2.1.10.
Проверка устойчивости стенки балки
Для обеспечения
устойчивости стенки вдоль пролета балки к стенке привариваются поперечные
двусторонние ребра жесткости.
Расстояние между
поперечными ребрами при условной гибкости стенки не должно превышать 2hW. Условная гибкость стенки
определяется по формуле .
Ширина ребра bh должна быть не менее а толщина ребра - .
В расчете
проверяется устойчивость участков стенки – пластинок, упруго защемленных в
поясах и ограниченных поперечными ребрами. Потеря их устойчивости может произойти
от совместного действия нормальных и касательных напряжений. Устойчивость
стенки балки проверять не требуется, если при выполнении формулы (33) СНиП II – 23 – 81* условная гибкость при отсутствии местного
напряжения.
Вычисляем
условную гибкость -
местная устойчивость стенки обеспечена. Конструктивно вдоль пролета балки к
стенке привариваются поперечные двусторонние ребра жесткости под
вспомогательными балками с шагом 3,7 м.
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:
см2.
см. Принимаем tf=10 мм.
Геометрические
характеристики сечения.
Площадь сечения:
см2.
Момент инерции:
см4.
Радиус инерции:
см.
Гибкость:
Приведенная
гибкость:
Вычисляем
коэффициент продольного изгиба при :
Включаем в
нагрузку вес колонны:
кН,
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:
мм.
Требуемые площадь
сечения полки и ее толщина:
см2.
см. Принимаем tf=14 мм.
Геометрические
характеристики сечения.
Площадь сечения:
см2.
Момент инерции:
см4.
Радиус инерции:
см.
Гибкость:
Приведенная
гибкость:
Вычисляем
коэффициент продольного изгиба при :
Включаем в
нагрузку вес колонны:
кН,
где - удельный вес стали; - конструктивный
коэффициент, учитывающий вес ребер и сварных швов.
Полная расчетная
нагрузка:
(P+G)+Gk=2787,283+10,589=2797,872 кН.
Проверка колонны
на устойчивость:
Недонапряжение
составляет 1,96 %, 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.
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 , 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:
мм.
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:
м.
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:
Проверка
удовлетворяется.
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:
м,
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
|
420 мм
|
6. Толщина полки
сечения колонны tf
|
14 мм
|
7. Строительная
высота перекрытия hCTP
|
1640 мм
|
8. Расход стали на
перекрытие mn
|
153,30кг/м2
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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
|