Балочная клетка нормального типа

3.7. Расчет монтажного сварного стыка

 

Все элементы стыка балки  сваривают стыковыми швами, не выведенными  за пределы стыкуемых элементов, предусматривая обычные методы контроля.

Проверим на прочность  прямой стыковой шов в нижнем поясе  балки.

Усилие, приходящееся на пояс, определяем по формуле:

;

Здесь:

Рис. 9. К расчету монтажного стыка

балки

 

– максимальный момент посередине пролета балки;

 – момент инерции одного пояса относительно нейтральной оси;

;

 – момент инерции полного сечения балки;

Получаем, что:      .

Расчетное сопротивление  стыкового шва растяжению при  обычных методах контроля:

.

Проверим напряжение в  прямом стыковом шве нижнего пояса:

 

Следовательно, прочность  прямого стыкового шва недостаточна, и необходимо принять косой сварной шов в нижнем поясе балки, который является равнопрочным с основным металлом.

 

Рис. 10. Косой стык нижнего пояса  балки

 

 

 

15

 

3.8. Расчет узла  сопряжения второстепенной балки  с главной

 

Для соединения используем болты класса точности «В» и класса прочности 5.8, диаметром .

Необходимые данные для расчета  болтового соединения:

– коэффициенты условия работы: – на срез и на смятие; ;

– расчетные сопротивления на срез и на смятие: , (для болтов класса точности «В» и при временном сопротивлении стали соединяемых элементов для стали С235);

– площадь сечения болта ;

– число плоскостей среза .

Несущая способность болта  срезу (смятию): .

По прочности ребра жесткости, при : .

По прочности стенки двутавра, при : .

Количество болтов определяем по прочности ребра жесткости –  :

Из условия расстановки  болтов принимаем 3 болта.

 

Принимаем диаметр отверстий 22мм, так как диаметр болтов 20мм и класс точности B

Расстояние от центра отверстия до краев элемента:

минимальное значение - , максимальное значение - или ; расстояние находится в интервале

Расстояния между центрами отверстий:

минимальное значение - , максимальное значение - или ; расстояния находится в интервале

Рис. 11. Размещение болтов на торце второстепенной балки

_{Так как  при трех болтах, не все расстояния находятся в необходимых пределах (рис.11), то принимаем болты диаметром dб=16 мм.}

 

Необходимые данные для расчета  болтового соединения:

16

 

– коэффициенты условия  работы: – на срез и на смятие; ;

– расчетные сопротивления  на срез и на смятие: , (для болтов класса точности «В» и при временном сопротивлении стали соединяемых элементов для стали С235);

– площадь сечения болта  ;

– число плоскостей среза  .

Несущая способность болта  срезу (смятию): .

По прочности ребра  жесткости, при : .

По прочности стенки двутавра, при : .

Количество болтов определяем по несущей способность болта срезу (смятию) – :

Из условия расстановки  болтов принимаем 4 болта.

Принимаем диаметр отверстий 18 мм, так как диаметр болтов 16 мм и класс точности B

Расстояние от центра отверстия до краев элемента:

минимальное значение - , максимальное значение - или ; расстояние находится в интервале

Расстояния между центрами отверстий:

Рис. 12. Размещение болтов на торце второстепенной балки

минимальное значение - , максимальное значение - или ; расстояния находится в интервале .

 

_{Так как  при 4 болтах, не все расстояния находятся в необходимых пределах (рис.12), то принимаем количество болтов равным 5 (рис.13).}

 

_{Все расстояния находятся в допустимых пределах – больше минимума и меньше максимума.}

_{Окончательно  принимаем 5 болтов диаметром 16 мм.}

 

 

 

 

 

17

 

Рис. 13. Размещение болтов на торце второстепенной балки

17

 

4. Расчет и конструирование  элементов 

центрально сжатой сквозной колонны

 

4.1. Подбор сечения  стержня колонны

 

Согласно исходным данным стержень колонны проектируется  из двух прокатных двутавров с параллельными гранями полок

на планках.

Расчетная длина колонны: .

Рис. 14. Сечение колонны

Расчетное усилие на колонну:

Сталь для колонны С235 , при фасонного проката.

 

4.1.1. Расчет стержня  колонны относительно оси x-x

 

Задаемся гибкостью  , при этом,  при .

Требуемая площадь сечения  двух двутавров по формуле:

.

Требуемый радиус инерции:

Рис. 15. Конструктивная и расчетная схема колонны

По и принимаем двутавр 40Б1 со следующими геометрическими характеристиками: ; ; ; .

Проверим принятый двутавр на устойчивость.

Гибкость:

;

Коэффициент продольного изгиба, при и –

Тогда получаем, что:

;

_{Имеем недонапряжение}

                                              

18

 

_{Окончательно принимаем двутавр 40Б1:}

; ; ; .

 

4.1.2. Расчет стержня  колонны относительно оси y-y

 

Принимая  и задаваясь гибкостью ветви , из формулы получаем:

.

С другой стороны:

 или  ;

Где ; .

Отсюда  .

Принимаем .

Проверяем зазор между  полками ветвей:

.

 

4.2. Конструирование  и расчет элементов решетки

 

Согласно исходным данным требуется запроектировать решетку  колонны на планках.

Определяем условную поперечную силу по формуле, при ; ; ; тогда:

На одну систему планок приходится:  .

Высоту сечения планок назначаем: и толщину .

Расстояние между осями  планок по высоте колонны:

Находим усилия и по формулам:

;

.

Принимаем сварные швы, выполняемые  полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа  сварочной проволокой, марки Св-08Г2С диаметром менее 1,4 мм ; катет шва , принимаем коэффициенты .

Рис. 16. К расчёту планок

19

 

Расчетное сопротивление  углового шва по металлу шва  , по металлу границы сплавления: .

Так как  , то расчет сварных швов необходимо вести по металлу шва.

Проверим сварные швы, прикрепляющие планки к ветвям колонны, по формулам:

;

;

.

Вычислим следующие величины:

Условие не выполнено.

Увеличим ширину планки до 300 мм, т.е. . Тогда изменится расстояние между осями планок:

;

возрастут усилия в сварных  швах:

;

;

Изменятся напряжения:

;

;

В итоге напряжения в сварных  швах снизились за счет увеличения их длины.

.

Вычислим следующие величины:

Условие выполнено.

 

4.3. Конструирование  и расчет базы колонны

 

Принимаем класс бетона В25, что соответствует прочности бетона на сжатие .

Расчетное сопротивление  бетона смятию:

20

 

Требуемая площадь плиты  в плане:

Ширину плиты «В» назначаем  конструктивно, принимая толщину траверс  по , консольный свес плиты , :

 

_{Принимаем B=50 см, с=42 мм.}

 Тогда длина плиты будет:

Полная ширина сечения  колонны:

 

принимаем ,

Фактическая площадь плиты  , что больше требуемой, равной .

Фактическое давление фундамента на плиту:

Рис. 17. План базы колонны

 

Согласно принятой конструкции  плита имеет 3 участка для определения изгибающих моментов:

Участок 1 – опирание плиты на 4 канта:

Отношение большей стороны  плиты к меньшей: .

Изгибающий момент:

Участок 2  – опирание плиты на 3 канта:

Отношение – поэтому плиту на этом участке рассматриваем, как консоль.

Изгибающий момент:

Участок 3 – консольный:

Изгибающий момент:

Наибольшее значение получилось на участке 2.

Определяем толщину плиты  по формуле:

21

 

;

 – для стали С235, при листового проката.

;

 При этом следует ввести диафрагму толщиной 10 мм на участке 2, чтобы уменьшить требуемую толщину плиты. Тогда отношение равно

Изгибающий момент:

Рис. 18. К расчету плиты базы

Тогда получаем:  .

Принимаем окончательную  толщину плиты  .

Сварные швы, прикрепляющие  траверсы к колонне, принимаем сварную проволоку Св-08Г2С с , тогда получим:

 

Принимаем .

Проведем расчет сварных  швов, прикрепляющих траверсы и диафрагму к плите базы. Назначим полуавтоматическую сварку проволокой диаметром 1,4 - 2,0мм, для которой ; ; .

Получаем что: , то расчет выполним по металлу границы плавления.

В расчетную длину сварных  швов включаются длина швов, прикрепляющих  траверсы с одной стороны, а также длины двух швов, прикрепляющих диафрагму:

Рис. 19. К расчёту траверсы базы

Требуемый катет шва:

22

 

Принимаем .

4.4. Конструирование и расчет оголовка колонны

 

Сварные швы для оголовка выполняются полуавтоматической сваркой  проволокой диаметром менее 1,4 мм, для ; .

Так как  , то расчет сварных швов необходимо вести по металлу шва.

Назначаем катет шва:

Высота опорного ребра  оголовка:

Принимаем .

Толщину ребра находим  из условия смятия торца по формуле: ;

где ; – ширина опорного ребра главной балки; .

Назначим  , тогда

Расчетное сопротивление  торца смятию: ;

Следовательно

Принимаем .

Полученная толщина ребра  более чем в три раза превосходит толщину стенки двутавра (t_I=7 мм, 28/7=4), что не рекомендуется при наложении сварных угловых швов. В пределах оголовка колонны выполнить стенку двутавра можно более толстой.

Рис. 20. Оголовок колонны

Определим требуемую толщину  стенки из условия среза в месте  примыкания к ней опорного ребра:

; где  .

Получаем:

Принимаем .

Проверим опорное ребро  на срез:

Сечение горизонтального  ребра принимают конструктивно, например – 200×10 мм.

23

 

Следует предусмотреть фрезерование верхнего торца колонны. В этом случае сварные швы, соединяющие верхнюю  плиту с опорным ребром и с  торцами ветвей колонны, принимаются конструктивно – .

5. Оформление чертежей колонны и главной балки.

5.1 Сквозная колонна с решёткой на планках.

Длина участка колонны  для размещения планок:

Расстояние между планками в свету: .

Расстояние от плиты до оси первой планки (то же от верха  траверсы до оси соседней планки): .

Принимая эти расстояния и расстояния между осями смежных  планок, можно найти требуемое  число планок: . Принимаем .

Тогда расстояние между планками в свету изменится.

Принимаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

244

 

Список литературы

1. Металлические конструкции / Под. ред. Е.И. Беленя – 6-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 560 с.
2. Нехаев Г.А. Примеры расчёта соединений и элементов стальных конструкций. – Тула: ТулПИ, 1988. – 104 с.
3. Маршалко В.Ф., Хохлов С.В. Методические указания по выполнению курсовой работы «балочная клетка». – Тула: ТулПИ,1984. 30 с.
4. Мандриков А.П. Примеры расчётов металлических конструкций. – М.: Стройиздат, 1991. – 429 с.
5. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования. – М: Стройиздат,       1999. –  96 с.
6. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. –  М.: Стройиздат, 1986. – 35 с.
7. СТО АСЧМ 20-93 Двутавры горячекатаные с параллельными гранями полок