Рабочая площадка промышленного здания

λ_ef = √ λ_y² + λ_в² = √ 52² + 40² = 65,6  < λ_x = 67,7

   Так как  λ_ef < λ_x то φ_х = 0,76 < φ_y = 0,77 и устойчивость относительно оси Y – Y можно не проверять.

 

7.3 Расчет соединительных планок

7.3.1. Установление размеров планок.

d = (0,5 – 0,75) * b_к = (0,5 – 0,75)*42= 21 – 31,5 см

Принимаем d = 25 см.

Длина планки

b_S = d +2 * 4 = 21 + 2*4 = 29 см

Требования:

Принимаем t = 1.

d /  t = 25 / 1 = 25 < 30   →   условие выполнено.

b_S / t = 29 / 1 = 29 < 50   →   условие выполнено.

Так как условия удовлетворены, то выпучивания быть не должно.

Требуемое расстояние между планками

l_В^тр = λ_в *  ⁱ_y1 = 40*3,1 = 124 см

Требуемое расстояние между осями  планок

l^тр = l_В^тр + d = 124 + 25 = 149 см

I_S = t * d³ / 12 = 1*25³ / 12 = 1300 см⁴

I_В = I_y1 = 513 см⁴

I_S * l / (I_В * с) = 1300*118 / (513*36,64) = 8,16 > 5   →   условие выполнено.

7.3.2. Определение усилий в планках.

Фиктивная поперечная сила

Коэффициент  β 

Так как  φ_х = 0,76 < φ_y = 0,77, то φ_min = φ_х = 0,76.

φ_min / φ_y = 0,76 / 0,77= 0,987=1

N / (φ_y * 2 * A_B * R_y) = 171 * 10³ / (0,77*2*53,4*2450) = 0,849

Так как  φ_min / φ_y = 1 > N / (φ_y * 2 * A_B * R_y) то β = 0,849.

Q_fic = 7,15 * 10^-6 * 2 * A_B * E * β * (2330 * R_y / E – 1 ) =

      = 7,15 * 10^-6 * 2 * 53,4 * 2,1 * 10⁶ * 0,849 * (2330 * 2450 / (2,1 * 10⁶) – 1) = 2339 кг

Поперечная сила, действующая в  плоскости планок

Q_S = Q_fic / 2 = 1169,5 кг

Сила, срезывающая одну планку

F = Q_S * l / c = 1169,5*118 / 36,64 = 3766 кг

Момент, изгибающий планку в ее плоскости

М₁ = Q_S * l / 2 = 1169,5*118 / 2 = 69001 кг*см

7.3.3. Проверка прочности приварки планок.

Предусматриваем использование ручной сварки при изготовлении колонны. Принимаем, что планки прикрепляются к полкам швеллеров угловыми швами с высотой катета K_f = 8 мм < t с заводкой швов за торец на 20 мм.

По таблице 55* СниП II – 23 – 81*  для района ll₅ и стали марки С245  принимаем электроды марки Э42 (ГОСТ 9467 – 75).

Коэффициенты, учитывающие форму  поперечного сечения шва  β_f = 0,7;           β_z = 1,0.

Коэффициенты условий работы шва  γ_wf = γ_wz = 1,0 (пункт 11.2 СНиП II – 23 – 81*).

R_wf = 1850 кг/см² (таблица 56* СниП II – 23 – 81*).

R_un = 3700 кг/см² (таблица 51* СниП II – 23 – 81*).

R_wz = 0,45 * R_un = 0,45*3700 = 1665 кг/см²

1,1 < R_wf / R_wz = 1850 / 1665 = 1,11 < β_z / β_f = 1,0 / 0,7 = 1,43   →   условие выполнено.

Напряжение в шве 

τ_F = F / (β_f * K_f *a) = 3766 / (0,7*0,8*25) = 269 кг/см²

τ_М1 = 6 * М₁ / (β_f * K_f *a²) = 6*69001 / (0,7*0,8*25²) = 1183 кг/см²

Условие прочности шва

τ = √ τ_F² + τ_M1² = √ 269² + 1183² = 1213 кг/см² < R_wf * γ_wf * γ_c = 1850 * 1,0 * 1 = 1850 кг/см² →    прочность шва обеспечена с большим запасом.

Уменьшаем катет шва до  K_f = 6 мм.

τ =  1213 *0,8/0,6 = 1617 кг/см² < R_wf * γ_wf * γ_c = 1850 * 1,0 * 1 = 1850 кг/см² →    прочность обеспечена.

Прочность планок заведомо обеспечена, так как толщина планки t = 10 мм > K_f = 6 мм.

7.4 Расчет базы

7.4.1. Определение размеров плиты в плане.

Расчетное сопротивление смятию бетона фундамента.

Принимаем  ξ = ³ √ А_ф / А_пл = 1,2

Призменная прочность бетона М150  R_с = 70 кг/см²

R_ф = ξ * R_с = 1,2*70 = 84 кг/см²

Требуемая площадь плиты

А_пл^тр = N / R_ф = 171*10³ / 84 = 2036 см²

Ширина плиты из конструктивных соображений

Принимаем с = 5 см.

В_пл = h_к + 2 * t_тр + 2 * c = 36 + 2*1,0 + 2*5,0 = 48,0 см

Требуемая длина плиты

L_пл^тр = А_пл^тр / В_пл = 2036 / 48 = 42,42 см

Требуемая длина плиты из конструктивных соображений

Принимаем а₁ = 100 мм (для размещения «плавающей» шайбы под гайки фундаментных болтов).

L_пл^тр = b_к + 2 * а₁ = 42,0 + 2*10,0 = 62,0 см

Окончательно принимаем  L_пл = 62,0 см.

7.4.2. Определение толщины плиты.

Плита работает на изгиб как пластинка, опертая на траверсы и торец стержня и нагруженная равномерно распределенным (условно) реактивным давлением фундамента.

q = N / (В_пл * L_пл) = 171*10³ / (48*62) = 57,5 кг/см² < R_ф = 84 кг/см²

Максимальные моменты для отдельных  участков плиты

I участок (плита работает как пластинка, опертая по контуру)

Коэффициент, зависящий от отношения  более длинной части стороны  участка «а» к более короткой «b»  α

а / b = 42/36 = 1,2  → α = 0,063

М_l = α * q * b² = 0,063*84*36² = 6858 кг*см

II участок (плита работает как пластинка, опертая по трем сторонам)

Коэффициент, зависящий от отношения  закрепленной стороны «а₁» к незакрепленной «b₁»  α₁

а₁ / b₁ = 10 / 36 = 0,28 < 0,5

Так как  а₁ / b₁ = 0,25 < 0,5, то плита работает как консоль вылетом а₁ = 10 см.

М_ll = 0,5 * q * а₁² = 0,5*84*10² = 4200 кг*см

III участок (плита работает как консоль)

М_lll = 0,5 * q * с² = 0,5*84*5,0² = 1050 кг*см

По таблице 50* СниП II – 23 – 81* для плиты принимаем сталь С235 (ГОСТ  27772-88).

По   таблице  51*  СниП  II – 23 – 81*   для проката    из   стали С235 (ГОСТ  27772-88).    при    толщине       t = 20 – 40 мм расчетное сопротивление материала по пределу текучести R_y = 2250 кг/см².

 

Требуемая толщина плиты

t_пл^тр = √ 6 * M_max / (R_y * γ_c) = √ 6*6858 / (2250*1) = 4,28 см, так как толщина плиты не              превышает 4 см дополнительное ребро вводим на участке I.

Рассмотрим участок Ia:

a = h_k = 36,0 см,

b = 0,5*b_k = 0,5*42,0 = 21 см,

а/b = 36,0/21 = 1,71

α = 0,091

M_Ia = 0,091*84*21 = 3371 кгсм

В этом случае M_мах = M_II

t_пл^тр = √ 6 * M_max / (R_y * γ_c) = √ 6*4200 / (2250*1) = 3,34 см

 

Принимаем  t_пл = 36 мм > t_пл^тр = 33,4 мм.

7.4.3. Расчет траверсы.

Требуемая высота траверсы

При  K_f = 1,0 см < 1,2 * t_трав = 1,2*1,0 = 1,2 см

h_трав^тр = N / (4 * β_f * K_f * R_wf * γ_c * γ_wf) + 1,0 = 171*10³/(4*0,7*1,0*1850*1*1,0)+1,0= 34см

Принимаем  h_трав = 34 см

Приближенная проверка траверсы по прочности

Нагрузка на единицу длины опорного листа траверсы

q_трав = q * В_пл / 2 = 84*48 / 2 = 2016 кг / см

Изгибающий момент и поперечная сила в места приварки к колонне

М_трав = 0,5 * q_трав *а₁² = 0,5*2016*10² = 100800 кг*см

Q_трав = q_трав *а₁ = 2016* 10 = 20160 кг

Момент сопротивления сечения  листа

W_трав = t_трав * h_трав² / 6 = 1,0*34² / 6 = 193 см³

Проверка прочности

σ = М_трав / W_трав = 100800/ 193 = 522 кг/см² < R_y * γ_c = 2250*1,0 = 2250 кг/см²

τ = Q_трав/(h_трав*t_трав) = 20160/(34*1,0) = 593 кг/см² < R_S

σ_пр = √σ² + 3 * τ² = √ 522² + 3*593² = 790 кг/см² < R_y * γ_c = 2250*1,0 = 2250 кг/см²   →  прочность траверсы обеспечена

7.4.4. Расчет дополнительного ребра.

Принимаем толщину дополнительного  ребра t_p = 1,0 см, тогда нагрузка на него:

Np = q* b_k/2*h_k = 84*42/2*36 = 63504 кг

Принимаем высоту катета K_f = 1,0 см, из условия прочности швов:

hp^тр = 63504/4*0,7*1,0*1850*1,0*1,0 = 12,3 см, принимаем hp^тр = 13 cм < 30

Во избежание выпучивания: 36/1 = 36 < 50

 

7.5 Расчет оголовка

Конструктивно принимаем  t'_пл = 2,0 см и K_f = 1,0 см.

Высота диафрагмы из условия  прочности сварных швов

h_д^тр = N / (4 * β_f * K_f * R_wf * γ_c * γ_wf) + 1,0 = 171*10³/(4*0,7*1,0*1850*1*1,0) + 1,0 = 34 см

Принимаем  h_д = 34 см

Требуемая толщина диафрагмы из условия прочности торца на смятие

t_д.см^тр = N / ((b_f' + 2 * t_пл' ) * R_p) = 171*10³ / ((22 +2*2,0)*3510) = 1,87 см

Требуемая толщина диафрагмы из условия прочности на срез

t_д.ср^тр = N / (2 * h_д * R_S) = 171*10³ / (2*44*1421) = 1,37 см

R_S =0,58* R_y =1421 кг/см²  

Принимаем t_д = 2 см > t_д.ср^тр = 1,37 см

Толщина планок, к которым крепится диафрагма

t_пл ≥ 0,5 t_д = 0,5*2 = 10 мм

Принимаем  t_пл = 1,0 см.

Принятая конструкция оголовка

 

 

             

 

 

 

 

Список литературы:

1. СНиП П-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1982. 96 с.
2. СНиП П-6-74. Нагрузки воздействия. Госстой СССР. М.: Стройиздат, 1976. 54 с.
3. Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под  ред. Е.И. Беленя. – 6-е изд., перераб./ М.: Стройиздат, 1985. 560стр.
4. Михайлов А.М. Сварные конструкции. И., Стройиздат, 1983. 367 с.
5. Лапшин Б.С. К расчету балок в упругопластической стадии по СНиП П-23-81. – В кн.: Металлические конструкции и испытания сооружений: межвуз. темат. сб. тр. Л.: ЛИСИ, 1984, с. 68-75.