Проектирование рабочей площадки
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Архитектурно - строительный факультет
Кафедра строительных конструкций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по Металлическим Конструкциям Включая сварку
«Проектирование рабочей площадки»
Оренбург 2017
Содержание
1. Выбор варианта компоновки балочной площадки
.1 Расчёт пролётов настила балочной площадки нормального и усложнённого типов
.2 Расчёт балки настила балочной площадки нормального типа
.3 Расчёт балки настила балочной площадки усложнённого типа
.4 Расчёт вспомогательной балки балочной площадки усложнённого типа
.4.1 Подбор двутавра вспомогательной балки площадки усложнённого типа
.4.2 Проверка общей устойчивости вспомогательной балки площадки усложнённого типа
.5 Определение расхода стали при каждом варианте компоновки площадки
2. Проектирование главной балки площадки
.1 Компоновка поперечного сечения с проверкой прочности и местной устойчивости
.1.1 Расчётные и нормативные нагрузки, действующие на главную балку
.1.2 Определение высоты стенки главной балки
.1.3 определение толщины стенки главной балки
.1.4 Определение габаритных размеров сечения поясов главной балки
.1.5 Проверка устойчивости и местной устойчивости в зоне ограниченного развития пластических деформаций сжатого пояса главной балки
.1.6 Окончательное конструирование сечения с проверкой с проверкой физических характеристик элементов главной балки
.2 Изменение сечения главной балки по длине
.3 Проверка прочности стенки главной балки по приведённым напряжениям
.4 Проверка общей устойчивости главной балки
.5 Проверка местной устойчивости стенки главной балки в упругой области
.6 Расчёт поясных соединений
.7 Расчёт и конструирование укрупнительного стыка главной балки на высокопрочных болтах с контролируемым усилием натяжения
.7.1 Расчётные характеристики элементов стыка
.7.2 Проектирование стыка пояса главной балки
.7.3 Проектирование стыка стенки главной балки
.8 Проектирование опорной части главной балки
3. Проектирование колонны площадки настила
.1 Подбор и конструирование стержня сквозной колонны
.1.1 Компоновка сечения стержня колонны
.1.2 Проектирование соединительной решетки
.2 Конструирование и расчёт оголовка центрально сжатой колонны
.3 Конструирование и расчёт базы центрально сжатой колонны
Список использованных источников
1. Выбор варианта компоновки балочной площадки
.1 Расчёт пролётов настила балочной площадки нормального и усложнённого типов
А) Балочная площадка нормального типа (Рисунок 1).
Шаг балок настила определяется из условия обеспечения жесткости плоского стального настила толщиной с предельным прогибом удовлетворяющим условию (1) [4, табл.Е.1].
(1)
где - предельный прогиб настила, мм;
- расчётный пролёт элемента конструкции, мм, или максимальный прогиб относительно длины пролёта, принятый за 1;
- шаг балок настила, мм.
Рисунок 1- Балочная площадка нормального типа
Пользуясь графиком Лейтеса [3] находим отношение (2), при этом используем отношение (1), приравнивая допустимый прогиб к предельному.
(2)
где - максимально допустимый шаг балок настила, мм;
- толщина настила, мм.
Тогда из отношения (2) мы можем найти максимально допустимы шаг балок:
Для нормальной компоновки уточняем окончательный расчётный шаг a1 балок настила. Для начала находим необходимое количество балок n1 на пролёт по формуле (3).
(3)
где L - пролёт главной балки, м;1 - необходимое количество балок на пролёт, шт.
Тогда окончательный расчётный шаг a1 составит:
(4)
Из условия (1) можно определить фактический прогиб настила:
Фактический вид условия (1), записывая максимальный прогиб как отношение максимально возможного пролёта :
Б) Балочная площадка усложнённого типа (рисунок 2).
Шаг вспомогательных балок конструктивно принимаем .
Рисунок 2- Балочная площадка усложнённого типа
Назначаем расчётный шаг n2, при том же условии (1) обеспечения жесткости стального настила толщиной :
где l - пролёт вспомогательной балки, м.
Тогда окончательный расчётный шаг a2 составит:
Фактический прогиб настила из условия (1):
Фактический вид условия (1), записывая максимальный прогиб как отношение максимально возможного пролёта :
1.2 Расчёт балки настила балочной площадки нормального типа
Рассчитаем балку настила балочной площадки нормального типа (Рисунок 3).
Рисунок 3- Расчётная схема балки настила балочной площадки нормального типа
Определим нормативную погонную нагрузку на балку настила по формуле (5).
Где - коэффициент надёжности по ответственности конструкции [5, табл.2], (согласно классификации [4, прил.А] класс данного сооружения КС-2);
- полезная нагрузка по заданию;
- плотность стали, кН/м3, которая находится как:
Расчётная нагрузка на балку настила составит, согласно формуле 6:
(6)
где - коэффициент надёжности по нагрузке [4]:
-для нагрузки от собственного веса настила: [4, табл.7,1];
-для полезной нагрузки : [4, п.8.4.5].
Балка настила - это симметричный двутавр, работающий на статическую нагрузку, с пределом текучести стали , т.е. она может быть отнесена ко 2 и 3 классам напряженно деформированного состояния. Следовательно, согласно п.8.2.3 момент сопротивления поперечного сечения балки определяется из условия прочности по нормальным напряжениям (7) [1, формула 50].
(7)
Где - коэффициент для расчёта с учётом развития пластических деформаций при изгибе относительно оси x-x [1, табл.Е.1], в зависимости от отношения (площади сечения: полки/стенки), принятый конструктивно;
- расчётное сопротивление стали сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести для балки настила, относящейся к 3 группе конструкций, и марке стали С245, кН/см2, согласно [1, табл.В.5]:
- коэффициент условий работы [1, табл.1];
- момент сопротивления сечения нетто (т.е. за исключением отверстий) балки настила относительно оси x-x, см3 (далее );
- максимальный изгибающий момент в середине настила (Рисунок 3), кНсм:
здесь - пролёт вспомогательной балки (Рисунок 1).
- коэффициент принимаемый в зависимости от , принятый конструктивно (считая ).
здесь - расчётное сопротивление стали сдвигу. Согласно [1, табл.2] для гнутых профилей и труб различных видов:
т.к. .
Тогда требуемый момент сопротивления из условия (7) составит:
(8)
По сортаменту принимаем двутавр №30 со следующими характеристиками:
-;
-;
-;
-;
-;
-;
- (далее ).
Проверяем прочность принятого сечения двутавра по касательным напряжениям для упругой части балки (1 класс н.д.с.) по условию (9) [1, формула 41].
(9)
- толщина стенки двутавра (s), мм;
- максимальная поперечная сила на опоре (Рисунок 3), кН:
здесь - пролёт вспомогательной балки (Рисунок 1).
Тогда проверка прочности принятого сечения (9) будет выглядеть как:
Вывод: условие прочности принятого двутавра выполняется.
Проверяем жесткость балки настила исходя из условия (10).
(10)
где - максимально допустимый прогиб [4, табл.Е.1];
- максимальный расчётный прогиб, рассчитываемый как [6]:
(11)
здесь Е - модуль упругости стали С245 [1, табл.Г.5]:
- момент инерции двутавра №30.
Тогда условие жесткости балки настила (10) будет иметь вид:
Вывод: необходимая жесткость принятого двутавра обеспечена.
1.3 Расчёт балки настила балочной площадки усложнённого типа
Определим нормативную погонную нагрузку на балку настила по формуле (12).
(12)
Определим расчётную нагрузка на балку настила по формуле (13).
(13)
Определим максимальный изгибающий момент в середине настила (Рисунок 4) по формуле (10).
(14)
где - пролёт балки настила (Рисунок 2).
Тогда из условия прочности по нормальным напряжениям (7) требуемый момент сопротивления составит (15):
(15)
По сортаменту принимаем двутавр №18 со следующими характеристиками (выполняя условие ):
-;
-;
-;
-;
-;
-;
- (далее ).
Найдём максимальную поперечную силу на опоре (Рисунок 4) по формуле (16).
(16)
Где - пролёт балки настила (Рисунок 2).
Рисунок 4- Расчётная схема балки настила балочной площадки усложнённого типа
Проверяем прочность принятого сечения двутавра по касательным напряжениям для упругой части балки (1 класс н.д.с.) по условию (9).
Вывод: прочность принятого двутавра №18 выполняется.
Проверяем жесткость балки настила по условию (10) при максимальном прогибе (формула 11):
Тогда условие жесткости балки настила будет выглядеть как:
Вывод: жесткость принятого двутавра №18 обеспечивается.
.4 Расчёт вспомогательной балки балочной площадки усложнённого типа
.4.1 Подбор двутавра вспомогательной балки площадки усложнённого типа
Найдём нормативную нагрузка на вспомогательную балку по формуле (17).
(17)
где .
Найдём расчётную нагрузку (Рисунок 5) на вспомогательную балку по формуле (18).
(18)
Где - коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса настила и балки настила [4, табл.7,1].
Найдём максимальный момент (Рисунок 5) в опорах вспомогательной балки по формуле (19).
(19)
где - пролёт вспомогательной балки (Рисунок 2).
Рисунок 5- Схема вспомогательной балки балочной площадки усложнённого типа
Найдём максимальное поперечное усилие в опорах вспомогательной балки по формуле (17).
Требуемый момент сопротивления двутавра составит, из условия прочности (7) по касательным напряжениям
По сортаменту принимаем двутавр №45 со следующими характеристиками (выполняя условие ):
-;
-;
-;
-;
-;
-;
-.
Проверяем прочность принятого сечения двутавра по касательным напряжениям для упругой части балки (1 класс н.д.с.) по условию (9).
Вывод: прочность принятого двутавра №45 обеспечивается.
Проверяем жесткость балки настила по условию (10), при:
Тогда условие жесткости балки настила площадки усложнённого типа примет вид:
Вывод: жесткость принятого двутавра №45 обеспечивается.
1.4.2 Проверка общей устойчивости вспомогательной балки площадки усложнённого типа
Согласно [1, п.8.4.4] устойчивость балок с сечениями 2-го и 3-го классов следует считать обеспеченной при выполнении требований п.8.4.4 а или б, при условии умножения значений на коэффициент , определяемый по формуле 76 [1].
Таким образом проверка общей устойчивости вспомогательной балки на участке между балками настила заключается в проверке выполнения условия - в общем виде. Т.к. проверяется свободный участок вспомогательной балки площадки усложнённого типа, данное условие запишется в виде (21).
, (21)
где - коэффициент высчитываемый по формуле 76 [1]; принимаем конструктивно;.
- условная гибкость сжатого пояса на свободном участке вспомогательной балки площадки усложнённого типа, вычисляемая по формуле (22);
- предельное значение условной гибкости сжатого пояса на свободном участке всп. балки площадки усложнённого типа, вычисляемое по формуле (23);
(23)
где - длина свободного участка вспомогательной балки площадки усложнённого типа (Рисунок 6):
Рисунок 6- Схема расположения балок настила площадки настила усложнённого типа
(24)
где h - расстояние между осями поясных листов (считаем центром тяжести поясов середину их толщины, Рисунок 7):
здесь - b, t - ширина и толщина пояса двутавра вспомогательной балки (Рисунок 7). Т.к следовательно принимаем .
Рисунок 7- Схема сечения вспомогательной балки
Тогда условие (18) примет вид:
Вывод: устойчивость вспомогательной балки площадки усложнённого типа выполняется.
1.5 Определение расхода стали при каждом варианте компоновки площадки
Расход стали на 1 м2 площадки нормального типа определяем по формуле (24).
(24)
Расход стали на 1 м2 площадки усложнённого типа определяем по формуле (25).
(25)
Вывод: т.к. , расход с экономической точки зрения выгоднее, поэтому принимаем для расчёта балочную площадку нормального типа (Рисунок 1).
2. Проектирование главной балки площадки
.1 Компоновка поперечного сечения с проверкой прочности и местной устойчивости
.1.1 Расчётные и нормативные нагрузки, действующие на главную балку
Предварительная компоновка поперечного сечения главной балки показана на рисунке 8.
Рисунок 8- Предварительная компоновка поперечного сечения главной балки
Найдем нормативная нагрузка на главную балку по формуле (26).
(26)
Найдём расчётную нагрузку (Рисунок 9) на главную балку по формуле (27).
(27)
Найдём максимальный момент (Рисунок 9) в опорах главной балки по формуле (28).
(29)
Найдём максимальное поперечное усилие в опорах главной балки (Рисунок 9) по формуле (24).
(30)
Требуемый момент сопротивления двутавра составит, из условия прочности по касательным напряжениям (7) определим по формуле (30).
где - то же, что и в (7).
Рисунок 9- Расчётная схема главной балки
2.1.2 Определение высоты стенки главной балки
Сечение главной балки составляем сварным составным из 3-х листов. Пояса балки из широкополосной универсальной, а стенка из толстолистовой стали. Минимальная толщина полки , а стенки .
Высота сечения главной балки подбирается из следующих условий:
где находится как:
при устройстве площадки нормального типа
здесь м - строительная высота перекрытия (согласно заданию).
Минимальная высота главной балки принимается из условия обеспечения жесткости балки (31), которое вытекает из условия (10) максимального прогиба балки [2].
(31)
Где , т.е. ;
- коэффициент для расчёта с учётом развития пластических деформаций пластических деформаций при изгибе относительно оси x-x; конструктивно предварительно принимаем равным .
Максимальную высоту главной балки определим из минимальной стоимости материала, т.е. минимального расхода стали на балку [4] по условию (32):
(32)
где K - для сварных балок принимается 1,15 (для клёпанных 1,25);
- предварительная толщина стенки, определяемая по формуле (33):
(33)
здесь находится как:
Таким образом согласно сортаменту толстолистовой стали, высота главной балки принимается ближайшей в большую сторону ширине листа .
Для стенки принимаем по ГОСТ 19903-74* полосу шириной . Соответственно высота стенки главной балки с учётом строжки продольных кромок составит .
.1.3 Определение толщины стенки главной балки
Толщину стенки главной балки определяем из следующих условий:
.Из условия работы стенки на срез на опоре по формуле (34):
(34)
.Из условия исключения продольных рёбер жесткости в стенке по формуле (35):
(35)
3.Должно так же выполняться условие (36).
(37)
Исходя из вышеперечисленных условий принимаю толщину стенки .
2.1.4 Определение габаритных размеров сечения поясов главной балки
Предварительно принимаем толщину поясов балки .
Требуемую площадь поперечного сечения одного пояса определяем из уравнения (37) [6].
где - момент инерции одного пояса главной балки, выражается из правой части уравнения (37):
здесь h - полная высота главной балки.
- расстояние между центрами тяжести поясов главной.
Тогда предварительно (при толщине поясов главной балки ) площадь поперечного сечения одного пояса из уравнения (37) составит:
Следовательно, предварительная ширина полки главной балки составит:
Ширина пояса главной балки должна удовлетворять следующим условию (38).
(38)
в нашем случае:
Поскольку условие не выполняется принимаем ширину пояса, подобранную исходя из этого же условия (38).
Согласно сортамента широкополосной универсальной стали принимаем лист шириной мм.
Следовательно, толщина пояса главной балки изменится, и составит:
Вывод: принимаем пояса балки со следующими геометрическими характеристиками
толщина пояса ;
ширина пояса ;
площадь сечения .
.1.5 Проверка устойчивости и местной устойчивости в зоне ограниченного развития пластических деформаций сжатого пояса главной балки
Проверяем устойчивость сжатого пояса главной балки в упругой области (т.е. при н.д.с. 1 класса) из условия (39) согласно [1, п.8.5.18] для свеса полки двутаврового сечения.
(39)
где - условная гибкость свободного свеса пояса;
- принимаем конструктивно (или согласно [1, п.8.5.18]);
- свободный свес пояса, который находится как:
Вывод: устойчивость сжатого пояса главной балки в упругой области обеспечивается при толщине полки .
Проверяем местную устойчивость сжатого пояса в зоне ограниченного развития пластических деформаций (т.е. при н.д.с. 2 и 3 классов) из условия (40).
(40)
Где - параметр условной гибкости стенки. При находится как [1, прил.B]:
Где - расчётное сопротивление стали сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести для пояса главной балки, относящейся ко 2 группе конструкций, и марке стали С245, кН/см2, согласно [1, табл.В.5]:
Тогда условие (40) примет вид:
Вывод: условие устойчивости сжатого пояса в зоне ограниченного развития пластических деформаций выполняется.
.1.6 Окончательное конструирование сечения с проверкой с проверкой физических характеристик элементов главной балки
Вычислим фактические геометрические характеристики скомпонованного сечения главной балки.
;
;
,
Где .
,
Где .
Уточним коэффициент cx из [1, табл.Е.1] методом интерполяции в зависимости от отношения (41).
(41)
Проверяем прочность принятого сечения балки по нормальным напряжениям по условию (42).
(42)
Где - то же, что и в (7);
- расчётное сопротивление стали сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести для пояса главной балки толщиной от 20 до 30 мм [1, табл.В.5]:
Вывод: условие не обеспечивается, наблюдается недостаток стали в 1,35 %.
В учебных целях поставлена задача добиться запаса стали в не более 10 %. Для решения данной задачи необходимо увеличить толщину стали полки. В соответствии с сортаментом принимаю толщину полки .
Следовательно, у нас изменятся характеристики сечения главной балки:
;
;
,
Где .
,
где .
Уточним коэффициент cx при:
Проверяем прочность принятого сечения балки по нормальным напряжениям по условию (42).
Вывод: прочность принятого сечения главной балки по нормальным напряжениям обеспечивается с запасом в 8,64 %, при толщине пояса .
Проверяем устойчивость стенки главной балки в зоне развития пластических деформаций из условия (38) согласно [1, форм.86].
где - расчётная высота стенки;
;
- принимается согласно [1, п.8.4.5]
здесь - расчётное сопротивление стали сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести для стенки главной балки толщиной до 20 мм [1, табл.В.5].
коэффициент найденный по [1, табл.18] методом интерполяции (при (формула 40); в середине пролёта):
Таким образом условие (43) примет вид (44):
Вывод: местная устойчивость стенки главной балки в зоне развития пластических деформаций обеспечивается. Сечение главной балки, принятое окончательно показано на Рисунок 10.
Рисунок 10- Сечение главной балки, принятое окончательно (М1:10)
2.2 Изменение сечения главной балки по длине
Для снижения расхода стали на главную балку изменим её сечение за счёт уменьшения ширины поясов на приопорных участках.
Ширину уменьшаемой полки принимаем следуя рекомендациям (45) с соблюдением кратности в 10мм.
(45)
Следовательно:
Принимаем ширину уменьшенного сечения главной балки мм.
Соединение узкой и широкой частей поясов выполняются стыковыми сварными швами с выводом на планки и физическим контролем их качества.
Предельный изгибающий момент , который может быть воспринят уменьшенным сечением балки по стыковому сварному шву можно определить по формуле (46) [6].
(46)
где - расчётное сопротивление стыковых сварных соединений растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести. Согласно [1, табл.4]:
Здесь - предел текучести для элемента с минимальным его значением, т.е. для стенки сечения главной балки
- момент сопротивления главной балки с принятым уменьшенным поясом:
Здесь - момент инерции стенки главной балки:
.
Тогда формула (40) примет вид:
Поскольку изгибающий момент в произвольном сечении балки на расстоянии x от опоры определяется по формуле в общем виде (47), мы можем найти расстояния и от краёв главной балки:
(47)
;
.
Таким образом, сечение главной балки с учётом его уменьшения будет выглядеть согласно Рисунок 11.
Рисунок 11- Схема изменения сечения главной балки по длине пролёта
.3 Проверка прочности стенки главной балки по приведённым напряжениям
Для выбора расчётной формулы проверки прочности стенки необходимо выполнить расстановку поперечных рёбер жесткости подкрепляющих стенку.
Определяем условную гибкость стенки по формуле (48) согласно [1, прил. B].
(48)
где - расчётное сопротивление изгибу, сжатию, растяжению по пределу текучести стали стенки главной балки.
Согласно п.8.5.9 рёбра жесткости устанавливаем в зоне развития пластических деформаций, а так же на остальных участках (в упругих областях) т.к.. Рёбра жёсткости устанавливаем в местах приложения сосредоточенных неподвижных нагрузок, т.е. под балками настила.
Определяем протяженность зоны развития пластических деформаций по формуле (49).
(49)
Шаг рёбер в упругой области принимаем (при ):
где - расчётная высота стенки главной балки
Так как под ближайшей к месту изменения сечения балкой настила в направлении опоры установлены рёбра жесткости проверку прочности стенки выполняем без учёта действия локальных напряжений согласно [1, форм.44] по формуле (50).
(50)
Где - нормальное напряжение в серединной плоскости стенки:
здесь - изгибающий момент в местах изменения сечения
здесь - статический момент уменьшенной полки (пояса) главной балки:
.
- момент инерции стенки главной балки (формула 46).
Тогда условие (43) примет вид:
Вывод: прочность стенки главной балки обеспечена.
.4 Проверка общей устойчивости главной балки
Проверку общей устойчивости главной балки выполняем для средней и приопорной частей балки.
А) Средняя часть.
Так как средняя часть главной балки относится к элементам 2 и 3 классам Н.Д.С. - проверка общей устойчивости выполняется для поясов, по формуле (21, она же 51), т.к. именно в них присутствуют максимальные продольные напряжения, вызывающие потерю устойчивости.
(51)
Где - коэффициент высчитываемый по формуле 76 [1]; принимаем конструктивно;.
- условная гибкость сжатого пояса балки, по формуле (52);
- предельное значение условной гибкости сжатого пояса на свободном участке главной балки, вычисляемое по формуле (53).
(53)
где - длина свободного участка главной балки площадки усложнённого типа (Рисунок 13).
где b, t - ширина и толщина пояса главной балки
Рисунок 13- Схема расположения балок настила
Тогда условие (51) примет вид:
Вывод: общая устойчивость в средней части балки обеспечивается.
Б) Опорная часть.
Проверка общей устойчивости выполняется в опорной части выполняется по формуле (54) согласно [1, п.8.4.4], так как участок относится к 1 классу Н.Д.С.
(54)
где - то же, что и в (51);
- то же, что и в (51), но с поправкой на уменьшенное сечение, формула (55):
(55)
здесь , поэтому принимаем .
Тогда условие (54) примет вид:
Вывод: общая устойчивость в опорной части балки обеспечивается.
2.5 Проверка местной устойчивости стенки главной балки в упругой области
Проверка местной устойчивости выполняется для отсека (участка стенки между рёбрами жесткости) с местом изменения сечения балки по длине.
Проверку местной устойчивости стенки в отсеке выполняем с учётом локальных напряжений в сечении под балкой настила в границах отсека с изменением сечения пояса главной балки, т.к. в этом отсеке расположена одна балка настила и под ней отсутствует ребро жесткости (Рисунок 13). Проверка проводится согласно [1, п.8.5.3, форм.80] из условия (56).
(56)
Согласно [1, п.8.5.5, б], при выполнении условия (где a - шаг рёбер жесткости), проверка проводится для двух случаев описанных ниже по тексту. В нашем случае условие выполняется:
А - при значениях и вычисленных при фактическом отношении ;
Б - когда вычислена по [1, форм.81] с учётом требований [1, п.8.5.4], а вычислена по [1, форм.82]. Тогда при определении коэффициентов и вместо принят при или при .
Определим общие для обоих случаев значения формулы (56).
Проверяемое сечение находится на расстоянии , составляющее (57):
(57)
Нормальные напряжения в (56) составят (58), согласно [1, форм.78]:
(58)
где - момент инерции стенки главной балки;
- изгибающий момент от нагрузки в сечении отсека под балкой без ребра жесткости, т.е. на расстоянии
здесь - расчётная нагрузка на главную балку.
Касательные напряжения в формуле (56) составят (59), согласно [1, форм.79]:
(59)
Где - поперечное усилие под проверяемым сечением на расстоянии :
Нормальные локальные напряжения в формуле (56) ), согласно [1, форм.47] составят (60):
(60)
где - условная длина распределения нагрузки, определяемая по формуле (61), согласно [п.8.2.2] для случая показанного на рисунке 6 [1] (Рисунок 14):
Рисунок 14- Распределение нормальных локальных напряжений
(61)
здесь (при - катет сварного шва).
Критические касательные напряжения в (56) определим согласно [1, форм.83] по формуле (62):
(62)
где - отношение большей стороны отсека к меньшей:
- условная гибкость элемента меньше из сторон отсека:
здесь - меньшая из сторон отсека.
Тогда критические касательные напряжения в (56) составят (по формуле 47):
А) 1-й случай проверки местной устойчивости стенки отсека.
Значения формулы (56) для 1-го случая.
Критические нормальные напряжения в (56) вычислим по формуле (63) согласно [1, форм.81]
(63)
Где ;
- коэффициент, определяемый интерполяцией (64) согласно [1, п.8.5.4-п.8.5.6] в зависимости от , который находится по формуле (64) [1, форм.84], из таблицы 16, т.к.:
(64)
(65)
где - коэффициент принимаемый по [1, табл.13], в зависимости от вида элемента и условий работы сжатого пояса;
- расчётная высота стенки главной балки.
Нормальные локальные критические напряжения в (56) определим по формуле (66), согласно [1, форм.82]:
(66)
где - то же, что и в формуле (63).
Значение принимаем по [1, табл.14] с помощью интерполирования, в зависимости от:
; (67)
где - то же, что и в (61) (Рисунок 14).
. (68)
Тогда будет равным:
гдезначения и находятся предварительной интерполяцией:
;
.
Значение принимаем по [1, табл.15] с помощью интерполирования, в зависимости от:
)
).
Тогда будет равным (при ):
Таким образом применяя найденные значения к формуле (66), локальные критические нормальные напряжения составит:
Только теперь мы имеем возможность проверить условие (56):
Вывод: местная устойчивость стенки в отсеке выполняется.
Б) 2-й случай проверки местной устойчивости стенки отсека.
Значения формулы (56) для 2-го случая.
Критическое нормальное напряжение в (56) согласно [1, форм.81] вычислим по формуле (67).
(69)
где ;
- коэффициент, определяемый интерполяцией (68) по [1, табл.12], согласно [1, п.8.5.4-п.8.5.6] в зависимости от , который находится по формуле (64) [1, форм.84].
Т.к. отношение , принимаю . В этом случае заменяю отношением:
значит для нахождения - используем таблицу 12 [1]
Нормальные локальные критические напряжения в (56) определим по формуле (66, она же 69), согласно [1, форм.82]:
(70)
Значение принимаем по [1, табл.14] с помощью интерполирования, в зависимости от:
);
).
Тогда будет равным:
гдезначения и находятся предварительной интерполяцией:
;
.
Значение принимаем по [1, табл.15] с помощью интерполирования, в зависимости от:
).
).
Тогда будет равным:
гдезначения и находятся предварительной интерполяцией:
;
.
Таким образом согласно формуле (69) локальное критическое нормальное напряжение составит:
Только теперь мы имеем возможность проверить условие (56):
Вывод: местная устойчивость стенки в отсеке выполняется.
2.6 Расчёт поясных соединений
Соединения поясов главной балки выполняются сварными угловыми двусторонними швами «в лодочку». Согласно [1, п.14.4.1] сварные поясные соединения составной двутавровой балки рассчитывается по формулам [1, табл.43].
В данном случае оценка несущей способности угловых сварных швов выполняется согласно [1. форм.196, 197] по формулам (70, 71) (поскольку в схеме главной балки присутствуют концентрированные нагрузки в виде балок настила, приложенных к верхнему поясу, под которыми нет рёбер жесткости).
(71)
(72)
где - катет сварного шва электрода типа Э42 с маркой проволоки Св-08;
- сдвигающее пояс усилие на единицу длины, вызываемое поперечной силой Q, кН, определяемое по формуле:
Здесь - статический момент уменьшенного пояса главной балки, (50);- момент инерции стенки главной балки, (46);- максимальное поперечное усилие в опорах главной балки, (42).- давление от сосредоточенного груза , на единицу длины, определяемое с учётом требований [1, п.8.2.2-п.8.3.3], по формуле:
здесь - коэффициенты надёжности по нагрузке по [4] (учтён в формулах (70,71) в виде );
[1, форм.46].
- коэффициент для расчёта углового шва по металлу шва [1, табл.39], при автоматической сварке;
- коэффициент для расчёта углового шва металлу границы сплавления [1, табл.1.1], при автоматической сварке;
- расчётное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва [1, табл.Г.2];
- расчётное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления [1, табл.4],
здесь - временное сопротивление стали, принимаемое равным минимальному значению по государственным стандартам и техническим условиям на сталь [1, табл.В.5].
Таким образом условия (70,71) для оценки несущей способности угловых сварных швов примет вид:
т.е. из этих условий главное выполнение условия с большим значение в левой части. Т.к. разница условий только в произведениях и , находящихся в знаменателе, выбираем произведение с меньшем значением
Вывод: несущая способность сварных угловых двусторонних швов обеспечивается.
2.7 Расчёт и конструирование укрупнительного стыка главной балки на высокопрочных болтах с контролируемым усилием натяжения
.7.1 Расчётные характеристики элементов стыка
Стык проектируем на накладках, диаметр болтов , сталь 40ХСелект, способ обработки - поверхностный, метод соединения элементов - газопламенный, способ контроля усилия натяжения - по моменту закручивания, разность диаметров болтов и отверстий 3мм.
Стык проектируем на расстоянии x6 от опоры по формуле (72):
(72)
Найдём максимальный момент в сечении главной балки на расстоянии x6 от опоры по формуле (73).
(73)
Найдём максимальное поперечное усилие в опорах вспомогательной балки по формуле (74).
(74)
Распределяем изгибающий момент между стенкой и полками балки на стенку по формуле (75):
(75)
где - момент инерции стенки главной балки, определяемый по формуле:
Распределяем изгибающий момент между стенкой и полками балки на пояса по формуле (76):
(76)
Максимальное усилие, которое может быть воспринято одной плоскостью трения над одним высокопрочным болтом определяется согласно [1, форм.191] по формуле (77).
(77)
Где - расчётное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям [1, п.6.7]:
Здесь - нормативное сопротивление болта [1, табл.Г.8]
- площадь сечения болта по резьбе [1, табл.Г.9];
- коэффициент трения, принимаемый по [1, табл.42];
- коэффициент, принимаемый по [1, табл.42].
.7.2 Проектирование стыка пояса главной балки
Скомпонуем расположение болтов по сечению пояса главной балки (Рисунок 15).
Рисунок 15- Сечение зоны накладок стыка поясов
Продольное усилие в поясе получаем заменой изгибающего момента парой сил с плечом :
Требуемое количество болтов в стыке поясов (на одной части главной балки) найдём согласно [1, форм.192] по формуле (78).
(78)
где k=2 - количество плоскостей трения, соединяемых элементов;
- коэффициент условий работы фрикционного соединения, зависящий от количества n болтов, необходимое для восприятия расчётного усилия, принятый конструктивно, считая ;
Ширина нижних полунакладок в стыке принимается с учётом условия (79), кратно 10 мм (Рисунок 15).
(79)
где - зазор между полунакладкой и стенкой главной балки:
(80)
Расстояния между болтами a и величины обрезов c должны удовлетворять условиям (59), округлённый до 10мм.
Таким образом принимаем расстояния и составляющие:
Предварительную толщину площадок определяем из условия их равнопрочности поясу, которая выполняется при условии (81).
(81)
Где - площадь пояса главной балки:
- общая площадь сечения площадок (накладок и полунакладок):
Тогда условие (81) примет вид:
Принимаю толщину накладок .
Рисунок 16- Схема размещения болтов в поясе главной балки
Проверяем ослабление накладок по сечению 1-1 ближайшему к оси стыка согласно [1, п.14.3.11] по условию (82).
(82)
где - площадь накладок за вычетом отверстий (нетто) под болты:
Условие (82) принимает вид:
- условие не выполняется - прочность в сечении 1-1 не обеспечивается.
Увеличиваем толщину накладок до 1,6 см и проверяем снова.
Площадь сечения 1-1 составит:
Условие (82) принимает вид:
Вывод: прочность накладок в ослабленном четырьмя болтами сечении 1-1 обеспечивается при толщине накладок .
Проверяем ослабление пояса двумя отверстиями по краю стыка в сечении 2-2.
Площадь сечения 2-2 составит:
Условие (82) принимает вид:
Вывод: прочность накладок в ослабленном двумя болтами сечении 2-2 обеспечивается при толщине накладок .
Проверяем фактическую длину накладок с максимально возможной их длиной , выражение (83) (Рисунок 17).
Рисунок 17- Схема места размещения накладки
(83)
где
Условие (62) примет вид:
Вывод: условие выполняется, оставляем конструкцию стыка без изменений.
.7.3 Проектирование стыка стенки главной балки
Предварительно конструктивно принимаем с одной стороны стенки 2 вертикальных ряда болтов. Шаг горизонтальных рядов примем мм () (Рисунок 18).
Расстояние от центра отверстия до среза накладки, с учётом запаса должна составлять минимум:
Рисунок 18- Схема размещения болтов в стенке главной балки
Тогда максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядам составит:
Таким образом максимальное количество горизонтальных рядов болтов вычисляется как:
Уточняем размеры , и (Рисунок 17):
Так же определим шаги между болтами симметрично расположенными относительно горизонтальной оси накладки стенки главной балки:
;
;
;
;
;
;
;
.
Необходимо найти максимальное продольное усилие в наиболее удалённом болте . Такое усилие приложено в верхнем и нижнем горизонтальных рядах, поскольку в нормальные напряжения увеличиваются линейно с нарастанием расстояния от нейтральной оси стенки главной балки. найдём по формуле (84).
(84)
где k - количество вертикальных рядов (на одной стороне накладки);
Поперечная сила приходящаяся на 1 болт стыка стенки найдём по формуле (85).
(85)
где - общее количество болтов накладки стенки главной балки.
Проверяем несущую способность наиболее нагруженного болта стыка стенки по условию (86).
(86)
где - количество плоскостей трения, воспринимаемых одним болтом;
- максимальное усилие, которое может быть воспринято одной плоскостью трения.
Вывод: условие выполняется с запасом 0,07% - несущая способность наиболее нагруженного болта стыка стенки обеспечена.
Определяем фактические размеры накладок в стыке стенок.
Ширина накладки:
Высота накладки:
Определяем толщину накладки в стыке стенки определяем из условий (87).
(87)
Вывод: толщину накладки в стыке стенки принимаем 8 мм.
.8 Проектирование опорной части главной балки
Опорную часть главной балки проектируем для шарнирного пояса опирания на опорную плиту оголовка.
Ширину торцевой диафрагмы принимаем .
Толщину диафрагмы определяем из условий работы на смятие её торца (88).
(88)
где - расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности [1, табл.В.7], зависящее от временного сопротивления для стали С245 [1, табл.В.5]);
- максимальное поперечное усилие в опорах главной балки.
Из условия (88) находим минимальную толщину торцевой диафрагмы (89):
(89)
Вывод: принимаем фактическую толщину диафрагмы мм.
Проверка устойчивости условной опорной стойки, в поперечное сечение которой включается торцевая диафрагма и примыкающий небольшой участок стенки шириной S выполняется как для центрально сжатого элемента по формуле (90) согласно [1, форм.7].
(90)
Где - максимальное поперечное усилие в опорах главной балки;
;
S - длина участка стенки главной балки, учитываемая в проверке условия (90), которая вычисляется по формуле (91).
(91)
Где - коэффициент устойчивости при центральном сжатии, значение которого при находим в таблице Д.1 [1] интерполированием (94) в зависимости от условной гибкости опорной балки, принимая тип сечения c согласно таблице 7 [1] (или определять по [1, форм.8]).
Условная гибкость опорной стойки определим по формуле (92) согласно [1, прил.В].
(92)
Где - гибкость опорной стойки,
здесь - расчётная длина стержня опорной стойки;
- радиус инерции сечения стержня опорной стойки, определяемый по формуле (93).
(93)
где - момент инерции сечения условной опорной стойки:
Таким образом мы можем найти коэффициент в формуле (91):
(94)
Вычислив все входящие значения в условие (90) проведём непосредственную проверку устойчивости условной опорной стойки:
Рисунок 19- Схема условная опорная стойка, рассчитываемая на устойчивость
Вывод: устойчивость условной опорной стойки обеспечена.
Проверим прочность двусторонних сварных швов присоединяющих торцевую диафрагму к стенке главной балки согласно [1, форм.176-177] по формулам (95, 96).
(95)
(96)
Где -расчётная длина швов в сварном соединении , равная суммарной длине всех его участков за вычетом 1см на каждом непрерывном участке шва. Находится согласно [1, п.14.1.6 г] по формуле (97):
(97)
Сварку применяем полуавтоматическую, сварочная проволока Св-08Г2С с характеристиками:
согласно [1, табл.4].
Минимальный катет сварного шва должен быть мм [1, табл.38].
Для полуавтоматической сварки согласно [1, табл.39] при нижнем положении сварного шва и мм: , .
Расчётное сечение сварного шва выбирается из условий [1, п.4.1.16]. В нашем случае:
Соответственно необходимый минимальный катет сварного шва найдём по выражению (98), выведенному из условия (96).
(98)
Вывод: принимаем катет сварного шва .
Проектирование узла сопряжения балки настила с главной балкой.
При этажном сопряжении балок проверяется прочность и устойчивость опорного участка стенки балки.
Ширина опорной зоны стенки составляет:
Проверка прочности опорного участка стенки выполняется по формуле (99) согласно [1, форм. ].
(99)
Вывод: прочность опорного участка стенки обеспечивается.
Проверка устойчивости приопорного участка стенки как центрально сжатого элемента выполняется по формуле (100).
(100)
где
Вывод: устойчивость приопорного участка стенки обеспечивается.
Проверка устойчивости стойки (приопорной части стенки) главной балки.
За расчётную высоту стойки принимают см [1, п.10.3.1]. Проверка устойчивости проводится по формуле (100).
В формуле (100) коэффициент устанавливается в зависимости от условной гибкости стойки найденной по формуле (101).
(101)
где - радиус инерции сечения стойки приопорной части стенки главной балки:
Рассчитываемое сечение соответствует схеме b [1, табл.7]. Значит значение подбираем интерполяцией из таблицы Д.1 [1]:
Проверяем условие (101):
Вывод: устойчивость приопорной части стенки обеспечена.
3. Проектирование колонны площадки настила
3.1 Подбор и конструирование стержня сквозной колонны
3.1.1 Компоновка сечения стержня колонны
Расчётная схема колонны показана на Рисунок 19
Рисунок 19- Расчётная схема сечения колонны
Определяем конструктивную длину стенки колонны, при условии равенства нулю отметки низа опорной плиты базы колонны по формуле (102).
(102)
Неподвижность верхней опоры в горизонтальном направлении обеспечивается постановкой вертикальных связей по каждому ряду колон в двух направлениях.
Расчётная высота колонны определяется в зависимости от схемы закрепления её концов и вида приложенной нагрузки по формуле (103):
(103)
Где - значение определяемое согласно [1, табл.30]
Компоновка поперечного сечения колон.
Колонна сквозная двухветвевая из прокатных швеллеров. Сталь для колонны принимаем по 3 группе конструкций аналогично балке настила и главной балке - C245, .
Требуемая площадь сечения стержня колонны определяется из условий обеспечения устойчивости (104).
(104)
где - сжимающая нагрузка от двух главных балок опёртых колонны:
Задаёмся предварительно начальной гибкостью в пределах 60-80:
принимаю .
Тогда условная гибкость составит [1, прил.Б]:
Рассчитываемое сечение соответствует схеме b [1, табл.7], значит значение интерполируем из [1, табл.Д.1]:
Минимальную необходимую площадь сечения колонны выражаем из условия (104) и получаем (105):
(105)
Требуемые радиусы инерции поперечного сечения колонны определяются по формуле (106) из [1, прил.Б].
(106)
Подбор сечения ветвей колонны выполняем из условия устойчивости «материальной» оси x.
Учитывая минимальную площадь общего сечения и радиус инерции относительно осей выбираем по сортаменту 2 швеллера №40:
площадь сечения обоих швеллеров
радиус инерции каждого швеллера
Таким образом определим фактическую гибкость колонны (относительно «материальной» оси x) как:
Условная гибкость колонны составит:
Коэффициент [1, табл.Д.1] при схеме сечения b [1, табл.7]:
Получив фактические характеристики сечения колонны проверяем условие обеспечения устойчивости (104):
Вывод: устойчивость обеспечивается с запасом в 21,21%. Т.к. запас более 10% - выбираем швеллер с меньшей площадью сечения и заново проверяем его на устойчивость.
Принимаю по сортаменту 2 швеллера №36 с общей площадью:
Радиус инерции каждого швеллера:
Фактическая гибкость колонны из данных швеллеров составит (относительно оси x):
Условная гибкость:
Коэффициент [1, табл.Д.1] при схеме сечения b [1, табл.7]:
Проверяем условие обеспечения устойчивости (76):
Вывод: устойчивость колонны обеспечивается с запасом в 8,7%.
Назначаем ширину сечения колонны так, что бы расстояние между профилями было , а сечение было максимально близко к квадратному. Найдём минимальное значение при ширине колонны, равной высоте швеллера d=h=36см:
Принимаю сечение колонны с характеристиками:
;
;
,
где - расстояние от центра сечения колонны до центра тяжести швеллера ветви (Рисунок 19):
;
Гибкость стержня колонны относительно «свободной» оси y найдём по формуле:
(107)
.1.2 Проектирование соединительной решетки
Число расстояний между узлами соединения решетки с ветвями принимается не менее 6. При этом угол наклона раскосов к осям ветвей должен быть , а так же гибкость одной ветви на участке между узлами должна удовлетворять условию (78).
(108)
Количество полупанелей решетки, считая наклон раскосов , определим из выражения (109).
(109)
Уточним длину полупанели и угол наклона раскосов к осям ветвей колонны:
Расчёт соединений выполняется на действие условной поперечной силы согласно [1, п.7.2.7, форм.18] найденной по формуле (110).
(110)
где - максимальное продольное усилие в колонне ; коэффициент устойчивости при центральном сжатии (найденный выше).
Рисунок 20-Схема соединительной решетки
Продольное усилие в раскосе решетки определяется по формуле (111).
(111)
Подбор сечения раскоса решетки колонны.
Принимаем предварительно гибкость раскоса колонны .
Условная гибкость раскоса составит (112):
(112)
Коэффициент [1, табл.Д.1] при схеме сечения c [1, табл.7]:
Из условия устойчивости раскоса (113) определим необходимую площадь сечения (114).
(113)
(114)
В качестве раскоса будем использовать уголок 50x5 ГОСТ 8509-93 с характеристиками:
;
.
Фактическая гибкость раскоса составит:
Проверим устойчивость раскоса по формуле (113):
Вывод: устойчивость раскоса обеспечивается
Проверяем равноустойчивость колонны в двух плоскостях, сравнивая гибкость колонны относительно оси x () с условной гибкостью колонны по условию (115) согласно [1, п.7.2.4]:
(115)
Где - приведённая гибкость стержня сквозного сечения определяемая по формулам таблицы 8 [1]. Для схемы сечения 1 сквозного сечения с решетками определяется по формуле (116):
(1.16)
Где - гибкость стержня колонны относительно «свободной» оси y (формула 107).
Значение находится по формуле:
(1.17)
гдеb - ширина сечения колонны (Рисунок 20);
- расстояние между узлами соединительной решетки колонны (Рисунок 20);
- длина панели соединительной решётки (Рисунок 20).
Условие (115) примет вид:
условие выполняется, но при этом запас в 20 % больше допустимых 10 %, значит необходимо сократить расстояние между ветвями колонны.
Т.к. расстояние между сечениями ветвей колонны не должно быть менее 10 см, проведу расчёт устойчивости стержня колонны при её ширине в b=32 см.
Количество полупанелей решетки, при :
.
Уточним длину полупанели и угол наклона раскосов к осям ветвей колонны:
Продольное усилие в раскосе решетки при :
Подбор сечения раскоса решетки колонны.
; ;
Необходимая площадь сечения раскоса:
Оставляем уголок 50x5 ГОСТ 8509-93 с характеристиками:
;
.
Фактическая гибкость раскоса составит:
Проверка устойчивости раскоса:
Проверяем равноустойчивость колонны в двух плоскостях:
При
здесь .
Вывод: условие выполняется с запасом в 14 %, уменьшение расстояния между сечениями колонны невозможно (из конструктивных соображений). Ширина сечения стержня колонны остаются равной 32 см.
3.2 Конструирование и расчёт оголовка центрально сжатой колонны
Конструирование оголовка разрабатывается для ножевого опирания главной балки на верхнюю грань опорного столика.
Высота опорного столика выражается из условия работы на срез двух фланговых сварных швов согласно [1, форм.176-177] из формулы (116) с запасом в 1 см.
(118)
где - длина сварных швов, должна удовлетворять условию (118):
Толщину опорного столика принимаем в пределах 30-40мм. Поскольку толщина диафрагмы , достаточно принять толщину опорного столика .
Согласно [1, табл.38] минимальный катет шва мм. Тогда:
; ; ; .
Расчётное сечение сварного шва выбирается из условий [1, п.4.1.16]. В нашем случае:
Следовательно в условии (117) подставляем значения , .
Из формулы (117) рассчитаем длину двух фланговых сварных швов при мм составит:
Проверяем условие (118):
Условие не выполняется, необходимо увеличить катет шва.
Увеличиваю катет шва до мм.
Значения остаются прежними.
Длина сварных швов при мм составит:
Проверяем условие (118):
Условие выполняется. Т.к. был пропущен вариант катета шва мм сделаем проверку и для него, что бы убедиться в отсутствии необходимости уменьшения катета шва.
Принимаю предварительно катет шва мм.
Значения остаются прежними.
Длина сварных швов при мм составит:
Проверяем условие (118):
Условие не выполняется.
Вывод: оставляем катет сварного шва мм.
Вывод: высота опорного столика, согласно формуле (117) составит:
.3 Конструирование и расчёт базы центрально сжатой колонны
Конструкцию базы разрабатываем для присоединения колонны к фундаменту с передачей давления от стержня колонны к плите базы через нижние строганные кромки траверс.
Площадь стальной опорной плиты базы колонны должна удовлетворять требованиям расчёта на прочность фундамента и определяются из условия исключения смятия бетона фундамента под плитой (119).
(119)
Где - сжимающая нагрузка действующая от колонны (продольное усилие колонны);
- расчётное сопротивление смятию, определяемое согласно [7, форм.102] по формуле (120).
(120)
при условии ,
где - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию для предельных состояний 1-й группы (класс бетона В10 по заданию);
=1 для бетона класса ниже В25 (задан В10);
- коэффициент, определяемый по формуле:
(121)
здесь - площадь смятия; площадь опорной плиты (Рисунок 21);
- расчётная площадь смятия [7, п.3.40]; в нашем случае это площадь обреза фундамента относительно опорной плиты (Рисунок 21).
Поскольку площадь опорной плиты неизвестна и именно ёё нам предстоит найти принимаем конструктивно в формуле (120) .
Таким образом из формулы (119) выразим формулу для вычисления значения площади опорной плиты:
Ширина плиты находится как сумма всех конструктивных элементов, расположенных по ширине плиты (Рисунок 21), т.е.:
Минимальная длина опорной плиты должна составлять:
Кроме того, длина опорной плиты должна быть не менее суммы конструктивных элементов, расположенных по длине плиты (Рисунок 21), т.е.:
Вывод: принимаем большую длину опорной плиты .
Рисунок 21 - Схема опорной плиты базы колонны (заливкой показана площадь расчётная площадь смятия , она же площадь обреза фундамента )
Толщину опорной плиты базы колонны определяем из условия прочности при работе на изгиб согласно [1, форм .101] отдельных участков плиты с разными условиями опирания по формуле (121).
(121)
Разбиваем опорную плиту базы колонны на 3 характерных участка:- консоли;- с контурным опиранием;- с опиранием по трём сторонам.
Различные значения изгибающих моментов в полосках единичной ширины на рассматриваемых участках определяются согласно [1, п.8.6.2] по формулам:- для консольного участка;
(122)
- для участка с контурным опиранием:
(123)
; (124)
- для участка с опиранием по трём сторонам:
(125)
т.к. отношение , то считаем данный участок как консольный по формуле (121):
где , , - коэффициенты, зависящие от условий опирания и отношения размеров сторон участка плиты и принимаемые согласно таблице Е.2 [1] в зависимости от отношения длинной стороны участка к короткой (или перпендикулярной к свободной стороны к свободной стороне);- реактивный отпор фундамента под рассматриваемым участком плиты на единицу площади плиты:
- вылет консольного участка плиты (c = 4 см);1 - длина свободной стороны пластины (диагональ прямоугольника у участка опертого на 2 стороны, сходящихся под углом), d1=36см;1 - длина короткой стороны (расстояние от вершины угла до диагонали в таблице Е.2 [1]).
Таким образом по формуле (101) находим минимальную толщину опорной плиты (126). Для расчёта толщины плиты базы колонны используем максимальный изгибающий момент, возникающий на 1 из 3 участков.
(126)
Установка дополнительных траверс не требуется.
Проверка прочности горизонтальных сварных швов, присоединяющих траверсы к опорной плите базы выполняется из условий (127,128) согласно [1, форм.176-177]:
(127)
(128)
Где - сумма горизонтальных сарных швов:
Согласно [1,табл.38], минимальный катет шва . Тогда:
; ; ; .
Расчётное сечение сварного шва выбирается из условий [1, п.4.1.16]. В нашем случае:
Следовательно, выполняем проверку по условию (127):
Условие не выполняется, увеличиваю катет сварного шва до .
Значения коэффициентов остаются прежними (при до 8 мм включительно). Следовательно, выполняем проверку по условию (127):
Вывод: условие прочности горизонтальных сварных швов выполняется при катете шва равном .
Высоту траверсы определяем из условий прочности при работе на срез четырёх вертикальных сварных швов, присоединяющих траверсы к стержню колонны (127,128).
Длина сварных швов ложна удовлетворять условию (129):
(129)
При этом высота траверсы должна быть более 200мм но не превышать .
Фактическая длина сварных швов составляет:
Согласно [1,табл.38], минимальный катет шва (кроме того он не должен превышать , где t наименьшая толщина из свариваемых элементов). Тогда:
; ; ; .
Расчётное сечение сварного шва выбирается из условий [1, п.4.1.16]. В нашем случае:
Следовательно, выполняем проверку по условию (127):
Проверяем условие (129):
Условие (129) выполняется. Высота траверсы будет равен длине 1 из 4 сварных швов с запасов 1 см:
балка сталь колонна
Список использованных источников
1.СП 16.13330.2011. Стальные конструкции: - Введён в действие с 20 мая 2011 г. - М.: Минрегион России, 2014.
.Кудишин Ю.И. Металлические конструкции/Ю.И Кудишин. - Москва: Академия, 2011. - 691 с.
.Лейтес С.Д. Справочник по определению свободных длин элементов стальных конструкций/С.Д.Лейтес. - Москва: 1963. - 162с.
.СП 20.13330.2011. Стальные конструкции: - Введён в действие с 20 мая 2011 г. - М.: Минрегион России, 2010.
.ГОСТ 27751-2014. Надёжность строительных конструкций. - Москва: Стандартинформ, 2015. - 26с.
.Ромашов. Р.В. Сопротивление материалов/ Р.В. Ромашов. - Оренбург: 2007 г. - 288с
.СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции: - Введён в действие с 13 июля 2015 г. - М.: Минрегион России, 2015.