Вариантное проектирование балочной клетки рабочей площадки

Определяем требуемую площадь сечения колонны

Требуемый радиус инерции сечения

Находим б_x = 0,43 и б_y = 0,24 и определяем высоту и ширину сечения



Принимаем h_c = b_c= 32 см.

Требуемая площадь пояса

При b_c= 32 см получим толщину стенки t_f = A_f/b_c = 52,2/32 = 1,6 см

Принимаем размеры пояса b_fxt_f = 320x16 мм.

Площадь стенки равна A_w = A_c,r - 2A_f = 139,2 - 2*32*1,6 = 36,8 см².

Поскольку высота сечения стенки h_w = h_c - 2 t_f = 28 см, находим толщину стенки t_w = A_w/h_w = 36,8/28 = 1,32 см. Принимаем размеры стенки 280х14 мм

Рис. 10.1. Скомпонованное сечение стержня сплошной колонны.

10.5 Проверка подобранного сечения

Определяем геометрические характеристики сечения. Фактическая площадь A_c = A_w + 2A_f = 28*1,4 + 2*32*1,6 = 141,6 см²

Моменты инерции

По наименьшему моменту инерции находим радиус инерции

i_min = i_y = 7,85 см.

Наибольшая гибкость

При л_max = 74; ц = 0,743 (табл. 72 [1]).

Проверяем устойчивость сплошной колонны по формуле 7 [1]

Недонапряжение составляет ?у = (240-227)*100/240 = 5%

Предельная гибкость

где



Требование л_max = 74 < л_u = 123,18 выполняется.

10.6 Проверка местной устойчивости элементов сплошной колонны

Местная устойчивость поясов проверяется в соответствии с п. 7.23* [1]. Отношение ширины свеса пояса к толщине при b_ef = (b_f - t_w)/2 = (28-1,4)/2 = 13,3 см равно b_ef/t_f = 13,3/2 = 6,65.

Предельное отношение ширины пояса к его толщине по табл. 29* [1] равно

где

При b_ef/t_f = 6,65 < (b_ef/t_f)_u = 17,92 устойчивость пояса обеспечена.

Местная устойчивость стенки проверяется в соответствии с п. 7.14* [1], при h_ef = h_w. Предельное отношение расчетной высоты стенки к толщине принимается равным

где



Устойчивость стенки обеспечена.

10.7 Установка ребер жесткости

При стенку не следует укреплять ребрами жесткости (п. 7.21* [1]). Тем не менее, согласно того же пункта норм, принимаем два ребра по длине колонны и ставим их на равных расстояниях по длине.

Ширина ребра жесткости должна быть не менее b_h = h_w/30 + 40 = 280/30 + 40 = 49 мм, а толщина

Принимаем ребра жесткости h_ef x t_w = 90*6 мм

10.8 Поясные швы

Поясные швы принимаем высотой, равной минимальному катету по табл. 38* [1], который при толщине более толстого свариваемого элемента 20 мм для автоматической сварки составляет 6 мм.

11. РАСЧЕТ ОГОЛОВКА ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТОЙ КОЛОННЫ

Рассчитать и законструировать оголовок сплошной центрально-сжатой колонны для опирания сверху балки с торцевым опорным ребром.

Исходные данные:

опорное давление двух балок на колонну F =2 V_mb = 21194 = 2388 кН;

ширина опорного ребра балки b_h = 30 см;

материал оголовка колонны С245 (R_y =240 МПа, R_yn = 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 t_bp = 20 мм. Расчетная ширина опорного ребра оголовка l_s,ef = b_h + 2t_bp = 30 + 2*2,0 = 34 см.

Расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 52* [1]) при R_yn = 370 МПа равно R_p = 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 R_w,f = 200 МПа (табл. 56 [1]), R_wz = 0,45, R_un = 0,45*370 = 166,5 МПа, г_wz = г_wf = 1,0, в_f = 0,7, в_z = 1,0.

Поскольку условия R_w,f / R_wz = 200 / 166,5 = 1,2 > 1,1 и R_w,f = 200 МПа < R_wz в_z / в_f = 166,5*1,0/0,7 = 237,85 МПа выполняются, достаточно расчета по металлу шва.

При максимальной высоте шва k_f,max = 1,2 t_min (t_min = t_w = 14 мм), то есть k_f,max = 16,8 мм, принимаем k_f = 13 мм. Длина швов равна

Требуемая длина оголовка

Принимаем длину оголовка h_s = 500 мм. Ширину опорных ребер принимаем из условия опирания балки b_s = 170 мм (2b_s > l_s,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 t_w' = 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 Уl_wf = 2 l_s,ef - 4*1 = 2*34 - 4 = 64 см, тогда

Такая высота катета углового шва превосходит максимальную k_f,max = 1,2 t_min = 1,2*2 = 2,4 см., поэтому принимаем передачу усилий через фрезерованный конец, а сварные швы принимаем конструктивно по табл. 38*(1) k_f,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 b_fxt_f = 280x20 мм, стенка h_wxt_w = 240x14 мм;

материал элементов базы - сталь С245 по ГОСТ 27772-88;

материал фундамента бетон B15 (R_b = 8,5 МПа = 0,85 кН/см²)

12.1 Определение требуемой площади опорной плиты

Принимая = 1,0 и находим по ф.102 [4] расчетное сопротивление бетона смятию

R_b,loc = _b R_b = 1,01,20,85 = 1,02 кН/см².

Требуемая площадь опорной плиты

12.2 Определение размеров опорной плиты в плане

Принимая толщину траверсы t_tr = 10 мм, величину свеса с= 60 мм, находим ширину плиты

B_p = b_c +2t_tr +2 c = 28,0 + 21,0 + 26,0 = 42 см Требуемая длина плиты равна

Длину плиты принимаем конструктивно, с учетом размещения анкерных болтов, L_p = 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 = (L_p - h_c)/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 = (b_c - 2t_w)/2 = (28 - 2,8)/2 = 12,6 см, b₁ = h_w - 2t_f = 24 см.

При b₁/a₁ = 24/12,6 = 1,9 < 2 по табл. прил. = 0,098.

По наибольшему моменту определяем толщину плиты

Для листов толщиной более 20 мм для стали С245 R_y = 23 кН/см², поэтому уточняем толщину плиты

Принимаем плиту толщиной t_p = 40 мм из стали С245 (R_y = 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 R_w,f = 200 МПа (табл. 56 [1]), R_wz = 0,45, R_un = 0,45*370 = 166,5 МПа, г_wz = г_wf = 1,0, в_f = 0,7, в_z = 1,0. Поскольку условия R_w,f / R_wz = 200 / 166,5 = 1,2 > 1,1 и R_w,f = 200 МПа < R_wz в_z / в_f = 166,5*1,0/0,7 = 237,85 МПа выполняются, достаточно расчета по металлу шва.

Принимая в запас, что N_tr = N/2 = 2392,05/2 = 1196,02 кН находим требуемую длину сварных швов при катете 8 мм

Требуемая высота траверсы h_tr,r = l_w,r + 1,0 = 53,39 см. Принимаем высоту траверсы h_tr = 550 мм и толщину t_tr = 10 мм.

12.5 Проверка прочности траверсы

Погонная нагрузка на траверсу (при ширине грузовой площади d_tr = c + t_tr + b/2 = 6,0 +1+28/2 = 21 см) равна

q_tr = d_tr = 1,1421 = 23,94 кН/см

Находим расчетные усилия

где l_tr = 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 k_f = k_{f min} = 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 _b = 1,3

A = _b³A_p = 1,3³ 4255 = 3903,9 см² = 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.

Размещено на Allbest.ru