Расчёт и конструирование стальных балочных конструкций рабочей площадки производственного здания и центрально сжатых колонн

МПС РОССИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Факультет «Транспортные сооружения и здания»

Кафедра «Здания и сооружения на транспорте»

Специальность «Промышленное и гражданское строительство»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»

Тема: «Расчёт и конструирование стальных балочных конструкций рабочей площадки производственного здания и центрально сжатых колонн»

г. Смоленск

Оглавление Глава 1. Исходные данные для проектирования

1.1 Исходные данные

1.2 Компоновка балочной клетки

1.3 Схема рабочей площадки, схемы балочных клеток (рис. 1)

Глава 2. Проектирование площадки

2.1 Расчёт настила

2.2 Расчёт прокатных балок

2.2.1 Расчёт балочной клетки по 1 варианту

2.2.2 Расчёт усложнённой балочной клетки (2 вариант)

2.2.3 Расчёт вспомогательной балки для балочной клетки по 2 варианту

2.2.4 Выбор наиболее выгодного варианта балочной клетки

2.3 Расчёт главной балки

2.3.1 Определение нагрузки на главную балку, подбор её сечения с проверкой его по несущей способности и жёсткости

2.3.2 Расчёт сечения главной балки на участке 16 пролёта от опоры

2.3.3 Расчёт необходимости применения рёбер жёсткости

2.3.4 Расчёт поясных швов балки

2.3.5 Проверка опорной стойки балки на устойчивость относительно оси Z

2.3.6 Расчёт сопряжения вспомогательной балки с главной балкой

2.3.7 Расчёт и конструирование монтажного болтового стыка в сварной главной балке

2.4 Определение нагрузок на колонну и подбор сечения стержня сквозной колонны

2.5 Расчёт базы колонны с траверсами Глава 3. Приложения к расчёту Глава 4.

Литература

Рецензия

Глава 1. Исходные данные для проектирования

1.1 Исходные данные Таблица 1.

Предельный относительный прогиб настила f/l? 1/150

Электроды типа Э42, имеющие

Сталь настила — 235.

Пролёт настила :

Первый вариант — а = 1 м;

Второй вариант — а = 1,4 м.

— расчётное сопротивление срезу.

— расчетное сопротивление.

— расчётное сопротивление смятия торцевой поверхности

— расчётное сопротивление высокопрочного болта

1.2 Компоновка балочной клетки Рабочие площадки располагаются внутри производственного здания и служат для размещения на них стационарного и подвижного оборудования, складов материалов и т. п.

Систему несущих балок, образующих конструкцию рабочей площадки, называют балочной клеткой.

При проектировании следует два варианта балочной клетки. После статического и конструктивного расчётов настила и балок для двух вариантов производят технико — экономическое сравнение по расходу стали на 1 м² площади покрытия балочной клетки.

В качестве первого варианта можно рассматривать крепление настила непосредственно к балкам настила при расстоянии между ними а=80 — 160 см.

Во втором варианте стальной настил следует располагать по балкам настила при расстоянии между ними а=60 — 140 см, вспомогательные балки при этом нужно располагать с шагом b=2−5м. Ему должен быть кратен пролёт главной балки.

Данные сравнения вариантов следует свести в таблицу, из которой выбирают лучший вариант балочной клетки. При вычислении расхода стали на 1 м² площади балочной клетки необходимо вес 1 погонного метра балок настила и вспомогательных балок разделить на шаг соответствующих балок.

В качестве стального настила применяется сталь широкополосная (универсальная). Для балок и колонн применяют прокатные профили или они компонуются из листовой стали.

балка клетка колонна жесткость

Глава 2. Проектирование площадки

2.1 Расчёт настила Листы стального настила крепятся к верхним полкам балок настила или вспомогательных балок при помощи сварки.

Толщину настила определяют исходя из предельного прогиба. Поэтому настил рассчитывается по нормативным нагрузкам. Относительный прогиб для него не должен превышать 1/150.

Определим толщину стального настила t и толщину сварного шва k_f, прикрепляющего настил к балкам.

Находим отношение l/t по графику [2, рис. 7.7]. Для =1,6 Н/см² и f/l = 1/150 отношение l/t = 122 (l = а).

I вариант:

Тогда t = а/122 = 100/122 = 0,82 см.

Принимаем t = 1 см.

II вариант:

t = 140/122 = 1,1 см.

Принимаем t = 1,2 см.

Определим силу, растягивающую настил:

I вариант:

Где n=_fi = 1,2 — коэффициент перегрузки для действующей нагрузки,

Где µ = 0,3 — коэффициент Пуассона, коэффициент поперечной деформации.

Расчётная толщина сварного углового шва:

Где в_f = 1,1 — коэффициент принимаемый в зависимости от вида сварки, l_f = длина шва,

R_wf = 18 кН/см² — расчётное сопротивление шва.

Принимаем толщину шва 4 мм.

II вариант:

Принимаем толщину шва 4 мм.

2.2 Расчёт прокатных балок Расчёт балок настила и вспомогательных балок выполняется так же, как для однопролётных шарнирно опёртых с равномерно распределённой нагрузкой.

Шаг вспомогательных балок (при их расположении в одном уровне с главными балками) обычно увязывают с расстоянием между рёбрами жёсткости главной балки.

Подбор сечений балки из прокатных двутавровых профилей производят по расчётному моменту в середине пролёта. Поскольку для рассматриваемых балок соблюдены требования п. 5.18 СНиП II — 23 — 81*, сечения подбирают с учётом пластических деформаций.

Для прокатных двутавров пластический момент сопротивления при изгибе в плоскости стенки в первом приближении принимается W_пл = 1,1W, где W — момент сопротивления сечения балки. Значение С₁ уточняется после назначения номера проката (Прил. 1, табл. 6).

Расчёт балки настила или вспомогательной балки сводится к определению необходимого номера прокатного профиля и его проверке на прочность и жёсткость. Прогиб балки не должен превышать 1/250 пролёта.

Погонная нормативная нагрузка на балку настила или вспомогательную балку при отсутствии балок настила складывается из погонной полезной нормативной нагрузки и погонной нормативной нагрузки от собственного веса настила. Соответственно для усложнённой балочной клетки погонная нормативная нагрузка на вспомогательную балку включает, помимо перечисленных, нормативную нагрузку от собственного веса балок настила.

Расчётную погонную нагрузку определяют путём сложения расчётных погонных нагрузок от собственного веса настила, балок настила и полезной нагрузки.

2.2.1 Расчёт балочной клетки по 1 варианту Нормативная погонная нагрузка настила:

Нормативная погонная нагрузка на балку настила:

Расчётная погонная нагрузка на балку настила:

Расчётный изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учётом упругопластической работы (С₁=1,1):

Принимаем по ГОСТ 8239–89 двутавр № 33, для которого:

Проверим прогиб принятой балки настила с учётом собственного веса.

Нормативная погонная нагрузка:

Относительный прогиб:

Проверим прочность принятой балки с учётом собственного веса:

Расчётная погонная нагрузка:

Расчётный изгибающий момент:

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и жёсткости.

Определяем расход металла на 1 м² перекрытия:

Настил:

Балка настила:

Итого:

2.2.2 Расчёт усложнённой балочной клетки (2 вариант)

b = 3,6 м.

Нормативная погонная нагрузка настила:

Нормативная погонная нагрузка на балку настила:

Расчётная погонная нагрузка на балку настила:

Расчётный изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учётом упругопластической работы (С₁=1,1):

Принимаем по ГОСТ 8239–89 двутавр № 40, для которого:

Проверим прогиб принятой балки настила с учётом собственного веса.

Нормативная погонная нагрузка:

Относительный прогиб:

Проверим прочность принятой балки с учётом собственного веса:

Расчётная погонная нагрузка:

Расчётный изгибающий момент:

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и жёсткости.

2.2.3 Расчёт вспомогательной балки для балочной клетки по 2 варианту На вспомогательную балку нагрузка передаётся в виде сосредоточенных сил, каждая из которых равна удвоенной опорной реакции балки настила. Если число балок настила больше 5, нагрузку на вспомогательную балку от балок настила для упрощения расчёта считаем равномерно распределённой.

Нормативная погонная нагрузка на вспомогательную балку:

Расчётная погонная нагрузка на вспомогательную балку:

Расчётный изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учётом упругопластической работы (С₁=1,1):

Принимаем по ГОСТ 8239–89 двутавр № 55, для которого:

Проверим прогиб принятой балки настила с учётом собственного веса.

Нормативная погонная нагрузка:

Относительный прогиб:

Проверим прочность принятой балки с учётом собственного веса:

Расчётная погонная нагрузка:

Расчётный изгибающий момент:

Принятое сечение вспомогательной балки удовлетворяет условиям прочности и жёсткости.

Определяем расход металла на 1 м² перекрытия:

Настил:

Балка настила:

Вспомогательная балка:

Итого:

2.2.4 Выбор наиболее выгодного варианта балочной клети Сравнение вариантов произведём по таблице 2.

Таблица 2.

По расходу металла первый вариант выгоднее.

2.3 Расчёт главной балки Расчёт главной балки выполняют как свободно опёртой, несущей сосредоточенную нагрузку. При наличии на балке пяти и более сосредоточенных грузов расчёт её можно производить на равномерно распределённую нагрузку, эквивалентную по интенсивности сосредоточенным грузам.

Высоту балки определяют исходя из технических и экономических соображений. В первом приближении её можно принять равной 1/10 пролёта. Наиболее целесообразной является высота h_опт, при котором сечение балки получается наименьшим, что приводит к минимальному расходу металла. Вторым критерием является минимальная высота h_min, которая обеспечивает полное использование металла при прогибах, не превосходящих предельные. Относительный прогиб не должен быть больше 1/400 (0,0025)пролёта.

Во всех случаях высоту балки следует назначать близкой к оптимальной, но не меньше минимальной и не больше заданной строительной высоты с учётом толщины настила.

Толщина стенки балки назначается исходя из обеспечения её работы на срез.

Пояса в сварных балках принимаются из одинаковых листов универсальной стали по ГОСТ 19 903–74*. При определении размеров сечений поясов следует учитывать необходимость обеспечения их местной устойчивости, в связи с чем отношение свеса пояса к его толщине не должно превышать. В то же время пояса не следует делать слишком узкими и толстыми, так как толстый металл трудно обрабатывать. Для прикрепления его к стенке требуются сварные швы больших толщин, приводящие к значительным сварочным напряжениям. Толщина пояса с учётом высказанных замечаний назначается в пределах от одной до трёх толщин стенки. Ширину пояса следует принимать в пределах ½ — 1/5 (0,5 — 0,2) высоты балки из условий обеспечения её общей устойчивости. По конструктивным соображениям ширина полки не должна быть менее 180 см.

При назначении окончательных размеров элементов сечения главной балки высоту стенки необходимо принимать в соответствии с ГОСТ 19 903–74*, с тем чтобы не производить при изготовлении лишних операций по резке листа; толщину стенки — в соответствии с указанным ГОСТом, но не менее 8 мм, толщину листа пояса от 8 до 40 мм.

Местная устойчивость стенки составных балок обеспечивается одиночными или парными поперечными рёбрами жёсткости.

При проектировании балки рёбра жёсткости могут быть поставлены по конструктивным соображениям чаще, чем это требуется исходя из условия устойчивости стенки, а именно в месте примыкания каждой второстепенной балки. Тем самым достигается сопряжение балок с главной при их расположении в одном уровне. Установка ребра жёсткости в месте приложения сосредоточенного груза позволяет не учитывать при расчёте устойчивости стенки местные напряжения.

Общая устойчивость главной балки может не проверяться, если к её верхнему поясу крепится настил (балочная клетка в одном уровне).

Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, может быть уменьшено в местах с меньшими моментами.

Обычно в сварных балках принимают одно изменение сечения на расстоянии примерно 1/6 пролёта балки от опоры. В сварных балках распространено изменение ширины полки, а высота балки при этом сохраняется постоянной.

Уменьшенное сечение полки подбирают по моменту, действующему в месте изменения сечения. Ширина полки при этом должна отвечать условиям:

Стык различных сечений полки может быть прямым или косым. Прямой стык без применения физических методов контроля шва должен рассчитываться из условий прочности стыкового шва на растяжение.

В балках составного сечения необходимо также рассчитывать соединение поясов со стенкой и опорное ребро.

Длина главной балки превосходит заданную по условиям транспортировки монтажа максимальную длину отправочного элемента. Поэтому балка расчленяется на две отправочные марки.

Место расположения монтажного стыка определяется следующими соображениями:

ѕ Длина отправочной марки не должна превосходить заданной максимальной;

ѕ Расположение стыка посредине балки делит её на две одинаковые части, что удобно с технологической точки зрения, однако при этом сечение ослабляется многочисленными отверстиями под болты в месте наибольшего изгибающего момента. В этом случае необходима проверка прочности сечения;

ѕ Стык должен размещаться в широкой части балки;

ѕ Для удобства размещения конструктивных элементов стыка он должен располагаться на расстоянии не менее 0,5 м от рёбер жёсткости и иных примыканий.

Расчёт стыка поясов и стенки производится раздельно.

При расчёте считается, что стенка воспринимает поперечную силу, а изгибающий момент распределяется между стенкой и поясами пропорционально их моментам инерции.

Расчёт стыков на высокопрочных болтах или повышенной точности, несмотря на принципиальные различия в характере работы, отличается лишь определением несущей способности болта.

Сопряжение в одном уровне выполняется с помощью болтового соединения на двух или трёх болтах.

Количество и диаметр болтов определяется расчётом.

2.3.1 Определение нагрузки на главную балку, подбор её сечения с проверкой его по несущей способности и жёсткости Расчёт производим на равномерно распределённую нагрузку, эквивалентную по интенсивности сосредоточенным грузам.

Нормативная погонная нагрузка на главную балку:

Расчётная погонная нагрузка на балку настила:

Расчётный изгибающий момент:

Расчётная поперечная сила:

Находим требуемый момент сопротивления сечения балки первоначально принимая С₁ = С =1,1(с учётом упругопластических деформаций):

Сечение балки принимаем в виде сварного двутавра. Определим высоту сечения балки.

Минимальная высота балки:

Оптимальная высота:

Толщину стенки находим, задавшись, по приближённой формуле:

Принимаем .

Обращаясь к сортаменту сталей (ГОСТ 19 903−74*), принимаем высоту стенки балки h=160см. С учётом толщины полки балки, которую в первом приближении принимаем равной 2,5 см, назначим высоту балки h=165см и сопряжение балок в одном уровне.

Из условия работы на срез толщину стенки определим по формуле:

Чтобы не принимать продольных рёбер:

.

Сравнивая полученные толщины стенки, принимаем t_w = 18 мм конструктивно, т. к. она отвечает условию прочности на действие перерезывающей силы и не требует укрепления стенки продольными рёбрами жёсткости.

Размеры горизонтальных поясных листов определим исходя из необходимой несущей способности балки.

Требуемый момент инерции сечения балки:

Требуемый момент инерции балки, принимая толщину поясов 2,5см:

Момент инерции поясных листов:

Требуемая площадь сечения поясов балки:

Моментом инерции поясов относительно их собственной ос пренебрегаем.

Принимаем по ГОСТ 19 903–74* пояса из универсальной стали 450×25мм, для которой отношение находится в пределах 0,2 — 0,5, обеспечивающих общую устойчивость.

Вес погонного метра балки:

Уточним нагрузки с учётом собственного веса балки.

Расчётная погонная нагрузка:

Уточним ранее принятый коэффициент учёта пластической работы С₁:

По таблице 6 получим С₁=1,15.

Проверяем принятую ширину (свес) поясов исходя из их местной устойчивости:

Проверяем подобранное сечение по прочности. Момент инерции и момент сопротивления подобранного сечения балки:

Наибольшее нормальное напряжение в балке:

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и имеет недонапряжение 8,4%.

2.3.2 Расчёт сечения главной балки на участке 1/6 пролёта от опоры В целях экономии стали изменим сечение полки на участке от опоры до 1/6 пролёта.

Расчётный изгибающий момент в сечениях х=L/6=18/6=3м.

Требуемый момент сопротивления:

Так как

Момент инерции полок:

Требуемая площадь поясных горизонтальных листов:

где h₀ — расстояние между центрами тяжести полок.

Принимаем полку из листа 250×25мм, что удовлетворяет условиям:

Проверим принятое сечение на прочность.

Момент инерции принятого сечения:

Момент сопротивления:

Нормальное напряжение в месте изменения сечения балки:

Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:

где статический момент полусечения балки:

Проверим совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в месте изменения сечения балки:

Прочность балки обеспечена.

Общую устойчивость не проверяем, так как сжатый пояс балки раскреплён жёстким настилом.

Проверим местную устойчивость стенки.

2.3.3 Расчёт необходимости применения рёбер жёсткости Определим необходимость постановки рёбер жёсткости:

Вертикальные парные рёбра жёсткости не нужны, но примем их конструктивно, так как к ним крепятся балки настила.

Принимаем расстановку вертикальных парных рёбер жёсткости в местах закрепления балок настила, т. е. с шагом 100 см.

Поскольку, проверку устойчивости стенки производить не нужно.

2.3.4 Расчёт поясных швов балки Рассчитываем поясные швы сварной балки. Швы выполняем двухсторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св — 08А.

Определяем толщину шва в сечении у опоры.

По табл. 5.1 определяем для металла сварного шва, а по приложению 4[2] для металла по границе сплавления.

По табл. 5.3[2] определяем и

Определяем опасное сечение шва:

Опасным сечением оказалась граница сплавления.

Принимаем по табл. 5.4[2] минимально допустимый при толщине пояса шов, что больше получившегося по расчёту .

Назначаем размеры промежуточных поперечных рёбер жёсткости.

Ширина ребра .

Принимаем .

Толщина ребра .

Принимаем .

Производим расчёт опорных рёбер жёсткости. Требуемую площадь опорного ребра находим по смятию торца.

.

Принимаем толщину ребра t_p=1,8 см, тогда Окончательно принимаем сечение ребра 240×18мм.

Сечение удовлетворяет условию:

т. е. местная устойчивость обеспечена.

2.3.5 Проверка опорной стойки балки на устойчивость относительно оси Z

Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z.

Ширина участка стенки, включённой в работу опорной стойки,

По табл. 5[1]

Устойчивость опорного ребра обеспечена

2.3.6 Расчёт сопряжения вспомогательной балки с главной балкой В случае этажного сопряжения балок расчёт не производят. Расчёт сопряжения балок в одном уровне сводится к определению количества или диаметра болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу с помощью поперечного ребра жёсткости.

Расчётной силой является опорная реакция балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.

Расчётная погонная нагрузка составила 21,06кН/м. при пролёте балки настила l = 7 м Целесообразно для сопряжения балок принимать 2 или 3 болта. Возьмём 3 болта нормальной точности по ГОСТ 7798–70 (). Определим диаметр болта:

где n_ср — количество рабочих срезов болта.

Тогда

В соответствии с рекомендациями табл. 6.3 принимаем 3 болта диаметром 20 мм.

2.3.7 Расчёт и конструирование монтажного болтового стыка в сварной главной балке Принимаем расположение монтажного стыка с учётом заданной максимальной величины отправочной марки и его размещения на расстоянии не менее 0,5 м от ребер жёсткости в широкой части пояса балки.

Назначаем размеры отправочных марок 7 и 11 м.

Поперечные размеры стыковых накладок поясов и стенки примем в соответствии с размерами сечения балки. Площадь сечения накладок должна быть не менее площади пояса или стенки. Толщину накладок на стенку балки целесообразно назначить равной толщине стенки.

При толщине пояса 25 мм примем толщину накладок в 14 мм. Толщину накладок на стенку балки назначим равной её толщине — 18 мм.

Расчётный изгибающий момент в сечении, отстоящем на расстояниях х = 7 м от левой опоры:

Расчётная перерезывающая сила:

К расчёту примем высокопрочные болты диаметром 30 мм из стали 40Х «селект».

Определим несущую способность болта d = 20 мм, имеющего две плоскости трения ():

В этой формуле:

— площадь нетто сечения болта d = 30 мм (табл. 10 [1]);

— коэффициент условий работы при 10 и более болтов в соединении;

— коэффициент трения при газопламенной обработке двух поверхностей без консервации;

— коэффициент надёжности, учитывающий способ регулирования натяжения болта по углу закручивания.

Стык поясов:

Пояс балки перекроем тремя накладками сечением 450×14 и 2×200×14мм общей площадью сечения:

Усилие в поясе:

Количество болтов для прикрепления накладок:

По условиям размещения принимаем 8 болтов. Длина накладок 50 см.

Стык стенки:

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 1540×280×18мм.

Момент, приходящий на стенку:

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов .

Найдём коэффициент стыка:

По табл. 3 для количество рядов болтов по вертикали k = 8.

Принимаем по 2 болта в горизонтальном ряду полунакладки и 8 рядов по вертикали по 19 см. Общее количество болтов на полунакладке равно 16.

Проверим прочность стыка стенки с учётом действия момента и поперечной силы:

Прочность монтажного стыка на высокопрочных болтах обеспечена.

2.4 Определение нагрузок на колонну и подбор сечения стержня колонны сквозного сечения Сквозную колонну конструируют из двух швеллеров прокатного профиля, связанных между собой решёткой в виде соединительных планок.

При нагрузках на колонну, превышающих несущую способность двух швеллеров наибольшего по сортаменту номера, колонна может быть запроектирована из двух прокатных двутавров.

В качестве расчётных схем принимают или схему с шарнирным закреплением верхнего и нижнего концов колонны, или схему с жёстким закреплением нижнего конца колонны и шарнирным закреплением её верхнего конца.

При определении расчётной высоты колонны следует учитывать условия закрепления её концов. Геометрическую высоту колонны при опирании балок сверху принимают равной разности между заданной высотой до верха настила рабочей площадки Н и фактически принятой строительной высотой балочной клетки. При примыкании главной балки к колонне сбоку геометрическую высоту колонны принимают равной Н.

Конструкция закрепления базы колонны к фундаменту должна соответствовать принятой расчётной схеме колонны.

Равноустойчивость колонны характеризуется равенством гибкости по обеим осям.

В сквозных колоннах расстояние между осями прокатных элементов определяют, исходя из равноустойчивости колонны в отношении материальной и свободной осей. Материальная ось пересекает стенки швеллеров, а свободная проходит параллельно стенкам и размещается между ними.

Специфика проверки устойчивости относительно свободной оси состоит в том, что здесь необходимо определить приведённую гибкость, учитывающую деформативность ветвей на участке между узлами соединительных элементов (расстояние между планками в свету), а также деформативность самих соединительных элементов.

Гибкость колонн по обеим осям не должна превышать предельную гибкость сжатых элементов.

Шаг соединительных планок определяется из условия гибкости отдельной ветви л₁, которая принимается равной 20 — 30, но не более 40. Ширину планок назначают примерно равной расстоянию между ветвями колонны в свету (0,5 — 0,75b), толщину планки — 6 — 12 мм.

При центральном сжатии в стержне колонны отсутствует перерезывающая сила, по которой определяются усилия в соединительных элементах. Поэтому планки рассчитываются на условную поперечную силу, которая может возникнуть вследствие прогиба колонны при потере устойчивости, а также благодаря наличию эксцентриситетов и искривлений.

Принимаем сварное сечение стержня колонны в виде двутавра из трёх листов. Примем .

Расчётная нагрузка:

Расчётная длина стержня:

Задаёмся гибкостью л = 60 и находим значение ц = 0,805

Расчёт относительно материальной оси:

Требуемая площадь сечения:

Требуемый радиус инерции:

По сортаменту ГОСТ 7798–70 принимаем два двутавра № 40, для которых:

Рассчитываем гибкость относительно оси х:

Проверим устойчивость колонны относительно материальной оси:

Недонапряжение 10,6%.

Расчёт относительно свободной оси:

Определим расстояние между ветвями колонны из условий равноустойчивости колонны в двух плоскостях, затем требуемую гибкость относительно свободной оси у — у по формуле:

Требуемое расстояние между ветвями:

Следовательно установленную ширину 400 мм можно принять за основную для дальнейшего расчёта.

Проверка сечения относительно свободной оси:

Из сортамента для двутавра № 40:

Момент инерции сечения относительно свободной оси:

Расчётная длина ветви:

Принимаем расстояние между планками 91 см, тогда .

Сечение планок 360×8мм.

Радиус инерции сечения:

Гибкость стержня:

Приведённая гибкость стержня относительно свободной оси:

Проверим устойчивость колонны относительно свободной оси:

Устойчивость колонны обеспечена.

Расчёт планок:

Расчётная поперечная сила в колонне принимается по данным, приведённым в таблице 8.2. [2]:

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани:

Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки:

где l — расстояние между осями планок.

Принимаем приварку планок к полкам двутавров угловыми швами с катетом шва .

Определим, какое из сечений угловых швов (по металлу шва или по границе сплавления) имеет решающее значение. По табл. 5.1[2] по табл. 5.3, тогда

Необходима проверка по границе сплавления. Для проверки имеем расчётную площадь шва:

Момент сопротивления шва:

Напряжение в шве от момента и поперечной силы:

Проверка прочности шва:

2.5 Расчёт базы колонны с траверсами Конструкция крепления базы колонны к фундаменту должна соответствовать принятой расчётной схеме колонны.

Крепление базы колонны к фундаменту выполняют с помощью анкерных болтов. Жёсткое закрепление базы обеспечивается установкой не менее трёх болтов. В шарнирном закреплении достаточно установить два болта.

Диаметр болтов в центрально сжатых колоннах назначают конструктивно. Для шарнирного закрепления диаметр анкерного болта принимают в пределах от 20 до 36 см.

Башмак колонны проектируют или с учётом фрезеровки торцов колонны, или без учёта фрезеровки.

В первом случае усилие передаётся непосредственно опорной плите, а соединяющие их швы являются конструктивными.

При этом толщина плиты определяется расчётом на изгиб консоли, нагруженной реактивным давлением бетона и защемлённой по линиям габарита сечения колонны.

Если торец колонны не фрезерован, то передача усилия от колонны к опорной плите происходит через траверсу, представляющую собой вертикальные опорные листы. Усилие от колонны передаётся на траверсу при помощи вертикальных сварных швов и от траверсы через горизонтальные швы на опорную плиту. При этом вертикальные и горизонтальные швы являются расчётными.

Плита работает на изгиб как пластинка на упругом основании, воспринимающая давление от ветвей траверсы и рёбер. Толщину опорной плиты принимают в пределах от 20 до 40 мм, толщину траверсы — от 10 до 14 мм.

Следует отметить, что более экономичным по расходу стали является башмак с траверсой.

R_пр = 7,5МПа = 0,75кН/см², R_y=22кН/см².

Расчётное давление на плиту с учётом собственного веса колонны:

Требуемая площадь плиты базы:

Конструируем башмак с траверсой из листов толщиной 10 мм с выпуском плиты за листы траверсы по 60 мм.

Тогда ширина плиты:

Длина плиты:

Принимаем плиту с размерами в плане 650×540мм.

Назначив размер фундамента 750×640мм, корректируем коэффициент ₁:

Фактическое напряжение под плитой базы:

Конструируем башмак с траверсой из листов толщиной 10 мм. Привариваем их к полкам колонны и плите угловыми швами. Определим изгибающие моменты в плите по трём участкам для определения толщины плиты (см рис. 3).

Участок 1, опёртый на 4 канта:

b/а = 460/400 = 1,15

б = 0,058 (табл. 8.6[2])

Участок 2, консольный:

Участок 3: не проверяем, так как он имеет меньший консольный вес.

Определяем толщину плиты по максимальному моменту:

Принимаем по ГОСТ 19 903–74* лист толщиной 45 мм.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой сварочной проволокой С6−08Г2С. Толщину траверсы принимаем 10 мм, высоту — 500 мм.

Прикрепления рассчитываем по границе сплавления, принимая катет угловых швов .

Проверяем допустимую длину шва:

Требования к максимальной длине шва выполняются. Крепления траверсы к плите принимается угловыми швами .

Замечание: при вычислении суммарной длины швов с каждой стороны шва учитывалось 0,5 см на непровар.

1. Павлов Ю. А. Металлические конструкции. Ч. I — М.: РГОТУПС, 1998.

2. Металлические конструкции / Под общей редакцией Е. И. Беленя. — М.: Стройиздат, 1986.

3. СНиП 11−23−81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. — М.: ЦИТП, 1991.

4. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11−23−81*). — М.: ЦИТП, 1989.

5. Металлические конструкции. Железобетонные конструкции. Методические указания к расчётам в курсовом и дипломном проектировании с помощью ПЭВМ для студентов специальностей 290 300, 290 900, 290 800. — М.: РГОТУПС, 1007.