Исходные данные:
· опорное давление двух балок на колонну F =2 Vmb = 2×1194 = 2388 кН;
· ширина опорного ребра балки bh= 30 см;
· материал оголовка колонны С245 (Ry=240 МПа, Ryn= 370 МПа табл. 51*[1]).
Принимаем конструкцию оголовка по рис. 11.1 для балки с торцевым опорным ребром.
11.1 Определение толщины вертикальных ребер оголовка
Принимаем толщину опорной плиты оголовка tbp = 20 мм. Расчетная ширина опорного ребра оголовка ls,ef = bh + 2tbp = 30 + 2*2,0 = 34 см.
Расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 52* [1]) при Ryn = 370 МПа равно Rp = 336 МПа (33,6 кН/см2).
Толщину ребра принимаем 20 мм.
11.2 Определение размеров ребра
Для ручной сварки принимаем электроды типа Э46, для которых Rw,f = 200 МПа (табл. 56 [1]), Rwz = 0,45, Run = 0,45*370 = 166,5 МПа, γwz = γwf = 1,0, βf = 0,7, βz = 1,0.
Поскольку условия Rw,f / Rwz = 200 / 166,5 = 1,2 > 1,1 и Rw,f = 200 МПа < Rwzβz / βf = 166,5*1,0/0,7 = 237,85 МПа выполняются, достаточно расчета по металлу шва.
При максимальной высоте шва kf,max = 1,2 tmin (tmin = tw = 14 мм), то есть kf,max = 16,8 мм, принимаем kf = 13 мм. Длина швов равна
Требуемая длина оголовка
Принимаем длину оголовка hs = 500 мм. Ширину опорных ребер принимаем из условия опирания балки bs = 170 мм (2bs>ls,ef).
11.3 Проверка прочности ребра
11.4 Проверка прочности стенки колонны на срез
Прочность стенки на срез определяется по формуле
Прочность стенки на срез не обеспечена. В пределах оголовка увеличиваем толщину стенки до tw’ = 1,8 см, тогда
Стык листов стенки разной толщины выполняем на 100 мм ниже горизонтального ребра оголовка.
11.5 Расчет крепления опорных ребер к плите оголовка
Общая длина швов Σlwf = 2 ls,ef – 4*1 = 2*34 – 4 = 64 см, тогда
Такая высота катета углового шва превосходит максимальную kf,max = 1,2 tmin = 1,2*2 = 2,4 см., поэтому принимаем передачу усилий через фрезерованный конец, а сварные швы принимаем конструктивно по табл. 38*(1) kf,min = 7мм Вертикальные ребра подкрепляем горизонтальными ребрами толщиной 10 мм, шириной, равной ширине вертикального ребра, то есть 170 мм.
12. РАСЧЕТ БАЗ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ КОЛОНН
Рассчитать и законструировать базу сплошной центрально сжатой колонны.
Исходные данные:
· продольная сила N = 2392,05 кН;
· сечение колонны: полки bfxtf = 280x20 мм, стенка hwxtw = 240x14 мм;
· материал элементов базы – сталь С245 по ГОСТ 27772-88;
· материал фундамента бетон B15 (Rb= 8,5 МПа = 0,85 кН/см2)
12.1 Определение требуемой площади опорной плиты
Принимая a = 1,0 и
находим по ф.102 [4] расчетное сопротивление бетона смятиюRb,loc= ajbRb= 1,0×1,2×0,85 = 1,02 кН/см2.
Требуемая площадь опорной плиты
12.2 Определение размеров опорной плиты в плане
Принимая толщину траверсы ttr= 10 мм, величину свеса с= 60 мм, находим ширину плиты
Bp = bc+2ttr +2 c = 28,0 + 2×1,0 + 2×6,0 = 42 см Требуемая длина плиты равна
Длину плиты принимаем конструктивно, с учетом размещения анкерных болтов, Lp = 50 см.
12.3 Определение толщины опорной плиты
Напряжение в фундаменте под плитой
Рассматриваем участки плиты, отличающиеся условиями опирания (рис. 12.1) Участок 1. Плита закрепленная одной стороной. Вылет консоли с = 6,0 см. Изгибающий момент равен
Участок 2. Плита опирается на три стороны. Размеры участка b = 28 см (незакрепленная сторона), а = (Lp – hc)/2 = (50 - 28)/2 = 11 см. Отношение a/b = 11/28 = 0,39 < 0,5, при котором плита работает как консоль
Участок 3. Плита опирается на четыре стороны. Размер a1 = (bc- 2tw)/2 = (28 – 2,8)/2 = 12,6 см, b1 = hw– 2tf= 24 см.
При b1/a1 = 24/12,6 = 1,9 < 2 по табл. прил. a = 0,098.
По наибольшему моменту определяем толщину плиты
Для листов толщиной более 20 мм для стали С245 Ry = 23 кН/см2, поэтому уточняем толщину плиты
Принимаем плиту толщиной tp = 40 мм из стали С245 (Ry = 230 Мпа).
12.4 Определение размеров траверс
Высоту траверсы находим по требуемой длине сварных швов, необходимых для крепления траверсы к полкам колонны.
Принимаем ручную сварку электродами типа Э46, для которых Rw,f = 200 МПа (табл. 56 [1]), Rwz = 0,45, Run = 0,45*370 = 166,5 МПа, γwz = γwf = 1,0, βf = 0,7, βz = 1,0. Поскольку условия Rw,f / Rwz = 200 / 166,5 = 1,2 > 1,1 и Rw,f = 200 МПа < Rwzβz / βf = 166,5*1,0/0,7 = 237,85 МПа выполняются, достаточно расчета по металлу шва.
Принимая в запас, что Ntr = N/2 = 2392,05/2 = 1196,02 кН находим требуемую длину сварных швов при катете 8 мм
Требуемая высота траверсы htr,r = lw,r + 1,0 = 53,39 см. Принимаем высоту траверсы htr = 550 мм и толщину ttr = 10 мм.
12.5 Проверка прочности траверсы
Погонная нагрузка на траверсу (при ширине грузовой площади dtr = c + ttr + b/2 = 6,0 +1+28/2 = 21 см) равна
qtr = sdtr = 1,14×21 = 23,94 кН/см
Находим расчетные усилия
где ltr = a = 11 см.
Проверяем траверсы на прочность в опорном сечении
Проверяем прочность траверсы в пролетном сечении Q =0
Принятые размеры траверс удовлетворяют условиям прочности.
12.6 Определение требуемой высоты катета угловых швов, необходимых для крепления траверс к плите
Общая длина сварных швов
С учетом непроваров по 10 мм на каждый шов получим расчетную длину шва
Принимаем толщину угловых швов kf= kfmin = 10 мм
12.7 Назначение анкерных болтов
Принимаем два анкерных болта диаметром 20 мм (их расположение указано на рис.12.1)
12.8 Определение площади верхнего обреза фундамента
Площадь верхнего обреза фундамента определяем из формулы
.При принятой величине jb = 1,3
A = jb3Ap = 1,33× 42×55 = 3903,9см2 = 0,3903 м2
Принимаем размеры верхнего обреза фундамента больше на 28-30 см размеров опорной плиты, то есть 70 х 80 см.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Минстрой России.- М.: ГП ЦПП, 1996. – 96 с.
2. СНиП 2.01.07.-85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой России.- М.: ГП ЦПП, 1996. – 44 с.
3. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб.для вузов / Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С. Веденикова. – 7-е изд., перераб и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760 с.
4. СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2000. – 76с
5. Колесов А.И., Поликарпов Б.С. Стальная рабочая площадка промздания. Компоновка, конструирование и расчет несущих элементов. Учебное пособие. – Н. Новгород: ННГАСУ, 1998 – 91 с.
6. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций: Учеб. Пособие для строит. Вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. – М.: Высш. шк., 1997. – 527 с.
7. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Общая часть.(Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.: изд-во АСВ, 1998. – 576 с.
8. Металлические конструкции. В 3 т. Т.2. Стальные конструкции зданий и сооружений.(Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.: изд-во АСВ, 1998. – 512 с.
9. Металлические конструкции. Вопросы и ответы. Учебное пособие для вузов / В.В. Бирюлев, А.А. Кользеев, И.И. Крылов, Л.И Стороженко. – М.: изд-во АСВ, 1994. – 336 с.
10. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. – М.: Стройиздат, 1979. – 319с.
11. СТП ННГАСУ 1-1-98 – 1-7-98. Стандарт студенческой проектной документации. – Н. Новгород: ННГАСУ, 1998.