Стальная рабочая площадка промздания

Необходимое число высокопрочных болтов:

 шт.

Принимаем 7 болтов.

 

Расчет 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= 114 см..

При a=0,215    k = 12,1.   Принимая 13 рядов болтов получаем расстояние между ними 140 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 = 129,98 кН < Q_bh = 141,5кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Расчет сквозной центрально-сжатой колонны

14. 1 Подбор сечения колонны

Подобрать сечение стержня сплошной центрально-сжатой колонны рабочей  площадки.

Исходные данные:

а) по заданию на проектирование:

• высота этажа H = 7,2 м;
• материал – углеродистая сталь обычной прочности; 

б) по результатам  выполнения предшествующих разделов:

• толщина настила t_sh = 11 мм;
• высота второстепенной балки h_fb= 27 см;
• высота главной балки h_mb = 123,6 см;
• реакция главной балки V_mb= Q_mb,max= 655,22 кН;
• главная балка опирается на колонну сверху.

14.1.1 Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Колонны относятся к группе 4 конструкций. Принимаем сталь обычной прочности, соответствующую группе 4 конструкций, сталь С235 по ГОСТ 27772-88. Расчетное сопротивление принимаем для фасонного проката толщиной до 20 мм, для которого   R_y= 230 МПа,  R_un = 360 МПа, E =  2,06×10⁵ МПа, n=0,3. Для сооружений II уровня ответственности коэффициент надежности по ответственности равен g_n=0,95.

Коэффициент условий работы при расчете на прочность g_c=1,0

Коэффициенты  надежности по нагрузке g_fg =1,05, g_fv=1,20.

14.1.2 Определение 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= 720 –(1,1+27+123,6)+70 = 638,3 см

Для дальнейших расчетов принимаем l_c= 640 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_tf,x = l_tf,y= 1,0 × 640 = 640 см

 

 

 

14.1.3 Определение продольной силы

Рассчитывается  средняя колонна, на которую опираются  две главные балки. Принимаем  собственный вес колонны g_c = 0,7 кН/м. Расчетная продольная сила определяется по формуле:

N = 2V_mb + g_f1g_ng_cl_c = 2×655,22 + 1,05×0,95×0,7×6,4 = 1314,91 кН

14.1.4 Подбор 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.

Определяем требуемую площадь  сечения колонны, принимая в первом приближении  гибкость λ_х = 55, которой соответствует (по табл. 72 СНиП [1]) коэффициент продольного изгиба  φ_х = 0,833.

Требуемый радиус инерции сечения:

По сортаменту швеллеров (ГОСТ 8240-89) принимаем 2[№30, у каждого A₁ = 40,5 см²; b_f1 = 10 см; J_x1 = 5810 см⁴; i_x1 = 12 см; J_y1 = 327 см⁴; i_y1= 2,84cм; z₀ = 2,52 см.

Фактическая гибкость стержня колонны:

Условная  гибкость:

 

 

 

Проверяем устойчивость:

 

Расчет относительно свободной  оси у – у.

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=0,38 и α_y =0,44  для сечения из двух швеллеров.

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

Минимальный размер ширины колонны  по конструктивным требованиям:

b_c,min= 2b_f1 + c = 2×10+10 =30см

Принимаем ширину колонны   b_c= 340 мм.

Момент инерции сечения относительно свободной оси:

Радиус инерции:

Гибкость стержня  относительно оси у- у:

Для определения приведенной гибкости относительно свободной оси задаемся гибкостью  ветви λ₁=30 < 40 и размерами соединительных планок:

 

 

Рисунок 10 -  К расчету стержня сквозной колонны

• ширина планок

. Принимаем b_s=21,0 см

• толщина планок

_{. Принимаем ts=1,0см}

 

Момент инерции планки:

Наибольшая длина ветви при  принятой гибкости:

Расстояние между центрами планок:

Расстояние между осями ветвей:

b₁ = b_c – 2z₀ = 34 - 2×2,52 = 28,96 см

Для вычисления приведенной гибкости стержня относительно свободной  оси у-у согласно п. 5.6 СНиП вычислим отношение:

Поскольку l_ef = 52,73<l_x,= 53,3, проверка напряжений не требуется.

 

Фактические гибкости колонны и  ветвей меньше предельных :

 

l_u = 180 - 60a = 180 - 60×0,813 = 131,22

где 

l_max= 53,3<l_u =  131,22 и l₁= 93/3,1 = 30 <l_u1 =  40

14.1.5 Расчет планок

Определяем условную поперечную силу. В плоскости соединительных планок l_ef = 52,73 и j = 0,869.

Усилия в планках определяем:

Q_s = Q_fic/2 =15,52 / 2 = 7,76 кН

Принимаем высоту угловых швов для  крепления планок к ветвям колонны k_f= 0,6 см, для ручной сварки – электрод Э46А. Расчетная длина шва l_w= b_s =21см, поскольку вертикальные швы заводятся на горизонтальные стороны планок Расчетное сопротивление наплавленного металла R_wf= 20 кН/см². Принимаем β_f = 0,7, коэффициент условий работы шва γ_wf=  1.

Прочность шва проверяем по формуле:

Прочность сварных швов, необходимых для крепления планок к ветвям, обеспечена.

14.2  Расчет оголовка сквозной центрально-сжатой колонны

• опорное давление двух балок на колонну F =2 V_mb = 2×655,22 = 1310,44 кН;

• ширина опорного ребра балки b_h= 20 см;

-         материал оголовка колонны С235 (R_y=230 МПа, R_un= 360 МПа)

14.2.1 Определение толщины траверсы оголовка

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

l_s,ef= b_h + 2 t_bp= 20 +2∙2,0 = 24 см.

Расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности при R_un= 360 МПа равно R_p= 327 МПа.

Требуемая толщина  траверсы:

Толщину ребра принимаем 18 мм.

14.2.2 Определение высоты траверсы

Высоту траверсы определяем из условия  прочности швов, необходимых для  крепления траверсы оголовка к ветвям колонны.

Принимаем ручную сварку электродами типа Э46А, для которых R_wf=200 МПа, R_wz=0,45∙R_un= 0,45×360 = 162 МПа, g_wf=1,0,  g_wz=0,85; 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_wzb_z /b_f=162×1,0/0,7 = 231,43 МПа выполняются.

Максимальная  высота шва k_f,max = 1,2 t_min ( здесь учитывается толщина стенки швеллера [№30t_min = t_w = 0,65 мм), то есть k_f,max =8 мм, принимаем k_f =8,0 мм) .

Требуемая длина швов:

Требуемая высота траверсы при четырех  угловых швах:

Принимаем высоту траверсы h_s= 300 мм.

 

 

 

14.2.3 Проверка прочности траверсы

Касательные напряжения в траверсе по плоскостям среза «m-m» (Рисунок 11)

        Касательные напряжения в стенке  швеллера по сечению «k-k» (Рисунок 11)

Поскольку условие прочности по сечению  «k-k» не выполняется, для его выполнения увеличиваем высоту траверсы до h_s= 380 мм, тогда

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_fmin = 8 мм.

 

Рисунок 11 - Оголовок сквозной колонны  для опирания балок с торцевымребром.

 

14.3 Расчет базы сквозной центрально-сжатой колонны

 

- продольная сила N = 1314,91 кН;

- сечение колонны: b_с =340 мм, h_с = 300 мм, ветви из швеллеров №30

- материал  элементов базы –  сталь С235 по ГОСТ 27772-88;

- материал фундамента бетон  B12,5 (R_b= 7,5 МПа = 0,765 кН/см² ).

14.3.1 Определение требуемой площади опорной плиты

Принимая  a = 1,0 и , находим расчетное сопротивление бетона смятию: 

R_b,loc= aj_bR_b= 1,0×1,3×0,765 = 0,995 кН/см²

Требуемая площадь опорной плиты:

14.3.2 Определение размеров опорной плиты в плане

Принимая толщину траверсы t_tr= 10 мм, величину свеса с = 85 мм, находим ширину плиты:

B_p = h_c+2t_tr +2 c = 38,0 + 2×1,0 + 2× 8,5 = 57 см

Требуемая  длина плиты:

По  конструктивным соображениям длина  плиты должна быть не менее

где - для размещения отверстий;

Принимаем размеры опорной  плиты  из условия постановки анкерных болтов  L_p  х B_p= 54x57 см.

 

 

14.3.3 Определение толщины опорной плиты

Среднее напряжение в бетоне под  плитой базы:

Рисунок 12 - База сквозной центрально-сжатой колонны.

 

Рассматриваем участки плиты, отличающиеся условиями опирания (Рисунок 12).

 

Участок 1: Плита закрепленная одной стороной. Вылет консоли с = 8,5 см. Изгибающий момент равен

Участок 2:  Плита опирается на три стороны. Размеры участка b =30 см (незакрепленная сторона), а = (L_p – b_c)/2 = (54-34,0)/2 = 10 см. Отношение a/b =10/30 = 0,33< 0,5 плита работает   как консольный свес. 

Участок 3: Плита опирается на четыре стороны. Размер b₁ = b_c- 2t_w = =34 –2 0,65 = 32,7 см,   a₁ = h_w = 30 см.

При b₁/a₁ = 32,7/30, =1,09< 2:a = 0,057

По наибольшему моменту определяем толщину плиты:

Поскольку в нормах [ 1 ] для стали С235 при толщине листов от 20 мм до 40 мм принимается R_y = 22 кН/см², поэтому уточняется толщина плиты:    

Принимаем плиту  толщиной  t_p = 25 мм из стали С235 (R_y = 220 МПа).

14.3.4 Определение размеров траверс

Высоту траверсы находим из условия  сопротивления срезу сварных  швов прикрепления траверсы к ветвям колонны.

Принимаем полуавтоматическую сварку в среде  углекислого газа сварочной проволокой диаметром 2 мм марки Св-08ГА в нижнем положении, для которой  R_wf=200 МПа, R_wun= 450 МПа, g_wf=1,0, g_wz=0,85, b_f=0,9, b_z=1,05. Для стали С235 – R_y = 230 МПа R_un= 360 Мпа (R_wz=  0,45×R_un = 0,45×360 = 162 МПа).

Требуемую длину каждого из четырех сварных  швов находим из условия полной передачи усилия ветвей на опорную плиту через  сварные швы.

Максимальная  высота шва k_f,max = 1,2 t_min ,( t_min = t_tr = 10 мм), то есть k_f,max = 12 мм,  минимальная высота шва k_f= 5 мм при t_max = 12,6  мм(толщина полки). Принимаем k_f = 7,0 мм.

 

Требуемая высота траверсы:

h_tr,r=l_w,r+1,0 = 32,48 +1,0 = 33,48 см

Принимаем высоту траверсы h_tr= 350 мм и толщину t_tr= 10мм.

14.3.5 Проверка прочности траверс

Погонная нагрузка на траверсу ( при ширине грузовой площади

d_tr = c + t_tr + b/2 = 8,5 +1,0 + 30/2 = 24,5 см равна:

q_tr = sd_tr = 0,427×24,5 = 10,46 кН×см

Находим расчетные усилия:

 

 

 

 

где l_tr = a =10 см.