Балочная клетка

 

Условие обеспечения местной  устойчивости выполняется.

Проверка устойчивости стенки:

 найдено нами ранее.

Поперечные ребра устанавливаются  под каждой балкой настила.Следовательно, необходима проверка устойчивости стенки по формуле:

 

 

Рассчитываем второй отсек между ребрами жесткости, на который попадает место изменения сечения. Проверку ведем в сечении 2-2, где действуют нормальные, касательные и местные напряжения:

Действующие напряжения:

Нормальные напряжения в  точке А сечения 2-2:

 

Касательные напряжения:

 

Критические нормальные напряжения:

Параметр где – для балок рабочих площадок.

 Критические напряжения  определяются по формуле:

 

где коэффициент  определяется по таблице 12 [2] в зависимости от  .

 

Критические касательные  напряжения:

 

 

 

 

 

 

Проверка выполняется.

Размеры ребер жесткости:

Принимаем парные ребра жесткости, тогда:

 

Принимаем .

, принимаем 

9 Расчет соединения поясов балки со стенкой

Рисунок 19 – Сварные швы сопряжения полки и стенки балки 

В сварных балках полка  соединяется со стенкой сварными швами, которые работают на сдвигающую силу Т между этими элементами. Вертикальную составляющую V (рисунок 12), при наличии ребер жесткости под балками настила, можно не учитывать.

 

Q =кН – поперечная сила на опоре;

S_f = см³ – статический момент инерции полки уменьшенного сечения;

I₁ = м⁴ – момент инерции уменьшенного сечения;

Сила T воспринимается двумя  сварными швами и не должна превышать  их несущей способности на единице  длины:

, отсюда .

Швы выполняем двусторонние, автоматической сваркой в лодочку  под слоем флюса, сварочной проволокой Св-08А.

 – расчетное сопротивление  сварного углового шва;

– коэффициенты, учитывающие глубину  проплавления сварного шва;

 – наименьшая величина из двух, определяемых по границе сплавления или по металлу сварного шва;

 – коэффициент условий работы.

 – нормативное сопротивление  стали;

 

 

 

;

 

Окончательно катет сварного шва принимается с учетом рекомендаций таблицы 38 [2].

В зависимости от толщины  полки , предела текучести свариваемой стали, вида сварки (двусторонний шов) минимальный катет швов принимается 6 мм.

 

Принимаем

 

10 Расчет фрикционного соединения для укрупнительного стыка балки

Несущая способность болта

Стык находится в середине пролета балки, где:

Примем высокопрочные  болты d = 20 мм из стали 40Х, обработку фрикционных поверхностей газопламенным способом (контроль натяжения болтов по крутящему моменту):

 – расчетное сопротивление  растяжению высокопрочных болтов (табл. Г8 [2]);

- площадь сечения болта нетто (по нарезке) (таблица Г.9 [2]);

- из табл. 42;

 

 - коэффициент условий работы соединения на высокопрочных болтах, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия:

0,8 при n < 5;

0,9 при 5 £ n < 10;

1,0 при n ³ 10.

- две плоскости трения;

Стык поясов

Каждый пояс балки перекрываем  тремя накладками, так чтобы суммарная  площадь накладок была больше площади  пояса, т.е.

Площадь пояса:

 

Толщина накладок:

 

Принимаем накладки сечением 450х10 и две 200х10. Тогда площадь накладки:

 

 

Условие выполняется.

Усилия в поясе: 

 

 

 

Количество болтов  в  соединении:

 

Примем n = 14 болтов.

Чтобы распределить болты  надо вычислить минимальные и  максимальные расстояния по рекомендациям  таблицы 40 [2] (таблица 2). Диаметр отверстия для болта принимаем на 2 мм больше диаметра стержня болта. .

Таблица 2 – Предельные расстояния между центрами отверстий

	Расстояния между болтами:	Расстояния до края:
min	2,5do  = 2,522 = 55 мм	1,3do = 1,322 = 28,6 мм
max	8do  = 822 = 176 мм 12t = 12 10 = 120 мм	4do  = 422 = 88 мм  8t = 8 10 = 80 мм

 

Размещение болтов в соответствие с предельными расстояниями представлено на рисунке 13.

Рисунок 20 – Размещение болтов на полке балки

Проверка пояса по ослабленному сечению:  

 

 

 

 

 

 

Проверка выполняется.

Стык стенки

Момент, действующий на стенку:

 

	Расстояния между болтами:	Расстояния до края:
min	2,5do  = 2,522 = 55 мм	1,3do = 1,322 = 28,6 мм
max	8do  = 822 = 176 мм 12t = 12 9 = 108 мм	4do  = 422 = 88 мм  8t = 8 9 = 72 мм

 

Рисунок 21 – Размещение болтов на стенке балки

Принимаем расстояние между  крайними по высоте рядами болтов:

 

Принимаем 13 рядов болтов по горизонтали с шагом 105 мм.

Проверка стыка стенки:

 

 

 

Условие выполняется.

Размер накладки: 330×1320×9.

 

11. Расчет опорного ребра составной главной балки

 

Рисунок 22 – Схема операния главной балки

Опорное ребро главной  составной балки будем считать  на сжимающую силу R =V,

Определение требуемой площади  ребра, исходя из расчета на смятие:

  

 

Принимаем опорное ребро  180х18 мм, A_s  =3240 мм² _.

Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно оси z:

Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

Тогда, гибкость относительно оси OZ:

Момент инерции относительно оси OZ:

Радиус инерции относительно оси OZ:

Получим:

Коэффициент продольного  изгиба:

Проверка напряжений в  ребре:

- проверка выполняется.

Расчет сварных швов, прикрепляющих  опорное ребро к стенке балки:

Сварка полуавтоматическая в среде СО₂ – по ГОСТ 8050-85.Согласно таблице 55* принимаем сварочную проволоку марки СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-70^*, d=2 мм - диаметр сварной проволоки.

, где 

Катет сварного шва:

 по табл 38^*  СНиП, принимаю

Длина шва:

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

 

12. Сопряжение балок

Принимаем болты d=20мм, класс точности “В”, класс прочности 5.6. Диаметр отверстия d_o=d+3мм=23мм.

Расчетная балка №1.

Главная балка соединяется  с Б1 (I 33).

Задаемся ɣ_b=0,9

Тогда: , принимаю 2 болта.

Расстояния между болтами:

• Минимальное расстояние

- между болтами

- до края элемента поперек  усилия

- до края элемента вдоль  усилия

• Максимальное расстояние

 или  - между болтами

 или  - до края элемента

Уточняем ɣ_b:

 

=1,25>0,9

 

Рисунок 23 - Болтовое соединение главной балки и Б1

 

Расчетная балка №2.

Балка Б2 (I 36) соединяется главной балкой.

Задаемся ɣ_b=0,9

Тогда: , принимаю 2 болта.

Расстояния между болтами:

• Минимальное расстояние

- между болтами

- до края элемента поперек  усилия

- до края элемента вдоль  усилия

• Максимальное расстояние

 или  - между болтами

 или  - до края элемента

Уточняем ɣ_b:

 

=1,4>0,9

Рисунок 24 - Болтовое соединение балок Б2 и главной балки.

 

Расчетная балка №3.

Балка Б3 (I 20) соединяется с балками Б6 и Б7 ( I 50).

Принимаем болты диаметром класса прочности 5.6, класса точности B.

Тогда

- площадь сечения болтов согласно  табл. Г9 [2].

Задаемся ɣ_b=0,9

Тогда: , принимаю 2 болта.

Расстояния между болтами:

• Минимальное расстояние

- между болтами

- до края элемента поперек  усилия

- до края элемента вдоль  усилия

• Максимальное расстояние

 или  - между болтами

 или  - до края элемента

Уточняем ɣ_b:

 

=1,1>0,9

Рисунок 25 - Болтовое соединение балок Б3 с Б7 и Б6

 

Расчетная балка №4.

Балка Б4 (I 18) соединяется с балками Б6 и Б7 ( I 50).

Принимаем болты диаметром класса прочности 5.6, класса точности B.

Тогда

- площадь сечения болтов согласно  табл. Г9 [2].

Задаемся ɣ_b=0,9

Тогда: , принимаю 2 болта.

Расстояния между болтами:

• Минимальное расстояние

- между болтами

- до края элемента поперек  усилия

- до края элемента вдоль  усилия

• Максимальное расстояние

 или  - между болтами

 или  - до края элемента

Уточняем ɣ_b:

 

=1,1>0,9

Рисунок 26 - Болтовое соединение балок Б4 с Б7 и Б6

 

Расчетная балка №5.

Балка Б4 (I 18) соединяется  с балками Б6 и Б7 ( I 50).

Принимаем болты диаметром класса прочности 5.6, класса точности B.

Тогда

- площадь сечения болтов согласно  табл. Г9 [2].

Задаемся ɣ_b=0,9

Тогда: , принимаю 2 болта.

Расстояния между болтами:

• Минимальное расстояние

- между болтами

- до края элемента поперек  усилия

- до края элемента вдоль усилия

• Максимальное расстояние

 или  - между болтами

 или  - до края элемента

Уточняем ɣ_b:

 

=0,947>0,9

Рисунок 27 - Болтовое соединение балок Б5 с Б7 и Б6

 

Расчетная балка №6.

Главная балка соединяется  с Б6 (I 50) и с Б7 (I 50), так как балки выполнены из одинаковых двутавров, то расчет производим по наибольшему усилию.

Принимаем болты d=20мм, класс точности “В”, класс прочности 5.6.

Расстояния между болтами:

• Минимальное расстояние

- между болтами

- до края элемента поперек  усилия

- до края элемента вдоль  усилия

• Максимальное расстояние

 или  - между болтами

 или  - до края элемента

Рисунок 28 - Соединение главной балки с Б6 и Б7 через опорный столик.

 

 

12 Выбор типа, компоновка и подбор сечения стальной колонны

 

12.1 Выбор типа колонны

Схема опирания балок на колонну представлена на рисунке 19.

 

Рисунок 29 – Схема опирания балок на колонну

 

Определим продольную силу:

N=kR

N – продольная сила;

к =1,01 – коэффициент, учитывающий вес  колонн;

 

Q_гл.б.1  и Q_гл.б.2– максимальная поперечная сила главной балки 1 и 2 ячейки соответственно;

 

 

N=1,01·(1082,51+1136,8)=2241,5 кН

Определим расчетную длину колонны:

Принимаем сопряжение колонны с фундаментом  – шарнирное относительно обеих  осей.

 

 

l _g – геометрическая длина колонны;

H = 7800мм – отметка верха настила;

h_базы = 600мм – принятая величина заглубления опорной плиты базы колонны ниже уровня нулевой отметки пола;

t_d = 14мм – толщина настила;

h_m.b. =1436мм – высота главной балки;

 

 

l_x и l_y – расчетные длины колонны в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

 

12.2 Компоновка и подбор сечения колонны

                 

Рисунок 30 - Сечение сквозной колонны.

 

Назначим  материалы для колонны:

Согласно  табл. В1 для группы конструкций 3 принимаем сталь С245 ГОСТ 27772-88*, для которой расчетное сопротивление Ry = 240 МПа, нормативное сопротивление Run = 370 МПа.

 

Расчет  относительно материальной оси:

Определим требуемую площадь поперечного  сечения ветви колонны:

 

 

A_b.cal - требуемая площадь поперечного сечения ветви колонны;

φ_хо = 0,8 - предварительное значение коэффициента продольного изгиба.

В соответствии с ГОСТ 8240-93 принимаем ветвь колонны из швеллера [ 40 со следующими характеристиками:

 

A_b, A_шв – площадь поперечного сечения швеллера;

i_x – радиус инерции относительно оси х;

i_y – радиус инерции относительно оси y;

I_y0 – момент инерции швеллера относительно собственной оси Y;

z₀ – расстояние от оси y-y до наружной грани стенки швеллера;

 

Фактическая гибкость относительно оси х:

 

 

λ_x – фактическая гибкость относительно оси х;

l_x =6950мм – расчетная длина колонны в плоскости оси x;

i_x = 157см – радиус инерции относительно оси х.