. Подбор сечения колонны относительно материальной оси X

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8