3. Опорный узел главной балки.

Принимаю боковое опирание главной балки к колонне.

При этом виде крепления вертикальная реакция (опорная реакция главной балки) передается от балки на колонну через опорное вертикальное ребро на столик колонны. При этом передача усилия происходит через сварные швы.

3.1. Расчет толщины опорного листа из условия прочности на смятие.

N = Q = 1156,11 кН– реакция опоры;

– площадь смятия;

b_оп.л. = b_f’= 18 см – ширина опорного листа

R_p = 336 МПа – сопротивление стали смятию (табл. 52^*);

γ_с = 1,0– коэффициент условий работы.

t_оп.л. ≥ 16 мм

см²

Принимаем t_оп.л = 20мм.

3.2. Определение толщины опорного столика

принимаем

3.3. Находим катет шва крепления главной балки к опорному листу

1) выбираем способ сварки и сварочный материал:

• полуавтоматическая сварка,

• тип сварочной проволоки Св-08А диаметром d = 2 мм (табл. 55).

2) определяем расчетное сопротивление материала шва по металлу шва и по границе сплавления:

МПа (табл. 56),

МПа.

3) определяем коэффициенты, учитывающие глубину проплавления металла:

(табл. 34)

4) вычисляем произведение расчетных сопротивлений на коэффициенты:

МПа;

МПа.

Для расчета прочности шва выбираем наименьшее значение ( МПа).

5) рассчитываем катет шва из условия прочности соединения по металлу шва:

кН – усилие, воспринимаемое швом;

Так как высота главной балки значительная, то с учетом неравномерности распределения усилия по длине шва примем длину сварных швов равной:

Выразим расчетную величину катета шва:

Сравниваем полученное значение с минимальным (табл. 38^*):

Условие выполняется.

Определяем размеры опорного столика по прочности сварного шва при K_f = 10 мм:

м

Принимаем ширину опорного столика b_оп.ст = b^/_f + 2 см = 18 + 2 = 20 см из условия монтажа, тогда высота опорного столика найдется:

см.

Расчет центрально сжатой колонны сплошного сечения.

1. Составление расчетной схемы.

Высота сжатой части колонны:

Высоту защемленной части колонны принимаем из интервала :

.

м.

2. Определение расчетных длин колонн.

l_х = l_у = µ ∙ l_k = 0,7 ∙ 7,0 = 4,9 м

µ = 0,7

3. Определяем нагрузку на колонну:

где – коэффициент надежности по назначению,

– расчетная постоянная нагрузка,

– расчетная временная нагрузка,

– коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки.

_{- нагрузка от вышележащих этажей}

4. Предварительный подбор сечения.

Для предварительного расчета принимаем из интервала ():

из условия устойчивости находим площадь сечения колонны:

см².

Находим площадь сечений полок и стенки колонны:

см²;

см².

Ширину и высоту сечения находим из условия равноустойчивости в зависимости от  (табл. 72):

; .

Принимаем

мм;

мм.

Принимаем h = b = 292 мм.

Определяем толщину полок и стенки:

мм принимаю 34мм;

мм принимаю 18 мм.

Конструктивные требования:

t_f = 8  40 мм: 34 мм

t_w = 6  16 мм: 18 мм

Вычисляем фактические геометрические характеристики сечения:

h_w = h - 2t_f = 292 – 68 = 224 мм = 22,4 см.

h_f = h - t_f = 292 – 34 = 258 мм = 25,8 см.

A = 2·b·t_f + h_w·t_w = 2·29,2·3,4 + 22,4·1,8 = 238,88 см²;

см;

см;

;

– ;

.

Проверки подобранного сечения

1. Проверка устойчивости:

Устойчивость обеспечена.

Вычисляем недонапряжение:

Условие экономичности материала выполняется.

2. Проверка местной устойчивости стенки

12,44  39,34  местная устойчивость стенки обеспечена.

3. Местная устойчивость полки

;

4,03< 11,06  местная устойчивость полки обеспечена.

Расчет центрально сжатой колонны сквозного сечения.

(пункты 1 – 3 см. "Расчет центрально сжатой колонны сплошного сечения".)

l_х = l_у = µ ∙ l_k = 0,7 ∙ 7,0 = 4,9 м

µ = 0,7

4. Предварительный подбор сечения из условия устойчивости

Для предварительного расчета принимаем из интервала ():

из условия устойчивости находим площадь сечения колонны:

см²

По сортаменту подбираем сечение из двух двутавров №55Б2

A ,см2	bf ,см	Ix ,см4	Iy ,см4	ix ,см	iy ,см
124,75	22,0	62790	2760	22,43	4,70

Расстояние b определяем из условия равноустойчивости с учетом податливости колонны:

Для сквозного двутаврового сечения принимаем:

h = h_{двутавра} =547мм

( > 10 см – конструктивное требование выполняется).

Принимаем толщину планки из интервала () мм:

мм.

Принимаем ширину планки из интервала :

Расстояние между центрами планок принимаем из условия с округлением до 10 см в меньшую сторону:

Проверки подобранного сечения

1. Проверка устойчивости относительно материальной оси:

;

;

(табл. 72)

Устойчивость колонны относительно материальной оси обеспечена.

2. Проверка устойчивости относительно свободной оси:

Погонная жесткость планки:

м³;

Погонная жесткость ветви колонны:

м³;

Так как , то колонна является жесткой, расчет гибкости ведем по формуле:

.

см²;

см⁴;

см;

;

;

.

(табл. 72)

Устойчивость колонны относительно свободной оси обеспечена.

3. Проверка устойчивости отдельной ветви:

(табл. 72)

Устойчивость отдельной ветви обеспечена.

Расчет базы колонны.

1. Расчет опорной плиты.

1.1 Определение размеров опорной плиты в плане:

Площадь опорной плиты определяется из условия прочности материала фундамента. Принимаю для фундамента бетон класса В12,5 с R_b = 7,5 МПа

Условие прочности бетона на местное сжатие:

где R_b,loc – Расчетное сопротивление бетона местному сжатию.

где R_b - расчетное сопротивление бетона сжатию.

α – коэффициент зависящий от класса бетона, для бетонов ниже класса

B20 => α = 1.

- коэффициент условий работы бетона.

Так как размеры фундамента неизвестный то принимаем

ψ – зависит от распределения напряжений по фундаменту. При равномерном распределении (центрально сжатые колонны) ψ = 1.

Ширину плиты назначим из конструктивных соображений:

В = b + 2t_тр + 2с

где b = 29,2 см –ширина колонны

t_тр = 1,2см – толщина траверсы

с = 4,2 см

В = 29,2 + 2 ∙ 1,2 + 2 ∙ 4,2 = 40 см

Определяем длину плиты:

L = A_тр / B = 4932,73 / 40 = 123,32 см

Принимаю L = 125 см

Фактическая площадь опорной плиты:

А = 40 ∙ 125 = 5000 см²

1.2 Определение толщины опорной плиты.

Определяем фактическое напряжение в бетоне под плитой:

Плита работает на изгиб под реактивным отпором фундамента. Колонна и траверса делят плиту на три типа участков – консольный, опертый на три канта и опертый на четыре канта. На каждом участке выделим полосу единичной ширины, и определим погонную нагрузку на эту полосу:

q_ф = _ф ∙ 1см = 0,89 ∙ 1см = 0,89 кН/см

Определим изгибающие моменты в плите:

Участок 1 – консольный:

Участок 2 – опертый по 4 сторонам:

Определяем размеры участка:

см

см

Определяем изгибающий момент:

где при тогда

М₂ = 0,89 ∙ 13,7² ∙ 0,0885 = 14,78 кН∙см

Участок 3 – опертый по 3 сторонам:

Определяем размеры участка:

см

см

Определяем изгибающий момент:

где при

Изгибающий момент М₃ оказался значительно больше двух других, поэтому разделим участок 3 ребром на два равных участка, тогда:

см

М’₃ = 0,89 ∙ 14,0² ∙ 0,125 = 21,805 кН∙см

Сравнивая моменты М₁, М₂, М’₃ выбираем максимальный:

M_max = М₃ = 21,805 кН∙см

Определяем толщину опорной плиты из условия прочности плиты на изгиб:

_с = 1,2 для опорной плиты

Принимаю толщину опорной плиты 22 мм.

Конструктивные требования:

t_оп.пл = (20  40) мм  22 мм.

Вывод: толщина опорной плиты удовлетворяет конструктивным требованиям.

2. Расчет траверсы.

2.1 Определение высоты траверсы:

Высоту траверсы определяем из условия прочности сварных швов.

Способ сварки: РДС

Материал для сварки: покрытыми электродами типов по ГОСТ 9467–75*: Э42

R_wf = 180 МПа

R_wf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва

R_wz – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границ сплавления.

R_wz = 0,45 ∙ R_un =0,45 ∙ 370 = 166,5 МПа

_f = 0,7

_z = 1,0

_f и _z – коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали с пределом текучести до 580 МПа по табл. 34 СНиПа II-23-81*

R_wf ∙ _f = 180 ∙ 0,7 = 126 МПа

R_wz ∙ _z = 166,5 ∙ 1 = 166,5 МПа

Меньшее произведение соответствует более слабому соединению, т.е по металлу шва, следовательно, в дальнейшем ведем расчет по металлу шва.

Условие прочности сварного шва по металлу шва:

l_w – расчетная длина шва

_с – коэффициент условий работы конструкции = 1

назначаем k_f = 12 мм

_wf – коэффициент условий работы шва = 1

м

см

Принимаю h_тр = 75 см

2.2 Проверка прочности траверсы:

Проверку прочности траверсы производим в месте крепления траверсы к ветви колонны.

q_тр – погонная нагрузка на траверсу

кН/см

Определяем усилия в траверсе:

Определяем напряжения в траверсе:

кН/см²

кН/см²

Определяем приведенные напряжение в траверсе:

кН/см² = 155,5 МПа

Условие прочности:

где МПа

σ_ef = 155,5 МПа < 1,15∙R_y∙_c = 276 МПа

Вывод: Прочность траверсы по приведенным напряжениям обеспечена.

Анкерные болты принимаем конструктивно d = 24 мм

Расчет опорного столика колонны.

Опирание главных балок на колонну сбоку

t_оп.ст. = t_оп.л. + (16  20 мм) =22+18=40 мм

Принимаю 40 мм

b_оп.ст. = b_оп.р. +20мм = 180+20 = 200 мм

h_оп.ст.=см

h_оп.ст. =364 мм

Список используемой литературы

1. Металлические конструкции / под общей редакцией Ю.И.Кудишина М.: Академия, 2007г.

2. СНиП II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции.

3. М/у к выполнению курсового проекта по курсу «Металлические конструкции – Расчет и конструирование основных несущих конструкций стальной балочной площадки».

36