Проектирование стальной балочной клетки (стр. 5 )

Гибкостью колонны предварительно задаются при нагрузке при нагрузке

Для расчета при нагрузке 2280 кН принимаем и по [1, табл. 72] находим Требуемая площадь сечения одной ветви колонны:

Требуемый радиус инерции сечения

Далее, зная и , по сортаменту швеллеров или двутавров рекомендуется подбирать профиль так, чтобы одна из величин ( или ) была бы принята с избытком, другая – с недостатком. Принимаем по ГОСТ 8240-72 швеллер № 40 (

Гибкость колонны

Условная гибкость

Вычисляется коэффициент продольного изгиба по [1, п. 5.3] при :

Определяем вес колонны

где – конструктивный коэффициент, учитывающий вес планок, диафрагм, траверс и сварных швов.

Полная расчетная нагрузка

Проверка колонны на устойчивость относительно материальной оси X:

Недонапряжение составляет 8,8 %.

2.4.3. Расчет колонны относительно свободной оси Y

Устойчивость колонны относительно свободной оси зависит от расстояния между ветвями, которое в расчете определяется исходя из равноустойчивости колонны относительно свободной и материальной осей.

Требуемая гибкость

где – гибкость ветви. Принимается в пределах

Требуемый радиус инерции

Расстояние между центрами тяжести ветвей (рис. 26)

Расстояние по наружным граням сечения:

(для колонн из двутавров при ).

Из условия возможности окраски ветвей колонны изнутри:

(для колонн из двутавров ).

Принимаем bk = 400 мм.

Тогда расстояние между центрами тяжести ветвей

Назначается ширина планки:

Принимаем (рис. 27).

Толщина планки

Рис. 27. Боковой вид колонны:

1 – ветви колонны; 2 – планка

Принимаем . Расстояние между планками Принимаем .

Расстояние между центрами планок

Момент инерции сечения планки

Проверка выполнения требования необходимой жесткости планок:

проверка выполняется.

Геометрические характеристики сечения:

· момент инерции сечения колонны относительно свободной оси

· радиус инерции сечения

· гибкость

· приведенная гибкость

где Проверка:

Условная приведенная гибкость

Вычисляется коэффициент продольного изгиба по [1, п. 5.3] при

Проверка колонны на устойчивость относительно свободной оси Y:

Проверка выполняется. Недонапряжение составляет 9 %.

2.4.4. Проверка устойчивости ветви относительно оси Yв

Условная приведенная гибкость ветви

Коэффициент продольного изгиба по [1, п. 5.3]:

Проверка напряжений в ветви:

Проверка выполняется.

2.4.5. Расчет планок

Планки рассчитываются на условную поперечную силу по [1, формула (23)]:

Перерезывающая сила в планке

Изгибающий момент в планке

Нормальные, касательные и приведенные напряжения в сварных швах, соединяющих планки с ветвями колонны:

· нормальные напряжения

.

Здесь – момент сопротивления углового шва при катете В расчете принята ручная сварка с электродами типа Э 42. Расчетная длина шва принята равной ширине планки так как начало и конец шва вынесены не менее чем на 20 мм за пределы ширины планки (см. рис. 27);

· касательные напряжения

· приведенные напряжения

Так как условие прочности сварных швов, соединяющих планки с ветвями колонны, удовлетворяется, прочность сечения планки не проверяется.

Для предотвращения закручивания сечения колонны ветви колонн соединяют поперечными диафрагмами, которые устанавливают через
3 – 4 м по высоте колонны (см. рис. 25).

2.4.6. Расчет базы колонны

База колонны, состоящая из опорной плиты и траверс, крепится к фундаменту анкерными болтами (рис. 28).

Размеры плиты базы. Ширина плиты В назначается по конструктивным соображениям: (принимать кратно 10 мм). Здесь – высота швеллера; – толщина траверсы; – свесы плиты. Один из размеров ( или ) следует принимать в соответствии с сортаментом листов универсальной стали.

Рекомендуется ширину принимать кратно 10 мм, а длину – по стандартным размерам листов. Длина плиты, минимальная по конструктивным соображениям

.

Принимаем по сортаменту

Рис. 28. База колонны сквозного сечения: 1 – ветви колонны;
2 – траверса; 3 – плита; 4 – фундамент; 5 – анкерный болт

Проверяем достаточность размеров плиты в плане расчетом из условия смятия бетона под плитой. Назначаем класс бетона фундамента В12,5. Расчетное сопротивление бетона смятию при коэффициенте условия работы [5].

Требуемая длина плиты по расчету:

Принимаем по сортаменту универсальной стали так как Получаем размеры плиты базы в плане мм 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. Как правило, толщина плиты назначается в пределах мм.

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 (см. рис. 23 и 28). Максимальные изгибающие моменты на этих участках при единичной ширине плиты определяются по формуле

где 1) для участка I –  – вылет консоли;

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: где

согласно [1, табл. 6]. По сортаменту принимается плита толщиной 40 мм.

Расчет траверсы. Нагрузка со стержня колонны передается на траверсы через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы. При четырех швах c 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 40 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 анкерные болты диаметром необходимы 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. 28).

2.4.7. Расчет оголовка колонны

Оголовок колонны состоит из опорной плиты и подкрепляющих ребер (рис. 29). 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 Толщина и ширина парных ребер из условия работы на смятие:

1)  толщина ребра

где N – удвоенная опорная реакция главной балки; 370/1,025 = 361 МПа – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности [1, табл. 1, 2, 51]; м – ширина опорного ребра балки. Принимаем толщину ребра

2)  ширина ребра должна быть не менее

Принимаем ширину парных ребер равной вверху и внизу Высота вертикальных ребер

определяется из условия размещения четырех фланговых швов длиной не менее

где катет шва не может быть более
– тол­щина стенки швеллера. Длина сварного шва не должна быть более Принимаем катет и высоту ребра равной ширине листа по сортаменту

Толщина вертикального ребра, соединяющего ветви колонны, определяется расчетом на срез:

Принимаем

Так как стенки швеллеров тоньше вертикального ребра (), стенки проверяем на срез:

Вывод: для стенок швеллеров толщиной 8 мм условие на срез выполняется.

Торцы ветвей фрезеруем и подгоняем к опорной плите. Поэтому толщину швов, соединяющих плиту с ребрами и с ветвями колонны назначаем конструктивно [1, табл. 38].

Снизу вертикальные ребра с целью предотвращения возможной потери устойчивости стенок стержня колонны обрамляются горизонтальным ребром толщиной 8 мм.

Для проверки результатов расчета колонны с базой на ЭВМ составляются исходные данные (табл. 10).

Таблица 10

Исходные данные для проверки расчета колонны

сквозного сечения на ЭВМ

В случае, если проверка на ЭВМ не выполняется, студент должен повторить проектирование колонны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В учебном пособии рассмотрено проектирование основных элементов стальной балочной клетки: стального настила в составе вариантов нормального и усложнённого типа балочной клетки, прокатных вспомогательной балки и балки настила, главной составной сварной балки, центрально-сжатых колонн сплошного и сквозного сечений с базами и оголовками.

Не были рассмотрены балки с перфорированной стенкой, бистальные и тонкостенные балки, балки с гофрированной стенкой, а также предварительно напряжённые балки.

Освоив методику проектирования обычных наиболее распространённых конструкций, по мнению автора, студент может самостоятельно, с помощью специальной литературы понять и освоить проектирование более сложных конструкций.

Что касается проектирования внецентренно-сжатых колонн с базами и стропильных ферм, с методикой их расчёта студенты ознакомятся во второй части курса при выполнении проекта промышленного здания по соответствующему учебному пособию.

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1П

Предельный относительный прогиб

Пролет L	£ 1 м	3 м	6 м	24 м
1/n0	1/120	1/150	1/200	1/250

Таблица 2П

Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении,
сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального
и фасонного проката по ГОСТ для стальных
конструкций зданий и сооружений

Класс стали	Толщина проката, мм	Нормативное сопротивление, МПа, проката	Расчетное сопротивление, МПа, проката
листового	фасонного	листового	фасонного
Ryn	Run	Ryn	Run	Ry	Ru	Ry	Ru
С235	От 2 до 20 Св. 20 – 40 Св. 40 – 100	235 225 215	360 360 360	235 225 –	360 360 –	230 220 210	350 350 350	230 220 –	350 350 –
С245	От 2 до 20 Св. 20 – 30	245 –	370 –	245 235	370 370	240 –	360 –	240 230	360 360
С255	от 2 до 3,9 От 4 до 10 Св. 10 – 20 Св. 20 – 40	255 245 245 235	380 380 370 370	– 255 245 235	– 380 370 370	250 240 240 230	370 370 360 360	– 250 240 230	– 370 360 360
С275	От 2 до 10 Св.10 – 20	275 265	380 370	275 275	390 380	270 260	370 360	270 270	380 370
С285	От 2 до 3,9 От 4 до 10 Св.10 – 20	285 275 265	390 390 380	– 285 275	– 400 390	280 270 260	380 380 370	– 280 270	– 390380
С345	От 2 до 10 Св. 10 – 20 Св. 20 – 40	345 325 305	490 470 460	345 325 305	490 470 460	335 315 300	480 460 450	335 315 300	480 460450
С375	От 2 до 10 Св. 10 – 20 Св. 20 – 40	375 355 335	510 490 480	375 355 335	510 490 480	365 345 325	500 480 470	365 345 325	500 480 470

Продолжение приложения

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