· Минимальная величина катета шва по табл. 38* СНиП [2] k_f,min = 6 мм (вид соединения: тавровое с двусторонними угловыми швами; вид сварки: автоматическая; толщина более толстого свариваемого элемента – пояса балки 20 мм).

Принимаем k_f= k_f,min = 6 мм.

· Предельная длина сварного шва в данном не ограничивается, так как усилие возникает на всём протяжении шва.

4. Стыки балок

· Устраивать монтажный стык нет необходимости, т.к. длина балки L = 12 м < 18 м.

· Заводские стыки располагаются в местах изменения ширины поясов балки. Листы верхнего (сжатого) пояса соединяются прямым стыковым швом, листы нижнего (растянутого) – наклонным с уклоном 1:2 (см. рис. 6).

5. Подбор и проверка сечения колонны

1. Формирование конструктивной и расчётной схемы

· Колонна состоит из трёх основных частей: оголовка, стержня и базы (рис. 9,а). В расчётной схеме колонна представлена стержнем, шарнирно закреплённым по концам (рис. 9,б). Тип сечения колонны: сквозное из двух швеллеров (рис 9, в).

· Высота колонны определяется как расстояние от верха фундамента до точки опирания главной балки:

H_k = H – t – h – a_r + h_f = 8 500 – 10 – 1 940 – 15 + 800 = 8 335 мм,

где H – отметка верха настила рабочей площадки (по заданию) H = 9 м = 9 000 мм,

t – толщина настила; принимаем t = 10 мм; h – высота главной балки; h = 1290 мм (из п. 3);

a_r – выступающая вниз часть опорного ребра; принимаем а_r = 15 мм,

h_f – заглубление фундамента относительно нулевой отметки пола; принимаем h_f = 800 мм.

Рис. 9. Центрально-сжатая колонна:

а – конструктивная схема; б – расчётная схема; в – поперечное сечение.

2. Определение номера профиля

· Задаём оптимальную величину гибкости колонны λ = 65.

· По принятой величине гибкости и табл. прил. 6 определяем коэффициент продольного изгиба (сталь С345 – по заданию): для R_y = 320 МПа

φ = (766 + 687)/2000 = 0,7265.

· Требуемая площадь сечения ветви колонны из условия устойчивости:

R_y назначается здесь уже для стали толщиной 10…20 мм.

· Необходимый радиус инерции сечения:

где l_ef – расчётная длина колонны; в соответствии с условиями закрепления l_ef = H_k.

· По сортаменту подбираем подходящий номер профиля (по параметрам А₁ и i_x) и выписываем его характеристики (если в сортаменте не оказывается подходящего швеллера, принимают двутавр):

Номер профиля: [33, площадь сечения: А₁ = 46,5 см²;

Радиусы инерции относительно осей х, у:

i_x = 13,1 см; i_y₁ = 2,97 см;

Моменты инерции относительно осей х, у:

J_x = 7980 см⁴; J_y₁ = 410 см⁴;

Геометрические размеры (см. рис 7, в):

h = 330 мм, b_f = 105 мм, t_w = 7 мм, t_f = 11,7 мм, z₀ = 2,59 см.

· Площадь всего сечения: А = 2А₁ = 2 × 46,5 = 93 см².

· Фактическая гибкость стержня колоны относительно материальной оси:

l_x	R_y
l_x	280	320	315
60	785	766	768,4
70	724	687	691,6
63,62	740,6

· Коэффициент продольного изгиба по прил. 6:

φ = 0,74 (по интерполяции -).

· Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси:

;

Проверка выполняется.

3. Проверка устойчивости ветви

· Задаем оптимальную величину гибкости ветви: λ₁ = 30.

· Расстояние между центрами планок определяется по условию равноустойчивости:

l₁ » λ₁i_y₁ = 30 × 2,97 = 89,1 см;

принимаем l₁ = 90 см (кратно 10 мм).

· Фактическая гибкость ветви:

< 40.

· Коэффициент продольного изгиба ветви по прил. 6: φ₁ = 0,9166.

· Нагрузка, приходящаяся на ветвь колонны: N₁ = N / 2 = 933,66 кН.

· Проверка устойчивости ветви:

;

Проверка выполняется.

4. Определение расстояния между ветвями

· Необходимая гибкость колонны относительно свободной оси:

· Требуемый радиус инерции сечения:

· Требуемая ширина сечения:

где a₂ – отношение радиуса инерции к ширине сечения; определяется по справочной таблице (табл. 8.1 [3]): для сечения из двух швеллеров полками внутрь a₂ = 0,44; из двух двутавров a₂ = 0,50.

Для окраски внутренней поверхности колонны между полками ветвей необходимо обеспечить зазор не менее 10 см, поэтому ширина сечения также должна быть не менее

Окончательно принимаем ширину колонны b = 35 cм (кратно 10 мм).

· Расстояние между центрами тяжестей ветвей: с₀ = b – 2z₀ = 35 – 2×2,59 = 29,82 cм,

· Величина зазора между ветвями: b₀ = b – 2b_f = 35 – 2×10,5 = 14 cм > 10 см.

· Момент инерции сечения колонны относительно свободной оси:

· Радиус инерции сечения:

· Физическая гибкость:

· Приведённая гибкость:

поэтому проверку устойчивости колонны относительно свободной оси можно не проводить.

· Иначе определяется коэффициент продольного изгиба φ_y по прил. 6 и выполняется проверка устойчивости колонны относительно свободной оси из условия:

5. Определение высоты оголовка колонны

· Высота оголовка колонны определяется из условия прочности стенки швеллера на срез:

где 4 – расчётное число срезов (по 2 на каждой ветви); t_w – толщина стенки швеллера; t_w = 0,7 см;

R_s – расчетное сопротивление стали на срез; R_s = 0,58R_y = 0,58 × 33,5 = 19,43 кН/см².

Принимаем h_r = 35 см (кратно 10 мм).

6. Определение площади опорной плиты базы колонны

· Требуемая площадь опорной плиты определяется из условия сопротивления бетона фундамента местному сжатию:

где R_b – расчётное сопротивление бетона класса В15 осевому сжатию; R_b = 8,5 МПа = 0,85 кН/см²;

Класс бетона (по заданию)	В12,5	В15	В20
R_b, МПа	7,5	8,5	11,5

φ_b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона за счёт включения в работу ненагруженной части фундамента; принимаем φ_b = 1,2.

· Размеры опорных плит в плане принимаются из двух условий:

1) из условия обеспечения требуемой площади, необходимой для обеспечения прочности бетона фундамента;

2) из конструктивных соображений, обусловленных необходимостью обеспечения величины свесов плиты не менее 5…6 см.

· Длина плиты по конструктивным соображениям:

L = b + (10…12) cм = 35 + (10…12) cм = 45…47 cм;

принимаем L = 46 см (кратно 10 мм).

· Необходимая ширина плиты:

4 по конструктивным соображениям:

В = h + 2t_tr + (10…12) cм = 33 + 2 × 1,2 + (10…12) cм = 45,4…47,4 cм,

где t_tr – толщина траверсы; принимаем t_tr = 12 мм (обычно t_tr = 10…14 мм);

4 по условию обеспечения требуемой площади:

;

принимаем В = 46 см (кратно 10 мм).

· Толщина опорной плиты определяется из условия её работы на изгиб под действием реактивного отпора (давления) фундамента; в данной работе принимаем (условно) плиту толщиной 30 мм.

7. Расчёт сварных швов крепления траверсы к колонне

· Принимаем высоту траверсы h_tr = 40 см, тогда расчётная длина шва:

l_w = h_tr – 1 см = 40 – 1 = 39 см.

· Требуемая величина катета шва:

где 4 – число швов крепления траверсы к колонне; при выполнении шва полуавтоматической сваркой расчёт осуществляется по металлу шва (см. п. 4): R_wf = 240 МПа; β_f = 0,9; R_wf β_f = 240 × 0,9 = 216 МПа.

· Принимаем k_f= 0,6 см; k_f > k_f,min = 0,5 cм (k_f,minопределяется по табл. 38 СНиП [2]).

· Проверка по предельной длине шва:

l_w,max = 85bk_f = 85 × 0,9 × 0,6 = 45,9 см > l_w = 39 см.

Конструктивное решение колонны показано на рис. 10.

Металлические конструкции рабочей площадки (стр. 4 из 6)