Расчет и конструирование несущих элементов балочной клетки

Расчетное усилие: Qгб = 1064,7 кН.

Компоновка опорного фланца:

 

 

 

Проверка на смятие опорного конца фланца:

 

= 36 кН/см2. Расчетное сопротивление смятию строганного конца определяю по таблице 51 (1).

Условие выполняется, прочность фланца при смятии обеспечена.

Проверка устойчивости опорного участка

 

 

 

 

 

Коэффициент продольного изгиба центрального сжатия стержня определяю по таблице 72 (1).

 

Условие выполняется, устойчивость фланца обеспечена.

Проектирование вертикального шва крепления фланца к стенке главной балки

 

 

Минимальный катет шва определяю по таблице 38 (1):

Максимальный катет шва

Расчетный катет

Коэффициенты глубины проплавления по таблице 34 (1):

Коэффициенты условий работы угловых швов: , ,

Расчет плоскости с минимальной несущей способностью:

- по  металлу шва (min)

- по  металлу границы сплавления 

 

Принимаю

. Условие выполняется.

Размещение болтов на нижней части фланца

Для обеспечения шарнирного соединения ставятся болты d = 20 мм, грубой точности, класса 4.6, с отверстием под болт dотв = 23 мм, обычные. Ставятся конструктивно на нижней половине фланца.

Расстояние центра болта до края элемента:

Расстояние между центрами болтов:

 

 

 

 

 

1. Проектирование монтажного стыка

Рис.7. Схема отправочных элементов главной балки

 

Определение несущей способности высокопрочного болта

Назначаю высокопрочный болт для стыка по таблице 62 (1). , сталь марки 40Х «селект» по ГОСТ 4573-71*, грубой точности.

 

Наименьшее временное сопротивление высокопрочных болтов разрыву по таблице 61 (1) равно:

Расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта равно:        

Способ обработки по таблице 36 (1) – дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации. Способ регулирования поясных болтов по α. Коэффициент трения и коэффициент надежности приняты по таблице 36 (1).

 

 

Площадь сечения болта по таблице 62 (1) равна:

Коэффициент условий работы соединения согласно п.11.13п (1) принят

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом

 

 

 

Расчетные усилия поясов и стенки

Наибольший изгибающий момент на поясах и стенке распределяется пропорционально плоскостям.

 

 

 

 

 

 

Расчет стыка пояса

 

 

 

Ширина наружной накладки по ширине пояса = 450 мм.

Ширина внутренней накладки равна

Назначаю накладки размерами 450×12 мм и две накладки размером         205×12 мм, так чтобы

 

 

Рис.8. Сечение накладок по пояса

 

Количество болтов на поясах

 

Принимаю

Размещаю болты согласно таблице 39 (1).

• Минимальное расстояние между центрами болтов

 

• Максимальное расстояние между центрами болтов

 

• Минимальное расстояние от центра болта до края элемента в обоих направлениях

 

• Максимальное расстояние от центра болта до края элемента в обоих направлениях

 

Проверка ослабленного сечения поясов на прочность

 

 

 

По п.1.14 (1) , то ослабленное сечение проверяется по условию площади

Прочность обеспечена, если выполняется условие

 

Проверка ослабленного сечения накладок

 

 

 

 

Условия выполняются, прочность ослабленных сечений поясов и накладок обеспечена.

Расчет стыка стенки

Длина накладки:

 

 

 

 

 

Размещаю болты по стенке с помощью коэффициента стыка α

 

 .

Таблица 2

	1,4	1,55	1,71	1,87	2,04	2,2	2,36
m	6	7	8	9	10	11	12

 

 

Принимаю шаг равный 13,7 см

 

 

Прочность обеспечена, если:

 

 

Условие выполняется.

2. Проектирование узла сопряжения балок в балочной клетке

Сопряжение балок в балочной клетке – этажное. Конструктивно назначаю диаметры болтов мм, грубой точности, класса 4.6, с отверстием под болт    мм, обычные.

              Рис.9. Стык стенки                   Рис.10. Расположение болтов в сечении пояса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Проектирование колонны
1. Определение расчетных длин колонны

 Нагрузка на наиболее загруженную  колонну собирается с грузовой  площади

 

Расчетное усилие – продольная сила равна:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 – коэффициент приведения расчетной длины колонны

Рис.11. Расчетная схема колонны

 

 

 

 

2. Подбор и проверка колонны сплошного сечения 

В соответствии с таблицей 50 (1) назначаю сталь С255. Расчетное сопротивление стали

Требуемая площадь сечения колонны:

 

- коэффициент  продольного изгиба, для предварительного  расчета принимаем 0,8.

Принимаю по сортаменту колонный двутавр 30К2 (ГОСТ 26020-83).

Геометрические характеристики сечения приведены в таблице 3

Таблица 3

Ax, см3	h, мм	Ix, см4	ix, см	bf, мм	Iy, см4	tf, мм	iy, см
122,7	300	20930,0	13,06	300,0	6980,0	15,5	7,54

 

Проверка гибкости колонны:

 

Проверка сечения по гибкости выполнена.

Проверка устойчивости колонны

 

Определяю по таблице 71(1) при и

 

 

Проверка величины недонапряжений:

 

 

Рис.12. Сечение колонны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Проектирование узлов колонны
1. Проектирование базы колонны

Проектирование опорной плиты

Назначаю бетон класса В15 по таблице 13 (3). Расчетное сопротивление бетона сжатию .

 

- для предварительного  расчета

Определяю требуемую площадь опорной плиты

 

Назначаю мм, величина мм, принимаю .

 

 

 

Назначаем анкерные болты мм, сталь 10Г2С1 (ГОСТ 19281-73*), мм.

Приму , тогда

 

Фактическое напряжение под опорной плитой равно:

  . Условие  выполняется.

Плита работает на изгиб, как пластина, опертая на контур колонны с траверсами под действием нагрузки:

 

Найду изгибающие моменты на опорных участках.

Участок №1 – консольный.

 

 

 

 

Участок №2 – с опорой на три стороны.

 

 - по таблице 4.7 (4).

Участок №3 – с опорой на четыре стороны.

 

 - по таблице 4.7 (4).

 

Назначаю сталь С255, ,

Толщина опорной плиты

 

Принимаю

Момент сопротивления опорной плиты

 

Прочность опорной плиты

 

Условие выполняется.

Проектирование траверс

 

Погонная расчетная нагрузка на траверсу:

 

 

 

 

 

 

Расчетное сечение траверсы:

 

 

 

Траверса рассчитывается как балка на двух опорах.

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена, если:

 

Прочность по касательным напряжениям обеспечена, если:

 

Прочность по приведенным напряжениям обеспечена, если:

 

Условия выполняются.

Проектирование сварного шва крепления траверсы к стержню колонны

Выбираю материалы для сварки по таблице 55 (1). Группа конструкции – 2, район строительства – II4, сталь С255, сварочная проволока – Св-08А (ГОСТ 2246-70*), флюс марки – АН-348А (ГОСТ 9087-81*), сварка автоматическая.

Расчетное сопротивление наплавляемого металла шва: по таблице 56(1).

Максимальная и минимальная толщины соединяемых элементов:

 

 

Расчетное сопротивление материала и нормативное временное сопротивление определяю по таблице 51 (1): , .

Расчетное сопротивление металла границы сплавления:

.

 

 

Минимальный катет шва

Максимальный катет шва

Расчетный катет шва

Коэффициенты глубины проплавления по таблице 34 (1):

Коэффициенты условий работы угловых швов: , ,

Расчет плоскости с минимальной несущей способностью:

- по  металлу шва

- по  металлу границы сплавления (min)

Прочность обеспечена, если:

 

 

 

Условие выполняется.

Проектирование сварного шва крепления торца колонны и траверсы к опорной плите

Так как сопрягаемые поверхности обрабатываются фрезеровкой, то шов назначается конструктивно с минимальным катетом шва.

Материалы для сварки оставляю такие же, как и для траверсы (сварочная проволока – Св-08А по ГОСТ 2246-70*, флюс марки – АН-348А по ГОСТ 9087-81*). Сварка полуавтоматическая, шов угловой, лобовой.

Рис.13. База колонны

 

 

 

 

 

 

2. Проектирование оголовка колонны

Проектирование опорной плиты

Принимаю размеры опорной плиты конструктивно:

 

 

 

Проектирование опорного столика:

Ширину и толщину опорного столика принимаю конструктивно:

 

 

Высоту опорного столика найду из расчета швов крепления столика к поясу колонны.

Выбираю материалы для сварки по таблице 55 (1). Группа конструкции – 2, район строительства – II4, сталь С255, сварочная проволока – Св-08А (ГОСТ 2246-70*), флюс марки – АН-348А (ГОСТ 9087-81*), сварка автоматическая.

Расчетное сопротивление наплавляемого металла шва: по таблице 56(1).

Максимальная и минимальная толщины соединяемых элементов:

 

 

Расчетное сопротивление материала и нормативное временное сопротивление определяю по таблице 51 (1): , .

Расчетное сопротивление металла границы сплавления:

.

Минимальный катет шва по таблице 38 (1). Вид

 

 

соединения – угловой, фланговый, вид сварки – полуавтоматическая.

Коэффициенты глубины проплавления по таблице 34 (1):

Коэффициенты условий работы угловых швов: , ,

- по  металлу шва (min)

- по  металлу границы сплавления 

Длину шва выразим из условия прочности:

 

 

Принимаю .

Высота опорного столика

 

Рис.14. Оголовок колонны

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. СНиП II.23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. – М.: Госстрой РФ, 1990.
2. СНиП 2.01.07-80*. Нагрузки и воздействия (с изменениями). – Введ. 1987-01-01. – М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000.
3. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.: Госстрой РФ,1991
4. Расчет стальных конструкций. Справочное пособие. Я.М. Лихтарников, В.М. Крылов, Д.В. Ладыженский, «Будивельник» Киев, 1990 г.; 350 с.