Металлические конструкции

     Последовательность  выполнения монтажного стыкового шва:

     1 – сварка поперечных  стыковых швов стенки балки

     2 – сварка поясов  балки

     3 – угловая сварка  поясов балки 
 

рис. 3.7.

Раздел  IV

4. Расчет колонны

     Колонны рабочих площадок работают на центральное  сжатие. Высота колонны принимается равной  расстоянию от низа главной балки перекрытия до  верха фундамента.       Расчетная длина колонны определяется   в  зависимости  от  конструктивного решения  сопряжения  ее  с вышележащими балками и фундаментом.

     l₀ = μl

где l – геометрическа длина колонны м/у точками закрепления

      μ – коэфф. расчетной длины, принимаемый μ = 0,7 (для защемленной опоры колонны)

     l = H – h_пер = 5-0,1-1,25-0,023= 3,7 м

     l₀ = lμ; μ = 0,7; 

     тогда l_о = 0,7*3,7 = 2,6 м ;

     Нагрузкой, действующей  на  колонну, являются  опорные реакции  балок  и собственный  вес колонны:

     N = 2Q

     Q – опорная реакция главной балки

     N = 2*876,6 = 1753,2 кН 

                             4.2. Расчет стержня сплошной колонны.

 1) Предварительно задается гибкость стержня и соответствующий ей коэффициент продольного изгиба φ принимается по (табл. 72 СНиПа II-23-81*) Гибкость следует задавать в пределах λ = 100-70 для данной нагрузки.

1)Примем  λ=70  φ=0,754.

2) Определим требуемую  площадь сечения  стержня колонны:

     A_тр = N/φR_yγ_c = 1753,2/0,754*23*1 = 101,3см²

3)Вычисляем  радиус инерции

i_х^тр= l₀/λ = 260/70 = 3,7 см   b_тр=i_тр/К₂=16,6

где l₀ = l = 2,6 м = 260 см

По  сортаменту ГОСТ 8240-97 принимаем  швеллер № 26К3 с характеристиками сечений:

A_в = 105,9см²; h = 262 см; I_x = 11,32см⁴; I_y = 6,55см⁴; i_х = 11,32 см; i_y = 6,55 см; t_w=10; h_f=15.5.

4)Проверяем  напряжение по  подобранному сечению:

Q=N(φA)<R_yyc

λ_x=l₀/i_x=260/11.32=22.9

λ_y=l₀/ τ_y=260/6.55=39.6

По  максимальной гибкости находим λ=39,6   φ=0,895

Q=1753.2/0.895*105.9=18.5кН/см²<23кН/см²

Устойчивость  сечения обеспечена.

5)Проверяем местную устойчивость:

λ¹=λ= √R_y/E=39,06√23/2,06*10⁴=1,18

h_w/t_w<2.3√R_y/E

64/1<2.3√2.06*10⁴/23=68.83

  следовательно постановки  поперечных ребер  не нужно.

6)Для  обеспечения местной устойчивости полки отношение свеса полки к толщине не должно превышать значений.

b_f/t_f<(0.36+0.1 λ¹) √E/R_Y=126/15,5=8,1<(0.36+0.1*1.18) √2.06*10⁴/23=14.29

где b _bf =(b_f-t_f)/2=(26.2-1)/2=12.6см

Устойчивость  полки выполняется.

7)Проверяем  местную устойчивость:

λ¹=λ= √R_y/E=39,06√23/2,06*10⁴=1,18

h_w/t_w=(0,36+0,8 λ¹²) E/R_y<2.3√ E/R_y

26.9/1=26.9<(0.36+0.8+1.18²) √2.06*10⁴/23<2.3√2.06*10⁴/23=26.9<76.3<68.7

Следовательно постановка поперечных ребер необходима.

Для укрепления контура  сечения и стенки колонны ставим 2 поперечных ребра  на расстоянии 2,5м  друг от друга.

Ширина  высотной части равна b_h=h_w/30+40=269/30+40=50мм

Толщина ребра равна 2b_h√ E/R_y=2*23/50√2.06*10⁴=3мм

Определяем  расход металла на одну колонну

M=83.1*3.7+3*0.05*0.269+3*7.85=331.06кг 

4.3. Расчет базы колонны

Так как в расчетной  схеме принято  жесткое  сопряжение колонны и фундамента, анкеры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затягиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны.

1) Расчетное сопротивление материала фундамента осевому сжатию:

R_ф = R_bγ = 4,5*1,2 = 5,4 МПа

R_b = 4,5   для бетона марки В 7,5;

2) Назначим ширину  опорной плиты:

     B = b + 2t_T + 2С

     где b=26,0 мм – ширина колонны

     С < √5,33R_y/R_ф  (свес плиты)

     С <√5,33*23/5,4 = 4,76 см

t_T  - толщ. траверсы, принятая предварительно t_T = 8 мм

     В = 26+2*8+2*4=50 см

3) Длина опорной  плиты:

L = N/R_фВ = 1753,2/0,54*50 = 64,9 см

Принимаем плиту 500*650 мм

4) Реактивное давление  фундамента:

q = N/BL = 1753,2/500*65 = 0,53 кН/см² ≤ R_ф =0,72 кН/см²

5) Констр. базу колонны с траверс. толщ. 8 мм, привариваем их к полкам колонны и к плите угловыми швами. Вычислим изгибающий момент на разных участках   для предельной толщины плиты: 

Участок 1, опертых на 4 канта

Отношение сторон b/a=262/260=1,076 ; а=0,053

Максим. изгиб. момент для  каждого участка:

М = αqd²

           М₁ = 0,48*0,053*26 ² = 4,07 кН*см

     Участок 2, консольный

     М₂ = 0,5*0,48*4² = 3,84 кН*см

     М_мах = М₁ = 17,46 кН*см

6) Требуемая толщина  плиты:

t^тр_пл = √6М_мах/R_yγ_c = √6*17,46/23*1 = 2,13  см .Принимаем толщину плиты 25 мм

7) g_Т = qB/2 = 0,53*50/2 = 13,25 кН

Изгибающий  момент в траверсе :

М_Т = g_Тd_T²/2 = 13,25*65²/2 = 27990 кН*см

8) Прикрепление траверсы  к колонне выполняется  полуавтоматической сваркой в углекислом газе  сварной проволокой Св08Г2С.

Толщину траверс принимаем  t_тр=8 мм

Прикрепление  рассчитываем по металлу  шва, принимая катет  угловых швов к_ш=8 мм.

     R_wf=215 МПа=21.5 кН/см2

     β_f  = 0,7; R_wz= 0.45*370=166,5МПа = 16,65 кН/см²

h_T = (N/4β_fk_fR_wfγ_wfγ_c ) + 1 см ≤ 85β_fk_f

     h_T = 17,53,2/4*0,7*0,8*23,5*1*1  + 1см = 34,3см < 85*0,7*0,8 = 47,6 см

9) Прочность траверсы:

σ = 6 М_Т/ t_T h_T³ ≤ R_yγ_c = 6*27990/0,8*34,3³ = 5,2<23

10) Толщина швов, прикрепляющих траверсу к плите:

k_f = N_Т/β_fl_wR_wfγ_wfγ_c = 861,25/0,7*23,5*1*1*17,2= 0,3 см=3мм

  N_Т = g_ТL = 13,25*65 = 861,25 кН

l_w = N/(4* β_f k_f R_wz) =1753,2/(4*0.7*0.8*16.65)=17,2 см

       k_f = N_Т/β_wzR_wzγ_zfγ_c=861,25/1*172*16.65*1*1=0.55 см

    Принимаем минимальную толщину  швов по (табл. 38 СНиПа  II-23-81*)

k_f = 5 мм

    В соответствии с табл. 38 СНиП при толщине  плиты 25 мм минимальный катет шва равен k_{f min} = 5 мм. 

   4.4. Расчет оголовков  колонн.

   1) По конструктивным  соображениям назначаем  размеры опорной  плиты 340х340х40 мм

   2) Т.к. верхний конец  колонны фрезерован , то толщину сварных швов, прикрепляющих плиту у стержню, принимаем конструктивно по  (табл. 38  СНиПа II-23-81*)  k_f = 8 мм 
 

     
 
 
 
 
 
 
 

   рис .4.2.

   Ширину  ребра b_r′ принимаем не менее половины ширины торцевого опорного ребра балки b_r = 18 см.

   b_r′ = 10 см

   3) Толщина ребра  оголовка колонны  по условию работы  на смятие:

     t_p = N/( b_r + 2 t_оп.пл.)R_pγ_c

   R_p = 351Мпа (для С235 по СНиП II-23-81*)

   t_p = 1753,2/(18 + 2*4)33,6*1,1 = 2см

   Принимаем t_p = 20 мм

   4) Приварку вертикального  ребра к стенке  колонны принимаем  полуавтоматичекой, сварной проволокой Св-08ГА

   Длина ребра по условию  прикрепления его  к стержню колонны:

   l_r = N/4β_fk_fR_wfγ_wfγ_c ≤ 85β_fk_f

   R_wf = 0,55R_wun/γ_wf = 0.55*450/1,25 = 19,8 МПа

   R_wun = 450 MПа (для проволоки Св-08ГА по табл.4* СНиП II-23-81*)

   γ_wf = 1,25 при R_wun < 490 Мпа.

   k_f = 6 мм

   β_f = 0,9

   l_r =1976/4*0,9*0,6*19,8*1*1 = 46,2 см > 85*0,9*0,6 = 45,9 см

   Условие выполняется.

   Принимаем длину вертикальных ребер 410 мм.

   6) Принятое сечение  проверим на срез:

   τ = N/2t_rl_r ≤ R_sγ_с

   R_s = 0,58R_yn/γ_m = 0,58*235/1,025 = 133 МПа = 13,3 кН/см²

   τ = 1753,2/2*2,0*40 = 10,9 < 13,3*1

   7) Размеры горизонтальных  ребер оголовка  принимаем конструктивно         110х260х20

   8) Приварку горизонтальных  ребер  к стенке  колонны принимаем  полуавтоматичекой, сварной проволокой Св-08ГА

   k_f = N/β_fl_wR_wfγ_wfγ_c = 1753,2/0,9*(2*260)*19,8*1*1 = 0,19 см

   Принимаем минимальное значение k_f = 6 мм для данной толщины ребра (20 мм) 
 
 
 
 

    Раздел V

         5. Расчет связей

   5.1.Расчет  портальной связи 

N₁ = T/cosα=71,4/cos30⁰=88.64кН

T = 3Q_fic=3*23,8=71,4