Расчет и конструирование балочной клетки (стр. 6 из 7)

Принимаем n=5. Болты расставляем по высоте балки настила с шагом 7 см.

Сечение балки проверим на срез с учетом ослабления отверстиями под болты и вырезом части стенки

Прочность болтового соединения обеспечена.

Сварные швы, прикрепляющие ребро к стенке балки, следует рассчитать на совместное действие Q и М=Q∙l, где l – расстояние от оси болтов до угловых швов.

Поперечные ребра привариваем к стенке балки двумя угловыми швами электродами Э42. Назначаем к_f=k_f,min=5 мм. Длина сварных швов l_w=h_w-2h_sk-1см= 180-12-1=167 см.

Расчет проводим по металлу шва. Прочность сварных швов проверим по формуле

Прочность сварных швов обеспечена.

2.11 Уточнение собственного веса главной балки

Для того, чтобы впоследствии правильно собрать нагрузку на колонну при статическом расчете, необходимо уточнить нагрузку от собственного веса главной балки, принятую ориентировочно при статическом расчете главной балки. Главная балка балочной клетки состоит из стенки, двух полок различной ширины в пролете и в крайних участках, основных поперечных ребер жесткости и двух опорных ребер. Собственный вес стенки

Собственный вес полок

Собственный вес ребер жесткости

Собственный вес главной балки

3. Расчет центрально сжатой колонны

Нагрузка, действующая на колонну, складывается из нагрузки, передаваемой главной балкой и собственного веса колонны. Нагрузка, передаваемая на колонну главной балкой, с учетом уточненного собственного веса главной балки определяется следующим образом:

Нагрузка от веса главной балки

Расчетное значение нагрузки, действующей на главную балку

Сила, с которой две главных балки действуют на центральную колонну

R_гб=q_р∙L=16236.7∙18=292260.6 кгс.

Собственный вес 1 п.м. колонны принимается ориентировочно 40-80 кгс/м.

Высота колонны

Н_к=Н-h_гб-t_н+h_з=9-1.86-0.1+0.6=7.64 м=764 см.

Где Н – отметка верха настила;

h_гб – высота главной балки;

t_н – высота настила.

Вес колонны

G_к=g_к∙Н_к=60∙7.04=422.4 кгс.

Продольная сила, возникающая в сечении максимально нагруженной колонны

N=292260.6+422.4=292683 кгс

3.1. Подбор сечения стержня

Рис. 10

При расчете центрально-сжатых элементов необходимо знать расчетную длину. Для этого следует установить расчетную схему колонны. При опирании главной балки на колонну сверху, колонна рассматривается как шарнирно закрепленная вверху. Расчетная длина колонны сквозного сечения

Для колонны применяем сталь С235 с R_y=2350 кгс/см² при толщине фасонного проката до 20 мм. Задаемся гибкостью колонны λ=40 (N˃200000 кгс), коэффициент продольного изгиба φ=0.894. Требуемую площадь сечения колонны определяем по формуле

Данному значению площади соответствует сечение из 2-х двутавров №40 по ГОСТ 8239-89 с площадью А=2∙72.6=145.2 см² и радиусом инерции

i_x=16.2 см, i_y=3.03 см

Гибкость колонны

Которой соответствует φ=0.920.

Проверяем действующее напряжение

Условие выполняется, то есть подобранное сечение удовлетворяет условию устойчивости центрально сжатого элемента относительно оси Х.

После подбора сечения стержня колонны по устойчивости относительно материальной оси Х необходимо определить расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости. Приближенно определяем требуемую гибкость относительно свободной оси (для колонны с раскосной решеткой λ_y=λ_x). Задаемся решеткой из равнополочных уголков 50*5 мм в двух плоскостях А_d=2∙4.8=9.6 см². Гибкость определяем по формуле

Α₁ – коэффициент, определяемый по табл. 8.1 Беленя Е.И. «Металлические конструкции».

Гибкости λ_y соответствует значение радиуса инерции

Расстояние между ветвями

Полученное значение должно быть не менее ширины полки двутавра плюс зазор, необходимый для оправки внутренних поверхностей стержня. В данном случае b_тр=155+100=255 мм. Таким образом принимаем расстояние между ветвями колонны 470 мм.

Геометрические характеристики составного сечения колонны

Этому значению приведенной гибкости соответствует значение продольного изгиба φу=0.924. Так как это значение больше φ_х, проверка устойчивости относительно оси Y не нужна.

3.2 Расчет соединительных элементов сквозной колонны

Расчет соединительных элементов сжатых составных стержней должен выполняться на условную поперечную силу Q_fic, принимаемую постоянной по всей длине стержня

Усилие в раскосе определим по формуле

Где n – количество раскосов, участвующих в восприятии поперечной силы, α – угол между раскосом и поясом, принимаемый в диапазоне 45-55°.

φ_min – коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости раскоса, равной

φ_min=0.871

Суммарное напряжение сжатия раскоса

Где

- напряжение в раскосе от сжатия колонны;

– напряжение в раскосе от действия поперечной силы.

Условие выполняется, следовательно устойчивость раскоса обеспечена.

3.3 Расчет оголовка колонны

Конструкция оголовка колонны должна обеспечить принятое ранее шарнирное крепление балки на опорах. Самым простым способом реализации шарнирного опирания является постановка балки на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. Расчетным элементом при таком опирании является ребро, поддерживающее плиту оголовка, толщину которой назначают конструктивно в пределах 20-25 мм. Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением

Где l_р=b+2∙tпл=25+2∙2.5=30 см - длина участка смятия (b – ширина опорного ребра, tпл – толщина плиты оголовка);

N – опорное давление главной балки;

R_р – расчетное сопротивление смятию, принимаемое равным R_un;

R_un=3700 кгс/см² по табл. 51*СНиП ∥-23-81 «Стальные конструкции», при листовом прокате стали С235 толщиной 20 мм.

По ГОСТ 82-70 назначаем 28 мм.

Швы, крепящие ребро к плите должны быть рассчитаны на действие той же силы N. Задаемся катетом шва к_f,min=7 мм≤k_f=10 мм≤ к_f,max=1.2∙t=1.2∙8.4=10.08 мм. Определим необходимую высоту швов из условия прочности по металлу шва

из условия прочности металла на границе сплавления:

Назначим высоту ребра из условий размещения сварных швов 66 см, при этом следует иметь ввиду, что эти швы по отношению к линии действия усилия N являются фланговыми, а их длины назначаются не более

85∙β_f∙k_f=85∙0.7∙1=59.5 см

Назначаем высоту опорного ребра 59 см.

3.4 Расчет базы колонны

Колонна имеет жесткое крепление к фундаменту. Принимаем диаметр анкерных болтов 30 мм. Фундамент проектируется из бетона В20 с расчетным сопротивлением сжатию R_b=115 кгс/см².

Определяем требуемую площадь плиты из условия обеспечения прочности фундамента