Расчет главной балки

см²

кН.

 

Таким образом, условие ,    124,06 <190,66 кН выполняется. Следовательно, количества болтов для обеспечения несущей способности стенки достаточно.

 

2.7. Расчет узла  сопряжения второстепенной балки с главной балкой

 

      Вспомогательные  балки  к  главным  балкам  крепятся  на  болтах  к  ребрам  жесткости  стенки  балки.  В  этом  случае  болтовое  соединение  рассчитываем  из  условий  прочности  на  срез  и  смятие.

Определяем  опорную  реакцию:

,         (55)

 

где - расчетная нагрузка на вспомогательную балку, кН/м,

-  пролет вспомогательной  балки, м,

 кН.

 

Требуемое  число  болтов  диаметром  20  мм  нормальной  точности:

,          (56)

 

где - минимальная несущая способность болтов из учета их работы на срез или смятие соединяемых элементов, кН,

 

Несущая способность  болтов из учета их работы на срез, кН:

,         (57)

 

где кН/см² – расчетное сопротивление по прочности на срез,

- коэффициент условий работы  болта, принимаем равным 0,9,

- число расчетных срезов болта,

- площадь поперечного сечения  болта, см²,

 кН.

 

Несущая способность  болтов из учета их работы на смятие, кН:

,         (58)

 

где кН/см² – расчетное сопротивление по прочности на смятие,

- коэффициент условий работы  болта, принимаем равным 0,9,

- диаметр болта, см,

- наименьшая толщина элемента сминаемого в одном направлении, см,

 кН.

 

Принимаем  6  болтов.

Рисунок 9 - Узел сопряжения второстепенной балки с главной

 

 

 

 

 

3. Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны

 

Колонна сквозного сечения  проектируется составленной из двух ветвей (сечение ветви – прокатный двутавр), соединенных между собой планками.

 

Рисунок 10 – Расчетная схема колонны

 

3.1. Определение расчетной нагрузки и расчетных длин

 

Расчетная нагрузка на колонну:

         (59)

 

где - опорная реакция в главной балке, кН,

1,02 – коэффициент перегрузки,

 кН.

 

Фактическая длина колонны:

,        (60)

 

где - отметка верха настила, принимаем 9,0 м,

- высота балки настила, м,

h – высота главной балки, h =1,30м,

- глубина заземления колонны,  1 м,

м.

 

Расчетная длина колонны:

          (61)

 

где - коэффициент заземления балки,

- фактическая длина колонны, м.

  м.

 

3.2. Подбор сечения  колонны

 

Колонну принимаем сквозного  сечения, состоящую из двух ветвей, соединенных между собой решеткой из пластинок.

Требуемая площадь сечения одной  ветви:

,         (62)

 

где - расчетная нагрузка на колонну, кН,

- предельное значение коэффициента  продольного изгиба,

- расчетное сопротивление колонны,  кН/см²,

 см².

 

По сортаменту подбираем двутавр № 40 с геометрическими характеристиками:

 см²; см⁴; см⁴; m=57 кг/м; см; см; мм.

Рисунок 11– Поперечное сечение колонны

 

Определяем гибкость колонны относительно материальной оси Х:

          (63)

 

где - радиус инерции, см,

- расчетная длина колонны, см,

- предельная гибкость,

 условие выполняется.

 

Гибкость отдельной ветви колонны относительно собственной оси задаем, так как она должна удовлетворять условию Приведенная гибкость сечения определяется по формуле

Так как колонна должна быть равноустойчивой, то

 

Определяем требуемую  гибкость относительно свободной оси:

.

Определяем требуемый  радиус инерции относительно свободной  оси:

,          (64)

 

где - расчетная длина колонны, см,

- требуемая гибкость относительно  свободной оси,

 см.

 

Требуемая ширина сечения:

,          (65)

 

где - требуемый радиус инерции относительно свободной оси, см,

- коэффициент, зависящий от  формы сечения, для двутавра  ,

 см.

 

Принимаем ширину сечения  колонны b=40 см и проверяем возможность размещения на ней минимального зазора между ветвями

 см.

 

_{Этого достаточно, следовательно, оставляем сечение шириной 40 см.}

Проверяем принятое сечение колонны  на устойчивость, используя геометрические характеристики сечения:

Момент инерции относительно свободной оси:

         (66)

 

где - момент инерции относительно собственной оси двутавра, см⁴,

- площадь поперечного сечения  двутавра, см²,

- ширина сечения колонны, см,

 см⁴.

 

 

Радиус инерции относительно свободной оси:

          (67)

 

где - момент инерции относительно свободной оси, см⁴ ,

- площадь поперечного сечения  двутавра, см²,

 см.

 

Гибкость:

          (68)

 

где -фактическая длина колонны, см,

- радиус инерции относительно  свободной оси, см,

см.

 

Проверку устойчивости будем проводить по наибольшей гибкости . Для этого необходимо выполнение условия:

           (69)

 

где - расчетная нагрузка на колонну, кН,

- значение коэффициента продольного  изгиба,

- расчетное сопротивление колонны, кН/см²,

- площадь поперечного сечения  двутавра, см²,

 кН/см².< 24,5 кН/см².

 

Условие выполняется, следовательно, устойчивость колонны обеспечена.

 

 

 

3.3 Расчет и конструирование решетки колонны

 

Ветви колонны соединяем  при помощи листовых планок шириной d_n=30 см, приваренных к ветвям колонны ручной сваркой, толщина планки t_n=6 мм Для сварки выбираем электроды типа Э46, расчетное сопротивление углового сварного шва по металлу кН/см², высота катета сварного шва , коэффициент сварки

Расстояние между планками определяется по предельной гибкости ветви  и радиуса инерции относительно  собственной оси двутавра: см  Принимаем см< 150 см.

Расстояние между соседними осями планок см.

_{Рисунок 12 – Конструирование  решетки колонны}

Определяем условную поперечную силу, которая приходится на две плоскости планки:

         (70)

 

где - расчетная нагрузка на колонну, кН,

- значение коэффициента продольного  изгиба, ,

- расчетное сопротивление колонны, кН/см²,

Е – модуль упругости  стали, кН/см²,

кН.

 

Определяем усилие, действующее на одну планку:

кН

 

Срез планки:

,          (71)

 

где - усилие, действующее на одну планку, кН,

  - расстояние между соседними  осями планок,  см,

- ширина сечения колонны, 40 см,

кН.

 

Изгибающий момент планки:

кНсм.

 

Касательное напряжение в сварном шве должно удовлетворять  условию:

,        (72)

 

где - срез планки, кН,

- ширина планки, см,

- расчетное сопротивление углового  сварного шва по металлу, кН/см²,

    - высота катета сварного шва, k_f=6 мм,

  - коэффициент сварки 

 кН/см²<20 кН/см².

 

Нормальное  напряжение в сварном  шве должно удовлетворять условию:

,        (73)

 

где - изгибающий момент планки, кНсм,

- ширина планки, ,

- расчетное сопротивление углового  сварного шва по металлу,  ,

    - высота катета сварного шва, ,

  - коэффициент сварки 

кН/см²<20кН/см².

 

Результирующее напряжение в сварном  шве должно удовлетворять условию:

        (74)

 

где - касательное напряжение в сварном шве, кН/см²,

- нормальное напряжение в  сварном шве, кН/см²,

- расчетное сопротивление углового  сварного шва по металлу, кН/см² ,

кН/см²<20кН/см².

 

Таким образом, прочность  швов обеспечена.

 

 

 

3.4 Расчет и конструирование базы колонны

 

Нагрузку на базу принимаем с учетом веса колонны (двух ветвей), m=66,5 кг/м.

,                  (75)            

где - расчетная нагрузка на колонну, кН,

- фактическая длина колонны, см,

кН.

 

_{Требуемая площадь опорной  плиты:}

          (76)

 

где N_b- нагрузка на  базу с учетом веса колонны, кН,

R_Ф - расчетное сопротивление фундамента, R_Ф = кН/см²,

- расчетное сопротивление бетона на сжатие, кН/см²,

- коэффициент,

 см².

 

Конструктивно приняв толщину  траверсы t_mp=12 мм определяем размеры плиты. Длина плиты:

 мм=70 см.     (77)

 

где - расстояние от оси двутавра до края плиты, а=150 мм,

- ширина сечения колонны, 400 мм.

 

Ширина плиты:

          (78)

 

где  - требуемая площадь опорной плиты,  см²,

- длина опорной плиты, 70 см,

 см  39 см.

Рисунок 13- Сечение базы колонны

 

Проверяем достаточность  этих размеров на размещение ветвей колонны:

 мм=62,4 см.. Увеличиваем ширину плиты до 62,4см.

Разбиваем плиту на участки  в зависимости от из защемления и  определяем моменты на этих участках.

Напряжение под плитой:

,          (79)

 

где - нагрузка на  базу с учетом веса колонны, кН,

- длина опорной плиты, см,

- ширина плиты, см,

кН/см².

 

Изгибающий момент на первом участке:

         (80)

 

 где  коэффициент для плит, опертых по четырем сторонам,

- ширина сечения колонны, см,

- напряжение под плитой, кН/ cм²

кНсм.

 

Изгибающий момент на втором участке:

         (81)

 

 где  коэффициент для плит, опертых по трем сторонам,

- размеры участка, мм,

- напряжение под плитой, кН/см²

кНсм

 

Изгибающий момент на третьем  участке:

          (82)

 

 где с=10см – размеры участка,

- напряжение под плитой, кН/см²

кНсм.

 

Требуемая толщина плиты:

          (83)

 

где M_max - максимальное из моментов всех трех участок, кНсм,

- расчетное сопротивление колонны, =24,5 кН/см²,

 см.

 

Принимаем  мм.

Высоту траверсы принимаем из условия  прочности на срез угловых сварных швов:

,        (84)

 

где 1 см – учет непровара в сварном шве,

- расчетное сопротивление углового  сварного шва по металлу,  =20 кН/см²,

    - высота катета сварного шва, k_f=6 мм,

  - коэффициент сварки 

см.

 

Принимаем высоту траверсы см.

 

3.5 Расчет оголовка  колонны

 

Толщину ребра оголовка определяем из условия смятия ребра опорной реакцией главной балки:

,         (85)

 

где - расчетная нагрузка на колонну, кН,

- расчетное сопротивление смятию  торцовой поверхности, 

кН/см²,

 см,

см.

Принимаем мм.

Высоту ребра определяем по условию прочности сварных  швов:

        (86)

 

где 1см – учет непровара  в сварном шве,

- расчетное сопротивление углового сварного шва по металлу, ,

    - высота катета сварного шва, ,

  - коэффициент сварки 

см.

 

Принимаем высоту ребра см, толщина плиты оголовка

Рисунок 14 – Расчет оголовка колонны

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. _{СНиП  II-23-81 «Стальные конструкции. Нормы проектирования». М.: ЦИТП. 1990.}
2. _{Металлические конструкции. Под редакцией И.Е. Беленя. М.: Стройиздат, 1986.}
3. _{Лихтарников Я.М. и др. Расчет строительных конструкций. Справочное пособие. К.: Будiвельник, 1984.}
4. _{Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций. М.: Стройиздат, 1991.}