Балочная клетка

 

Проверка  общей устойчивости:

 

- коэффициент продольного изгиба

Рассчитаем  колонну относительно свободной  оси:

Определим требуемую гибкость сквозной колонны  относительно свободной оси Y:

 

λ_y,сal – требуемая гибкость сквозной колонны относительно свободной оси Y;

λ_b =30 – фактическая гибкость ветви относительно главной центральной оси ветви, параллельной стенке швеллера;

Определим требуемый радиус инерции сечения  относительно оси Y:

 

i_y,cal – требуемый радиус инерции сечения относительно свободной оси Y;

l_y =695 cм– расчетная длина колонны в плоскости оси y;

λ_y,cal =32,56 – требуемая гибкость сквозной колонны относительно свободной оси Y;

 

Определим требуемую ширину сечения колонны:

 

 

B_cal – требуемая ширина колонны;

i_y,cal = 21,35см– требуемый радиус инерции сечения относительно свободной оси Y;

α_y = 0,44– коэффициент, связывающий размер поперечного сечения с радиусом инерции относительно оси Y.

Назначаем ширину колонны кратно 10мм: b = 490 мм

 - условие выполняется

 

Определим фактические характеристики колонны:

Момент  инерции относительно оси Y:

 

 

I_y – момент инерции относительно оси y;

I_y0 = 642см⁴ –момент инерции швеллера относительно собственной оси Y;

A_b = 61,5см²– площадь поперечного сечения швеллера;

b =49см– ширина колонны;

z₀ = 2,75 см – расстояние от оси y-y до наружной грани стенки;

 

Радиус  инерции относительно оси Y:

 

 

i_y – радиус инерции относительно оси y;

 

Гибкость  относительно оси Y:

 

 

λ_y – фактическая гибкость относительно оси y;

l_y = 695 см – расчетная длина колонны в плоскости оси y;

i_y = 21,99 см – радиус инерции относительно оси y;

Приведенная гибкость стержня относительно у-у:

 

 

λ_ef – приведенная гибкость;

λ_y =31,6 – фактическая гибкость относительно оси y;

λ_b =30 – фактическая гибкость ветви относительно главной центральной оси ветви, параллельной стенке швеллера;

Поскольку λ_ef = 43,57 меньше λ_x = 44,27, то проверку общей устойчивости относительно оси Y делать не нужно.

Проверка  устойчивости ветви между планками:

 

N_b=0,5·N=0,5·2241,5=1120,75 кН;

коэффициент продольного изгиба, в  зависимости от гибкости ветви между  узлами .

Проверка  стержня сквозной колонны по предельным гибкости относительно свободной оси:

 

 

 коэффициент продольного изгиба, в зависимости от приведенной  гибкости.

Окончательная проверка гибкости:

 

 

момент инерции сечения ветвей относительно собственной оси  y-y;

 – расстояние между центрами тяжести ветвей колонны;

момент инерции сечения ветвей относительно собственной оси  x-x;

_{шаг планок;}

=30 – гибкость отдельной ветви  при изгибе в плоскости, перпендикулярной  оси х-х, на участке между  сварными швами.

13 Расчет соединительных планок и крепящих их сварных швов

 

Определение величины условной поперечной силы:

 

 

Q_fic – условная поперечная сила;

R_y=240 МПа -расчетное сопротивление стали С245;

Е=2,06 ∙10 ⁵МПа - модуль упругости стали;

N =2241,5 кН – продольная сила;

φ_y = 0,8293– коэффициент продольного изгиба относительно оси y;

 

Назначение  размеров планки:

 

 

 – длина планки;

 – величина нахлеста планки  на полку ветви колонны;

расстояние между планками в свету;

расстояние между центрами тяжести смежных планок;

расстояние между центрами тяжести ветвей колонны.

Проверка  соотношения:

 

 

 

Проверка  жесткости:

 

 

 

Определение усилий:

 

 

T – поперечная сила в месте прикрепления планки;

M – момент в месте прикрепления планки;

Q_fic =28,44 кН– условная поперечная сила;

a =121 см – расстояние между центрами тяжести планок;

b₀ =43,5 см – расстояние между центрами тяжести ветвей колонны;

 

Рисунок 31 - Соединительные планки колонны

 

Проверка  прочности планок по нормальным и  касательным напряжениям:

 

 

Условия выполняются

σ – нормальное напряжение в планке;

M =860,31 кН∙см – момент в месте прикрепления планки;

W_s – момент сопротивления планки;

 

τ – касательное напряжение в планке;

T = 39,55 кН – поперечная сила в месте прикрепления планки;

b_s =25 см – ширина планки;

t_s  = 1,2 см – толщина планки;

R_s = 0,58R_y = 0,58·24 = 13,92 кН/см² – расчетное сопротивление стали срезу;

R_y = 240 МПа -расчетное сопротивление стали, согласно таблице В5 СП16 для стали С245;

γ_c=1 – коэффициент условий работы балки, согласно таблице 1 СП16;

 

Проверка  прочности угловых сварных швов, прикрепляющих планку к ветви  колонны:

Принимаем полуавтоматическую сварку в среде  СО₂ проволокой СВ-08Г2С d = 2мм.

- условие прочности по металлу  шва;

 

- условие прочности по границе  сплавления;

τ_wf – приведенное напряжение по металлу шва;

τ_wz – приведенное напряжение по границе сплавления;

R_wf= 215МПа – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва;

R_wz= 0,45·R_un = 0,45·370 = 166МПа – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;

 

 

 

 

 

 

τ_wf1 – напряжение от поперечной силы по металлу шва;

τ_wz1 – напряжение от поперечной силы по границе сплавления;

τ_wf2 – напряжение от момента по металлу шва;

τ_wz2 – напряжение от момента по границе сплавления;

T = 39,55 кН – поперечная сила в месте прикрепления планки;

M =860,31 кН·см – момент в месте прикрепления планки;

l_w – расчетная длина сварного шва;

 

b_s =25 см – ширина планки;

k_f = k_{f, min} =7мм – катет сварного шва, принимается по табл.38 СП16, в зависимости от наибольшей толщины соединяемых элементов;

b_f = 0,9 и b_z = 1,05 – коэффициенты для расчета углового шва соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления;

 

 - условия выполняются

14 Расчет оголовка колонны

Рисунок 32 - Оголовок сквозной колонны.

Принимаем конструктивно толщину опорной плиты t_pl =20мм.

 

Определение толщины вертикальных опорных ребер:

 

 

R_p==360 МПа=36 кН/см²- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности при наличии пригонки (С245);

γ_с =1 – коэффициент условия работы колонны;

N= 2241,5 кН- расчетная продольная сила;

t_pl=20 мм – толщина опорной плиты;

z - условная длина распределения нагрузки;

-ширина опорного ребра балки.

Окончательно принимаем t_s = 25 мм.

 

Определение высоты траверсы:

 

 

где - толщина стенки швеллера;

 

Принимаем 510 мм

 

Определение толщины траверсы:

 

 

Принимаем 16 мм.

 

Проверка  прочности сварных угловых швов прикрепляющих траверсу оголовка к  ветви  колонны:

Принимаем полуавтоматическую сварку в среде СО₂ проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм.

 

 

 

 

 

 

 

τ_wf – приведенное напряжение по металлу шва;

τ_wz – приведенное напряжение по границе сплавления;

R_wf= 215МПа – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва;

R_wz= 0,45·R_un = 0,45·370 = 166,5 МПа – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;

– коэффициенты, учитывающие глубину проплавления сварного шва.

- катет углового шва:

 

 

Принимаем катет углового шва  по таблице 38 [3].

 

Определение величины катета угловых сварных  швов, прикрепляющих вертикальные опорные  ребра к траверсе оголовка:

 

 

Принимаем катет углового шва .

 

Проверка  прочности вертикальных ребер:

 

- условие выполняется.

 

 

 

 

 

15 Проектирование базы колонны

 

 

Рисунок 33 - База колонны с траверсами.

 

Принимаем базу с траверсами.

 

Определение расчетного сопротивления бетона фундамента на смятие: 

 – для бетона класса ниже  В25;

 – призменная прочность бетона  класса В10;

 – коэффициент условий работы  для бетонных конструкций;

 – коэффициент, учитывающий  повышение призменной прочности  бетона при местном сжатии.

 

Определение требуемой площади опорной плиты:

 

N =2241,5 кН – продольная сила;

 

Определение размеров опорной плиты в плане:

 

с  – ширина участков плиты со сторонами траверс;

с₁ – ширина участков плиты со сторонами стенки швеллера;

 см – ширина поперечного сечения колонны;

 – высота поперечного сечения  колонны;

 мм – принятая толщина траверсы базы колонны.

 

Принимаем мм.

 

Принимаем .

 

Принимаем .

Уточнение свесов плиты:

 

 

 

Определение толщины плиты:

 

где – наибольший изгибающий момент, действующий в опорной плите (на полосе шириной 1 см) от равномерно распределенного реактивного давления на фундамент:

 

где - фактическая площадь опорной плиты в плане;

 – коэффициент условий работы, при толщине плиты .

Изгибающий момент зависит от условий опирания плиты на торец колонны и элементы базы (траверсы, ребра, диафрагмы). Для рассматриваемой конструкции базы принимается равным большему из трех изгибающих моментов: , и .

Изгибающий момент, действующий  на консольном участке плиты

 

Изгибающий момент, действующий  на участке плиты, опертом на три  стороны

 

где - коэффициент, зависящий от отношения длины закрепленной стороны к свободной и принимаемый по таблице 16 приложения [5];

 – длина свободной стороны;

 – длина закрепленной стороны;

 

 

Изгибающий момент, действующий  на участке плиты, опертом на четыре стороны

 

- коэффициент, зависящий от  отношения более длинной стороны  участка  к более короткой и определяемый по табл. 17 приложения [5].

 

 

Толщина опорной плиты определяется из условия ее прочности при изгибе

 

Принимаем

 

Определение высоты траверсы:

 

 

, – расчетные сопротивления угловых швов срезу (условному) соответственно по металлу шва и по границе сплавления;

;

 

 – нормативное сопротивление  стали, согласно таблице В.5 СП16 для стали С245 по ГОСТ 27772-88;

 – коэффициент условий работы;

Сварка полуавтоматическая в среде  СО₂ сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм.

– коэффициенты, учитывающие глубину проплавления сварного шва.

Катет углового шва должен быть:

 

 

Принимаем катет углового шва  по таблице 38 [3].

 

 

Принимаем =560 мм.

 

Определение размеров диафрагмы:

Принимаем толщину диафрагмы .

Высота диафрагмы:

 

 Принимаем

 

Проверка прочности диафрагмы:

 

 

 

 

 

 

 

 

– прочность диафрагмы обеспечена.

 – погонная нагрузка на  диафрагму;

 – ширина грузовой площади;