Вариантное проектирование балочной клетки рабочей площадки (стр. 7 из 7)

Исходные данные:

· опорное давление двух балок на колонну F =2 V_mb = 2×1194 = 2388 кН;

· ширина опорного ребра балки b_h= 30 см;

· материал оголовка колонны С245 (R_y=240 МПа, R_yn= 370 МПа табл. 51*[1]).

Принимаем конструкцию оголовка по рис. 11.1 для балки с торцевым опорным ребром.

11.1 Определение толщины вертикальных ребер оголовка

Принимаем толщину опорной плиты оголовка t_bp = 20 мм. Расчетная ширина опорного ребра оголовка l_s,ef = b_h + 2t_bp = 30 + 2*2,0 = 34 см.

Расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 52* [1]) при R_yn = 370 МПа равно R_p = 336 МПа (33,6 кН/см²).

Толщину ребра принимаем 20 мм.

11.2 Определение размеров ребра

Для ручной сварки принимаем электроды типа Э46, для которых R_w,f = 200 МПа (табл. 56 [1]), R_wz = 0,45, R_un = 0,45*370 = 166,5 МПа, γ_wz = γ_wf = 1,0, β_f = 0,7, β_z = 1,0.

Поскольку условия R_w,f / R_wz = 200 / 166,5 = 1,2 > 1,1 и R_w,f = 200 МПа < R_wzβ_z / β_f = 166,5*1,0/0,7 = 237,85 МПа выполняются, достаточно расчета по металлу шва.

При максимальной высоте шва k_f,max = 1,2 t_min (t_min = t_w = 14 мм), то есть k_f,max = 16,8 мм, принимаем k_f = 13 мм. Длина швов равна

Требуемая длина оголовка

Принимаем длину оголовка h_s = 500 мм. Ширину опорных ребер принимаем из условия опирания балки b_s = 170 мм (2b_s>l_s,ef).

11.3 Проверка прочности ребра

11.4 Проверка прочности стенки колонны на срез

Прочность стенки на срез определяется по формуле

Прочность стенки на срез не обеспечена. В пределах оголовка увеличиваем толщину стенки до t_w’ = 1,8 см, тогда

Стык листов стенки разной толщины выполняем на 100 мм ниже горизонтального ребра оголовка.

11.5 Расчет крепления опорных ребер к плите оголовка

Общая длина швов Σl_wf = 2 l_s,ef – 4*1 = 2*34 – 4 = 64 см, тогда

Такая высота катета углового шва превосходит максимальную k_f,max = 1,2 t_min = 1,2*2 = 2,4 см., поэтому принимаем передачу усилий через фрезерованный конец, а сварные швы принимаем конструктивно по табл. 38*(1) k_f,min = 7мм Вертикальные ребра подкрепляем горизонтальными ребрами толщиной 10 мм, шириной, равной ширине вертикального ребра, то есть 170 мм.

12. РАСЧЕТ БАЗ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ КОЛОНН

Рассчитать и законструировать базу сплошной центрально сжатой колонны.

Исходные данные:

· продольная сила N = 2392,05 кН;

· сечение колонны: полки b_fxt_f = 280x20 мм, стенка h_wxt_w = 240x14 мм;

· материал элементов базы – сталь С245 по ГОСТ 27772-88;

· материал фундамента бетон B15 (R_b= 8,5 МПа = 0,85 кН/см²)

12.1 Определение требуемой площади опорной плиты

Принимая a = 1,0 и

находим по ф.102 [4] расчетное сопротивление бетона смятию

R_b,loc= aj_bR_b= 1,0×1,2×0,85 = 1,02 кН/см².

Требуемая площадь опорной плиты

12.2 Определение размеров опорной плиты в плане

Принимая толщину траверсы t_tr= 10 мм, величину свеса с= 60 мм, находим ширину плиты

B_p = b_c+2t_tr +2 c = 28,0 + 2×1,0 + 2×6,0 = 42 см Требуемая длина плиты равна

Длину плиты принимаем конструктивно, с учетом размещения анкерных болтов, L_p = 50 см.

12.3 Определение толщины опорной плиты

Напряжение в фундаменте под плитой

Рассматриваем участки плиты, отличающиеся условиями опирания (рис. 12.1) Участок 1. Плита закрепленная одной стороной. Вылет консоли с = 6,0 см. Изгибающий момент равен

Участок 2. Плита опирается на три стороны. Размеры участка b = 28 см (незакрепленная сторона), а = (L_p – h_c)/2 = (50 - 28)/2 = 11 см. Отношение a/b = 11/28 = 0,39 < 0,5, при котором плита работает как консоль

Участок 3. Плита опирается на четыре стороны. Размер a₁ = (b_c- 2t_w)/2 = (28 – 2,8)/2 = 12,6 см, b₁ = h_w– 2t_f= 24 см.

При b₁/a₁ = 24/12,6 = 1,9 < 2 по табл. прил. a = 0,098.

По наибольшему моменту определяем толщину плиты

Для листов толщиной более 20 мм для стали С245 R_y = 23 кН/см², поэтому уточняем толщину плиты

Принимаем плиту толщиной t_p = 40 мм из стали С245 (R_y = 230 Мпа).

12.4 Определение размеров траверс

Высоту траверсы находим по требуемой длине сварных швов, необходимых для крепления траверсы к полкам колонны.

Принимаем ручную сварку электродами типа Э46, для которых R_w,f = 200 МПа (табл. 56 [1]), R_wz = 0,45, R_un = 0,45*370 = 166,5 МПа, γ_wz = γ_wf = 1,0, β_f = 0,7, β_z = 1,0. Поскольку условия R_w,f / R_wz = 200 / 166,5 = 1,2 > 1,1 и R_w,f = 200 МПа < R_wzβ_z / β_f = 166,5*1,0/0,7 = 237,85 МПа выполняются, достаточно расчета по металлу шва.

Принимая в запас, что N_tr = N/2 = 2392,05/2 = 1196,02 кН находим требуемую длину сварных швов при катете 8 мм

Требуемая высота траверсы h_tr,r = l_w,r + 1,0 = 53,39 см. Принимаем высоту траверсы h_tr = 550 мм и толщину t_tr = 10 мм.

12.5 Проверка прочности траверсы

Погонная нагрузка на траверсу (при ширине грузовой площади d_tr = c + t_tr + b/2 = 6,0 +1+28/2 = 21 см) равна

q_tr = sd_tr = 1,14×21 = 23,94 кН/см

Находим расчетные усилия

где l_tr = a = 11 см.

Проверяем траверсы на прочность в опорном сечении

Проверяем прочность траверсы в пролетном сечении Q =0

Принятые размеры траверс удовлетворяют условиям прочности.

12.6 Определение требуемой высоты катета угловых швов, необходимых для крепления траверс к плите

Общая длина сварных швов

С учетом непроваров по 10 мм на каждый шов получим расчетную длину шва

Принимаем толщину угловых швов k_f= k_fmin = 10 мм

12.7 Назначение анкерных болтов

Принимаем два анкерных болта диаметром 20 мм (их расположение указано на рис.12.1)

12.8 Определение площади верхнего обреза фундамента

Площадь верхнего обреза фундамента определяем из формулы

.

При принятой величине j_b = 1,3

A = j_b³A_p = 1,3³× 42×55 = 3903,9см² = 0,3903 м²

Принимаем размеры верхнего обреза фундамента больше на 28-30 см размеров опорной плиты, то есть 70 х 80 см.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Минстрой России.- М.: ГП ЦПП, 1996. – 96 с.

2. СНиП 2.01.07.-85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой России.- М.: ГП ЦПП, 1996. – 44 с.

3. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб.для вузов / Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С. Веденикова. – 7-е изд., перераб и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760 с.

4. СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2000. – 76с

5. Колесов А.И., Поликарпов Б.С. Стальная рабочая площадка промздания. Компоновка, конструирование и расчет несущих элементов. Учебное пособие. – Н. Новгород: ННГАСУ, 1998 – 91 с.

6. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций: Учеб. Пособие для строит. Вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. – М.: Высш. шк., 1997. – 527 с.

7. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Общая часть.(Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.: изд-во АСВ, 1998. – 576 с.

8. Металлические конструкции. В 3 т. Т.2. Стальные конструкции зданий и сооружений.(Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.: изд-во АСВ, 1998. – 512 с.

9. Металлические конструкции. Вопросы и ответы. Учебное пособие для вузов / В.В. Бирюлев, А.А. Кользеев, И.И. Крылов, Л.И Стороженко. – М.: изд-во АСВ, 1994. – 336 с.

10. Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. – М.: Стройиздат, 1979. – 319с.

11. СТП ННГАСУ 1-1-98 – 1-7-98. Стандарт студенческой проектной документации. – Н. Новгород: ННГАСУ, 1998.