Конструирование балочной клетки

Задаемся гибкостью  одной ветви  , принимаем

Определяем гибкость относительно свободной оси У:

Определяем необходимый радиус инерции одной ветви относительно оси У:

Определяем расстояние между ветвями:

Т.к. расстояние между  ветвями также определяется по формуле  , где по конструктивным требованиям, то

т.е. вычисленное расстояние между ветвями b=45 см можно принять за окончательное.

 Геометрические характеристики составного сечения колонны:

 

Определяем гибкости относительно осей Х и У:

      

Принимаем меньшее значение из и , т.е. , определяем и проверяем устойчивость колонны:

Устойчивость колонны  обеспечена.

5.3.3. Расчет соединительных планок

 

Определяем расстояние между осями  планок:

     Принимаем 108см.

Зададимся размерами планок:

  Принимаем 

Расчет соединительных элементов  сжатых составных стержней (в данном случае, планок) должен выполняться  на условную поперечную силу Q_fic, принимаемую постоянной по всей длине стержня и определяемую по формуле (23)* [1]:

 

где:  N- продольное усилие в составном стержне;

j- коэффициент продольного изгиба, принимаемый для составного стержня в плоскости соединительных элементов.

Расчет соединительных планок и  их прикрепления должен выполняться  как расчет элементов безраскосных ферм на силу F, срезающую планку, по формуле (24), и на изгибающий момент M₁ , изгибающий планку в её плоскости, по формуле (25) [1]:

, где b₀ – расстояние между осями ветвей колонны.b₀=39,64см

 

Соединительные планки крепятся к  ветвям колонны угловыми сварными швами  с высотой катета шва k_f=5 мм (по табл. 38* [1]) с заводкой за край планки.

Определим длину сварного шва из условий прочности шва:

,

Где ;     

    

После решения уравнения получили , принимаем

 

 

 

5.4. Конструирование и расчет базы колонны

 

Ширина опорной плиты базы колонны  назначается конструктивно:

B=h+2´a=36см+2´8см=52см,

где: h- высота ветви колонны;

a - свес плиты, ориентировочно принимаемый равным 5-10 см.

 

Нагрузка, действующая на плиту базы, равна усилию в колонне. Материал фундамента - бетон B15, R_b=86,7 кгс/см². Из условия обеспечения прочности бетона фундамента найдем необходимую площадь плиты:

 

 

Тогда необходимая длина плиты  базы:

 

 

Исходя из удобства размещения анкерных болтов назначаем плиту, сечением 52´57см.

 

Расчетной нагрузкой на плиту является давление, равное напряжению в фундаменте:

Определим изгибающий момент на различных участках в плите. Расчет участка плиты следует производить как консоли, при b/a 0.5:

M=q´a²/2.

Если b/a>0,5 , то правильнее рассматривать плиту как пластинку при опирании на три канта:

M=b´q´a²,

Где коэффициент b принят по таблице 6.9 [4];

При опирании на четыре канта:

 

M=a´q´a²,

Где коэффициент a принят по таблице 6.8 [4].

 

Участок 1 работает как консольная балка с пролетом a=7 см.

 

 

Участок 2 работает как пластина, опертая  на три стороны, однако при

 расчет ведется как для  консольного участка.

 

Участок 3 работает как пластина, опертая  на четыре канта. При

  по табл. 6.8 [4] a=0,066.

 

Требуемую толщину плиты определим  по максимальному моменту:

,

Принимаем плиту толщиной t_пл=40 мм.

 

Высота траверсы определяется из условия  размещения сварных швов, крепящих её к стержню колонны. Необходимая  длина швов при высоте катета k_f=8 мм:

 

 

по металлу шва:

по границе сплавления:

 

По наибольшему значению l_w назначаем высоту траверсы 53 см. Консоль в данной траверсе не велика и проверка прочности на изгиб не требуется.

Согласно п. 12.8 (г), расчетная длина флангового шва должна быть не более 85k _f.

85k _f=85´0,8 см=68 см

53см<68см, т.е. условие выполняется.

 

5.5. Конструирование и расчет оголовка колонны

 

 Конструкция оголовка колонны должна обеспечить принятое ранее шарнирное крепление балки на опорах. Самым простым способом реализации шарнирного опирания является постановка балки на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа.

 

Расчетным элементом  при таком опирании является ребро, поддерживающее плиту оголовка, толщину которой назначают конструктивно в пределах 20-30 мм.

Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления  на смятие под давлением:         =>             

где: l_p- длина участка смятия;

l_p=b_оп.р.+2´t_пл=12см+2´2,5см=17см

 - опорное давление ГБ;

R_p- расчетное сопротивление смятия.

R_un=3800 по табл. 51* [1], при листовом прокате С245 толщиной 20-40 мм.

 

принимаем ребро толщиной t_p= 36 мм.

Швы, крепящие ребро к  плите должны быть рассчитаны на действие той же силы N. Высота катета шва принимаем k_f=0,9 см. Определим необходимую длину швов из условия их прочности, для определения высоты ребра:

по металлу шва:

- 4 шва

- 1 шов

по границе сплавления:

- 4 шва

- 1 шов

Высоту ребра назначаем исходя из наибольшей длины одного шва, т.е. .

Принимаем высоту ребра  .

 

При этом следует иметь ввиду, что эти швы по отношению к линии действия усилия N являются фланговыми, а их длины в соответствии с п.12.7 [1] назначаются не более 85k_f=85´0,9см=76,5 см.  (48см<76,5см)

6. Расчет сопряжения  второстепенной балки с главной балкой.

 

Расчет сопряжения балок заключается  в определении числа болтов, прикрепляющих балки друг к другу. Расчетной силой является опорная реакция вспомогательной балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.

В качестве болтов используются высокопрочные  болты d=16 мм из стали марки 30Х2НМФА по ГОСТ 22356-77*, перед постановкой накладок поверхности соединяемых элементов обрабатываются пескоструйным аппаратом.

Расчетное усилие, которое может  быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует  определять по формуле (131*) [1]:

R_bh=0,7´ R_bun=0,7´13500кгс/см²=9450 кгс/см²;

 

g_b=0,9, при 5 n<10;

A_bn=1,57 см², для болта d=16 мм.

m=0,58;

g_h=1,12 – при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов d=1 4 мм.

 

 

                     Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле (132*) [1]:

;

,

    принимаем n=5.

S_min,кр=1,3´d=1,3´18=23,4 мм,  

S_max,кр=4´d=4´18=72 мм,

S_min,ср=2,5´d=2,5´18=45 мм,                                                                                                                              S_max,кр=8´d=8´18=144 мм,

 

 

 

 

 Проверку ослабленных сечений  следует производить согласно п.11.14 [1].

;

;

=> проверяем условие прочности без ослабления сечения:

т.е. прочность болтового соединения будет обеспечена.

      

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1990.
2. СНиП 2.01.07-85. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1987.
3. Металлические конструкции. Общий курс /Под общ. ред. Е.И. Беленя.- М.: Стройиздат, 1985.
4. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1./Под ред. В.В. Горев.- М.: Высш. шк., 1997.