Балочная клетка рабочей площадки

 , где

 – условная гибкость стенки балки

, значит, стенку балки необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости.

Шаг ребер жесткости  , принимаем шаг ребер жесткости 2200 мм.

Ширина и толщина ребер жесткости:

Принимаем ребра жесткости (75х5) мм.

Рисунок 10 – Постановка ребер жесткости в главной балке

 

2.6. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов главной балки

1) Проверка местной  устойчивости полки

По [1, пункт 7.24]:

, где

_,

 следовательно, должно выполняться условие

.

Вывод: проверка выполняется, значит, местная устойчивость полки (пояса) обеспечена.

2) Проверка местной устойчивости стенки [1, пункт 7.4*]

 

Нормальное критическое  напряжение:

 где  (таблица 22 [1]), значит, тогда (таблица 21 [1]).

Касательное критическое напряжение

 и  в месте изменения сечения:

Вывод: проверка выполняется, значит, местная устойчивость стенки обеспечена, постановка ребер на расстоянии а = 2200мм возможна.

 

2.7 Проектирование опорной  части главной балки

Площадь сечения опорного ребра А_ор определяем из условия его местной прочности при смятии:

, где

 

Определяем размеры  опорного ребра:

Ширину ребра назначаем произвольно, учитывая, что 180мм ≤b _ор ≤ 400мм, но лучше ширину ребра увязать с шириной поясов, то есть при измененном сечении принять b_ор = b_f . Принимаем b_ор = 200мм, тогда по сортаменту принимаем t_ор=10 мм.

Рассчитываем сварные угловые швы

k_w^min = 4мм, так как толщина наиболее толстого из свариваемых элементов t_max = 10мм.

По [1, пункт 12.8] определяем максимальный катет сварного шва:

k_w^max = 1,2· t_min = 1,2·10 = 12мм, где t_min =10мм – наименьшая толщина свариваемых элементов.

Принимаем катет сварного шва 7 мм.

Длина рабочей части  шва 

Выполняем проверку опорной части балки на устойчивость:

 

_{Тогда по таблице 72 [1] находим}

Рисунок 11 – Опорная часть главной балки

Вывод: проверка выполняется значит устойчивость опорной части балки относительно оси х-х обеспечена.

 

 

2.8. Проектирование  монтажного стыка главной балки

1) Монтажный стык на  высокопрочных болтах

Монтажный стык осуществляется посередине пролета балки, в этой точке M = 1884,58кН·м, Q = 0. Стык на высокопрочных болтах, диаметром 20 мм из стали 40Х «селект» имеющей .

Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения определяется по [1, пункт 1.13*]:

, где

 – расчетное сопротивление  растяжению высокопрочного болта,

 – площадь сечения болта  нетто, определяемая по таблице 62* [1],

 – коэффициент условия  работы соединения, зависящий от  количества n болтов,

 – коэффициент трения, принимаемый  по таблице 36* [1],

 – коэффициент надежности, принимаемый по таблице 36* [1].

Стык поясов

Каждый пояс главной  балки перекрывается одной накладкой сечением 220х20 мм и двумя сечением 90х20 мм.

Вычисляем площадь сечения накладок:

 

Находим усилия в поясе:

Количество болтов для  прикрепления накладок:

, где

 – количество поверхностей  трения соединяемых элементов.

Принимаем 10 болтов и  размещаем их согласно рисунку 12.

Стык стенки

Стенку привариваем двумя вертикальными накладками сечением 960х320х12мм.

Определяем момент, действующий на стенку:

Расстояние между крайними по высоте рядами болтов принимаем:

_{Принимаем число вертикальных рядов болтов на полунакладке: m = 2.}

Определяем коэффициент  стыка:

, значит, принимаем 7 рядов с шагом 150 мм.

Проверяем стык стенки:

 где

Проверяем ослабление нижнего  растянутого пояса отверстиями под болты d₀=22мм (на 2 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

 условие не выполняется, следовательно, ослабление пояса необходимо учитывать:

А_усл = 1,18·А_П.НТ = 1,18·35,2 = 41,54см².

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

 – проверка выполняется

 

Рисунок 12 – Монтажный стык на высокопрочных болтах

2) Сварной монтажный  стык

Рисунок 13 – Сварной монтажный стык

 

Монтажный стык осуществляется посередине пролета балки. Сжатый пояс и стенку соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс косым швом под  углом 60^о. Такой стык является равнопрочным основному сечению балки и не рассчитывается. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов 500 мм заваривают при монтаже после сварки стыковых швов стенки и верхнего пояса.

 

2.9 Расчет сопряжений  балок

Принимаем этажное сопряжение балок, соединение балок конструируется с нерасчетными крепежными болтами. Принимаем болты диаметром 20 мм.

Рисунок 14 – Этажное сопряжение балок

 

3. Проектирование колонны

3.1 Подбор сечения колонны

Рисунок 15 – Расчетная схема колонны

1) Колонна сплошного  сечения

Отметка пола площадки по заданию – 9м.

_{Находим геометрическую длину колонны от фундамента до низа балок:}

_{, при этом принимаем  глубину заделки  686мм.}

Так как l_г > 10м, то колонна шарнирно закреплена в фундаменте, то есть расчетная схема колонны – шарнир, поэтому коэффициент приведения (коэффициент расчетной длины) μ = 1.

Для принятой расчетной  схемы 

Определяем расчетную  дину колонны:

_{Находим расчетное усилие в колонне:}

Задаемся гибкостью  колонны λ = 100, тогда по таблице 72 [1] находим коэффициент φ продольного изгиба центрально-сжатого элемента (колонны): φ = 0,556.

Из расчета на устойчивость центрально-сжатых стержней определяем требуемую площадь сечения колонны:

Находим требуемый радиус инерции сечения:

По сортаменту принимаем  для колонны профиль  30К4 с и

Выполняем 2 проверки:

1 – проверка устойчивости  колонны 

Фактическая гибкость колонны: , тогда

2 – проверка гибкости  колонны 

Определяем допустимую гибкость колонны по таблице 19*[1]: , где

Вывод: колонна подобрана нормально, так как проверка устойчивости и гибкости выполняется.

 

2) Колонна сквозного  сечения

а) Расчет относительно материальной оси х-х

    

• По сортаменту принимаем двутавр № 33 с площадью сечения и радиусом инерции

Проверка устойчивости:

, тогда 

Проверка гибкости:

Вывод: принятое сечение удовлетворяет условию устойчивости и гибкости относительно материальной оси, принимаем два двутавра № 33 с площадью сечения А = 107,6 см².

• По сортаменту принимаем  швеллер № 36y с площадью сечения и радиусом инерции

Проверка устойчивости:

, тогда 

Проверка гибкости:

Вывод: принятое сечение удовлетворяет условию устойчивости и гибкости относительно материальной оси, принимаем два швеллера № 36у с площадью сечения А = 106,8 см².

Окончательно принимаем колонну из двух швеллеров №36у, так как площадь двух швеллеров меньше площади двух двутавров.

б) Расчет относительно свободной оси y-y.

Определяем расстояние между ветвями колонны из условий  равноустойчивости колонны в  двух плоскостях , затем требуемую гибкость  относительно свободной оси:

, где

λ₁ =30 – гибкость ветви (назначаем).

Полученной гибкости соответствует радиус инерции  и требуемое расстояние между ветвями , α = 0,44 по таблице 8.1 [2].

Требуемое расстояние между ветвями должно быть не меньше двойной ширины полок швеллеров плюс зазор, необходимый для оправки внутренних поверхностей стержня. В данном случае , значит, для дальнейшего расчета принимаем b = 370 мм.

Проверка сечения относительно свободной оси:

Имеем из сортамента: , ,

_{Радиус  инерции сечения  стержня относительно свободной оси:}

_{Гибкость  стержня относительно свободной оси:}

Для вычисления приведенной  гибкости относительно свободной оси  проверяем соотношение:

Расчетная длина ветви (расстояние между планками):

Принимаем расстояние между  планками 93 см, сечение планок принимаем 320×250×8 мм.

 – расстояние между ветвями  в осях

_{lв = l0+250=930+250=1180мм – расстояние между осями планок}

При отношении погонных жесткостей планки и ветви более 5, приведенную гибкость вычисляем:

Так как  напряжение можно не проверять, колонна устойчива в двух плоскостях.

в) Расчет планок

Расчетная поперечная сила по таблице 8.2 [2]:

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани:

Изгибающий момент и  поперечная сила в месте прикрепления планки

Принимаем приварку планок к полкам швеллеров угловыми швами  с катетом шва k_м = 7мм.

Определяем, какое из сечений угловых швов по прочности, по металлу шва или по границе сплавления имеет решающее значение:

 (таблица 3 [1])

 (таблица 34* [2])

<

Вывод: необходима проверка шва по металлу шва.

Расчетная площадь шва:

Момент сопротивления  шва:

Напряжения в шве от момента и поперечной силы:

Проверяем прочность шва по равнодействующему напряжению:

Вывод: проверка выполняется.

Чтобы сохранить неизменяемость контура поперечного сечения  колонны, ветви колонн соединяем  поперечными диафрагмами, которые  ставим через 2,5 метра по высоте колонны.

Рисунок 16 – Поперечные диафрагмы

3.2 Расчет и  конструирование оголовка колонны

Так как балка крепится к колонне сбоку, то вертикальная реакция передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к стенкам колонны, а при опирании балок на столики, толщина и ширина столиков назначается конструктивно, из условия удобного и полного опирания опорных ребер. Ширину опорного столика назначаем конструктивно:

Толщину опорного столика  принимаем 30 мм.

Принимаем катет шва

Вычисляем требуемую суммарную длину фланговых швов:

Длина одного шва: ≤

Высота столика:

Вывод: толщина столика – 30 мм, ширина – 220мм, высота – 380 мм.

Рисунок 17 – Оголовок колонны

1.3 Проектирование базы колонны

Рисунок 18 – База колонны.

 

Материал базы – сталь С235, предел текучести R_y = 230МПа

Бетон фундамента М100, призменная прочность бетона R_пр = 4,4МПа

Расчетная нагрузка на колонну, включая ее собственный вес (93,8кг/м) N=1370,6кН+93,8кг/м·9,2м=1370,6кН+862,96кг=1370,6кН+8629,6Н=1370,6кН+8,6296кН=1379,2кН

Вычисляем требуемую площадь плиты базы:

, где

_{γ = 1,2 – коэффициент, увеличивающий сопротивление бетона смятию}

Конструируем опорную  плиту колонны с траверсами толщиной 10 мм

Вычисляем требуемую ширину плиты, исходя из конструктивных условий:

, где

_{bтр = 360мм – расстояние между ветвями траверсы (ширина сечения колонны),}

δ_тр = 10мм – толщина траверсы,

с = 60мм – свободный  выступ плиты за траверсу.

_{Определяем  длину плиты:}

Вывод: принимаем длину опорной плиты 530 мм, ширину 500 мм.

 

Фактическое напряжение, передаваемое на бетон колонной (под плитой базы)  при принятых размерах плиты:

Для определения толщины  плиты вычисляем изгибающие моменты на различных участках плиты:

Участок 1 –  опертый на 4 канта:

 (отношение более длинной стороны b к более короткой a)

α = 0,0501 (таблица 8.6 [2])

Участок 2 –  опертый на 3 канта:

(отношение закрепленной стороны  пластинки b₁ к свободной a₁)

Так как , то плита рассчитывается как консоль с вылетом с=b₁

Участок 3 –  консольный:

Вычисляем толщину плиты  по наибольшему моменту:

Вывод: принимаем толщину опорной плиты 30мм.

Расчет швов

Прикрепление траверс  к колонне:

Принимаем автоматическую сварку. Диаметр сварной проволоки (3-5) мм, положение шва – в лодочку.

Выбираем расчетный  случай, так как сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует  рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям – сечение по металлу шва и сечение по металлу границы сплавления.

По таблице 34* [1] находим коэффициенты: β_f = 1,1, β_z = 1,15.

По таблице 3 [1] находим:

– расчетное сопротивление сварного соединения с угловыми швами (по металлу шва),

 – расчетное сопротивление  сварного соединения с угловыми  швами (по металлу границы сплавления).