Стальная рабочая площадка промздания

Условие прочности по ослабленному сечению выполняется.

Расстояние  между центрами болтов вдоль усилия должно быть не менее e+1,5d₀ (e –расстояние между рядами поперек усилия). По табл.40 [ 1 ] e=2,5d₀, отсюда минимальное расстояние между болтами равно (2,5 +1,5) d₀= 4d₀ = 4×2,3=92 мм. Принимаем шаг 100 мм, см. рис. 13.1.

Расчетное усилие, которое может воспринято одним высокопрочным болтом, определяется по формуле (191)*[ 1 ]

                       Рис.13.1. Монтажный стык балки на высокопрочных болтах

.

где R_bh – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;  
                      R_bh=0,7 R_bun =0,7×107,8 = 75,5 кН/см²;

         A_bh – площадь сечения болта нетто, A_bh=2,45см²;

          k – число поверхностей трения, в данном случае k = 2;

          g_b – коэффициент работы соединения, g_b = 1,0 при числе болтов более 10;

           g_h – коэффициент надежности , принимаемый по табл.42 [ 1 ], g_h = 1,12;

            m - коэффициент трения , принимаемый по табл.42 [ 1 ], для газопламенного способа очистки      m =  0,42

Необходимое число высокопрочных болтов:

 шт.

Принимаем 19 болтов.

13.3Расчет стыка стенки

 

Стык  стенки перекрываем двумя накладками толщиной 12 мм каждая. Принимаем по два вертикальных ряда болтов на каждой полунакладке  (m  = 2), число горизонтальных рядов k найдем в зависимости от 

,

где h_max – расстояние между крайними рядами болтов, h_max= 1,89 м..

При a=0,11    k = 28.   Принимая 28 рядов болтов получаем расстояние между ними 70 мм, что больше a_min = 2,5d₀= 2,5×23=57,5 мм  и меньше  a_max = 18 t =18×12 =216 мм.

Наибольшее  усилие в крайнем болте от изгибающего  момента 

,

Поскольку поперечная сила Q_x=0, то проверка сводится к виду:

                            N_max 135 кН < Q_bh = 138,7кН.

Расстановка болтов показана на рис. 13.1

 

 

 

14 . Подбор сечения колонны.

 

Подобрать сечение стержня сквозной центрально-сжатой колонны рабочей площадки.

Исходные  данные:

а). по заданию на проектирование:

• высота этажа H = 6,0 м;
• материал – углеродистая сталь обычной прочности; 

б). по результатам выполнения предшествующих разделов:

• толщина настила t_sh = 12 мм;
• высота второстепенной балки  h_fb = 44,3 см;
• высота главной балки h_mb = 204 см;
• реакция главной балки V_mb = Q_mb,max = 1885,74 кН.

14.1Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Сварные колонны относятся к группе 3 (прилож. В [ 1 ]), поэтому сталь обычной прочности может быть С245 по ГОСТ 27772-88(табл В1[ 1 ]),. Для этой стали расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу  равно R_y =240 МПа при толщине  листов от 2 до 20 мм, временное сопротивление стали разрыву R_un =370 МПа (табл В5[ 1 ]), E =  2,06×10⁵ МПа, n= 0.3 .

Для сооружений II уровня ответственности коэффициент надежности по ответственности g_n = 1,0 (Статья 16 п.7 [ 4]).

Коэффициент условий работы настила и прокатных  балок g_с = 1,0 (табл.1 [1]).

Коэффициенты надежности по нагрузке для постоянной нагрузки g_fg = 1,05 (табл. 7.1 [ 2 ]), для временной нагрузки g_fv = 1,20 (п.8.2.2 [ 2 ]).

14.2Определение расчетной длины колонны

Геометрическую  длину колонны находим с учетом глубины заделки h_b = 0,7 м.

l_c =H - (t_sh+ h_fb+ h_mb) + h_b =

=600–(1,2+44,3+204)+70 = 420,5 см.

Для дальнейших расчетов принимаем l_c = 420,5 см.

Принимаем шарнирное закрепление  колонны  к фундаменту и шарнирное сопряжение колонны с балкой. При такой  расчетной схеме коэффициент  расчетной длины m = 1. 

        l_ef = l_ef,x = l_tf,y = 1,0 ×420,5 = 420,5 см.  

 

 

14.3Определение продольной силы

Принимаем собственный вес колонны g_c = 0,7 кН/м. Расчетная продольная сила определяется по формуле

N = 2V_mb + g_fg g_n g_c l_c = 2×1885,74+ 1,05×1,0×0,7× 4,205 = 3774,87 кН

 

14.4Подбор сечения стержня колонны

Колонну сквозного сечения проектируем  из двух прокатных профилей (применяем  швеллеры по ГОСТ 8240-89), соединенных  планками.

Расчет относительно материальной оси   х – х (рис.14.1)

Определяем требуемую площадь  сечения колонны, принимая в первом приближении  гибкость λ_х = 55, которой соответствует (по табл. Д1 [1]) коэффициент продольного изгиба  φ_х = 0,834

Требуемый радиус инерции сечения

      

По сортаменту швеллеров (ГОСТ 8240-89) принимаем 2 двутавра №50, у каждого A₁ = 100 см²; b_f1 = 17см; J_x1 = 39727 см⁴; i_x1 = 19,9 см; J_y1 = 1043 см⁴; i_y1= 3,39cм;

Фактическая гибкость стержня колонны

.

Условная  гибкость

Проверяем устойчивость по ф.(7) [1]

 

Расчет относительно свободной  оси у - у (рис. 14.1)

Ширину сечения "b" определяем  из условия равноустойчивости стержня (λ_x=λ_ef.y), используя зависимости: i_x=α_x∙h; i_y=α_y∙b; где α_x=0,41 и α_y =0,52  для сечения из двух двутавров.

Используя λ_x=λ_ef.y для сечения из 2-х швеллеров, получим

Минимальный размер ширины колонны  по конструктивным требованиям 

b_c,min = 2b_f1 + c = 2×17 +10 =44 см

Принимаем ширину колонны   b_c = 520 мм (рис. 14.1)

Определяем момент инерции сечения  относительно свободной оси

Радиус инерции

Гибкость стержня  относительно оси у- у равна

Для определения приведенной гибкости относительно свободной оси задаемся гибкостью  ветви λ₁=28 < 40 и размерами соединительных планок

Рис. 14.1. К расчету стержня сквозной колонны

 

 

• ширина планок

  ;

• толщина планок

.

Момент инерции планки

Наибольшая длина ветви при  принятой гибкости

                                  .

Расстояние между центрами планок

Расстояние между осями ветвей

b₁ = b_c – b_f1 = 52 - 17 = 35 см

Для вычисления приведенной гибкости стержня относительно свободной  оси у-у вычислим отношение

Поскольку

 l_ef = 30,45< l_x,= 31,13,

проверки напряжений не требуется. 

Фактические гибкости колонны и  ветвей меньше предельных

 

                        l_u = 180 - 60a = 180 - 60×0,820 = 130,81,

где

             l_max = 31,13 < l_u =  130,81 

14.5Расчет планок

Определяем условную поперечную силу по ф (18) п. 7.2.7. [ 1 ]. В плоскости соединительных планок l_ef = 30,45 и j = 0,959

Усилия в планках определяем  по ф (19) и (20) [1]:

Q_s = Q_fic/2 =43,75 / 2 = 21,87 кН

Принимаем высоту угловых швов для  крепления планок к ветвям колонны k_f = 0,5 см, для ручной сварки – электрод Э46. Расчетная длина шва l_w= h_s =32см, поскольку вертикальные швы заводятся на горизонтальные стороны планок Расчетное сопротивление наплавленного металла R_wf = 20 кН/см² по табл. Г2 [1]. По таблице 39 [1] принимаем β_f = 0,7.

Прочность шва проверяем по формуле:

Прочность сварных швов, необходимых  для крепления планок к ветвям, обеспечена. Заведомо обеспечена и  прочность планок. Подобранное сечение  приведено на рис. 14.1.

 

15. Расчет оголовка центрально-сжатой  колонны

Рассчитать  и законструировать оголовок сквозной центрально-сжатой колонны, для опирания балок с торцевым опорным ребром.

Исходные  данные:

• опорное давление двух балок на колонну F =2 V_mb = 2×1885,71= 3771,47кН;
• ширина опорного ребра балки b_h = 30 см;

-   материал оголовка колонны С245 (R_y =240 МПа, R_yn = 370 МПа

15.1Определение толщины траверсы оголовка

Принимаем толщину опорной  плиты оголовка  t_bp = 20 мм. Расчетная длина участка смятия траверсы равна

                           l_s,ef = b_h + 2 t_bp = 30 +2 2,0 = 34 см.

Расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. В7 [ 1 ]) при R_yn = 370 МПа равно R_p= 352 Мпа.

Требуемая толщина траверсы

Толщину ребра принимаем 32 мм.

15.2. Определение высоты траверсы

Высоту  траверсы определяем из условия прочности  швов, необходимых для крепления  траверсы оголовка к ветвям колонны  ( швы 1 на рис. 15.1)

Принимаем ручную сварку электродами типа Э46, для которых R_wf=200 МПа (табл.Г2 [ 1 ]), R_wz=0,45 R_un= 0,45×360 = 162 МПа, , b_f=0,7, b_z=1,0/

Условия для выбора электродов  R_wf /R_wz= 200/ 162= 1,23 >  1,1 и R_wf=200 МПа < R_wz b_z /b_f =162×1,0/0,7 = 231,42 МПа выполняются.

Максимальная  высота шва k_f,max = 1,2 t_min ( здесь учитывается толщина стенки двутавра №50 t_min = t_w = 10 мм), то есть k_f,max = 12 мм, принимаем k_f = 10 мм.

Находим требуемую длину швов

Требуемая высота траверсы при четырех  угловых швах равна

Принимаем высоту траверсы h_s = 700 мм.

 

15.3. Проверка прочности траверсы

Касательные напряжения в траверсе по плоскостям среза «m-m» (рис.15.1)

        Касательные напряжения в стенке  двутавра по сечению «k-k» (рис.15.1)

    

Принимаем, что торец траверсы пристроган, в  этом случае прочность швов прикрепления траверсы к опорной плите не проверяется  и они принимаются конструктивно  минимальной высоты k_f = k_{f min} = 6 мм. (табл. 38 [ 1 ]).

 

Рис. 15.1. Оголовок сквозной колонны для опирания балок с торцевым ребром.

16. Расчет  базы центрально – сжатой колонны.

 

Рассчитать  и законструировать базу сквозной центрально сжатой колонны.

Исходные  данные:

-    продольная сила N = 3774,87 кН;

• сечение колонны: b_с =520 мм, h_с = 500 мм, ветви из двутавров №50 
• материал  элементов базы – сталь С245 по ГОСТ 27772-88;
• материал фундамента бетон B15 (R_b =  9,50 МПа = 0,95 кН/см²)

16.1.   Определение требуемой площади опорной плиты

Принимая  a = 1,0 и

                                ,

  находим расчетное сопротивление  бетона смятию 

                         R_b,loc = a j_b R_b = 1,0×1,3×0,95 = 1,235 кН/см².

Требуемая площадь опорной плиты

16.2.  Определение размеров опорной плиты в плане

Принимая  толщину траверсы t_tr = 10 мм, величину свеса с= 90 мм, находим ширину плиты

                  B_p = h_c +2t_tr +2 c = 50,0 + 2×1,0 + 2× 9,0 = 70 см

Требуемая  длина плиты равна 

Принимаем размеры опорной  плиты из условия  постановки анкерных болтов  L_p  х B_p = 60 x 70 см

16.3.  Определение толщины опорной плиты

Среднее напряжение в бетоне под плитой базы равно 

Рассматриваем участки плиты, отличающиеся условиями  опирания (рис. 16.1)

Участок 1. Плита закрепленная одной стороной. Вылет консоли с = 9,0 см. Изгибающий момент равен

                    

             Рис.16.1. База сквозной центрально-сжатой колонны.

 

Участок 2.  Плита опирается на три стороны. Размеры участка b₁ =35 см (незакрепленная сторона), а = (L_p – b₁)/2 = (60-35,0)/2 = 12,5 см. Отношение a/b =12,5/35 = 0,36 < 0,5 плита работает   как консольный свес 

Участок 3.  Плита опирается на четыре стороны. Размер b₁ = (b₁- t_w)/2 = (35 – 1,0)/2 = 17 см,   a₁ = h_w = 46,96 см.

При b₁/a₁ = 17/46,96, =0,360 < 2. a = 0,048.

По  наибольшему моменту определяем толщину плиты

Поскольку в нормах [ 1 ] для стали С245 толщина листов до 30мм  
принимается сталь С 345 для которой R_y = 28 кН/см², при толщине листа до 80 мм   поэтому уточняем толщину плиты    
                                                          

Принимаем плиту  толщиной  t_p = 46 мм из стали С345 (R_y = 280 МПа).