Расчет балочной клетки

- коэффициент условий  работы - ;

- коэффициент условий  работы фрикционного соединения -

(при n > 10, n – количество болтов, необходимое для восприятия расчетного усилия).

  Способ обработки (очистки) двух поверхностей – газопламенный без консервации:

- коэффициент трения –

- коэффициент при контроле натяжения болтов по моменту закручивания -

  Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:

 

 

 

 

 

2.   Расчет стыка поясов.

 

Пояс балки перекроем тремя накладками сечением 480х14мм и 2х210х14мм общей площадью:

 

 

 

Усилие в поясе:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество болтов для прикрепления накладок:

 

 

По условию размещения принимаем 24 болта. Длина накладок – 96см.

 

 

3.   Расчет стыка стенки.

 

Стенку перекроем двумя вертикальными накладками сечением 1540х280х10мм.

Момент, приходящийся на стенку балки:

 

 

 

 

 

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов

 .

Найдем коэффициент стыка:

 

 

 

где - число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

 

 

 

В соответствии с таблицей 7.8 [2]:

количество горизонтальных рядов на полунакладке: k=15.

Принимаем по два болта в горизонтальном ряду полунакладки и 16 рядов по вертикали с шагом 9,7 см. Общее количество болтов на полунакладке – 32шт.

 

Проверим прочность стыка стенки с учетом совместного действия момента и поперечной силы.

 

Максимальное горизонтальное усилие, от изгибающего момента действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт:

 

 

 

 

 

 

 

 

 – число болтов на полунакладке.

 

 

 

Максимальное горизонтальное усилие:

 

 

 

 

 

Прочность монтажного стыка на высокопрочных болтах обеспечена.

 

 

 

6. Расчет колонны сплошного сечения.

 

Исходные данные:

 

• длина колонны – 9,2 м;
• сталь колонны – С245;
• расчетное сопротивление стали изгибу: ;
• расчетная нагрузка на колонну – .
• Принимаем сварное сечение колонны в виде двутавра из трех листов

 

1.   Подбор сечения колонны.

 

Расчет относительно материальной оси

 

Расчетная длина колонны при схеме с жестким закреплением нижнего конца колонны и шарнирным закреплением верхнего:

 

 

где – коэффициент расчетной длины, зависящий от схемы закрепления концов колонны в нашем случае: .

 

 

 

Предварительно зададимся гибкостью колонны .

Коэффициент продольного изгиба при заданной гибкости и расчетном сопротивлении:

Определим требуемую площадь сечения:

 

 

 

 

 

Требуемый радиус инерции:

 

 

Требуемая ширина сечения:

 

 

Учитывая, что ширина сечения должна быть не менее 1/20 высоты колонны принимаем b=50 см и h=b.

 

Учитывая рекомендацию Аn=0,8 Атр, определим толщины стенок и полок

 

Толщина стенки:

 

Назначаем , тогда площадь полок

 

 

 

Требуемая толщина одной полки:

 

 

 

Назначаем

Производим проверку подобранного сечения:

 

 

Минимальный момент инерции:

 

 

Радиус инерции:

 

 

 

 

Наибольшая гибкость:

 

 

Коэффициент φ=0,85

 

Проверим устойчивость колонны:

 

 

Проверим местную устойчивость стенки:

 

 

 

 

 

Предельное отношение находим по формуле:

 

 

 

Но не более

 

Стенка устойчива, так как

 

Проверим местную устойчивость полки: отношение свеса полки к толщине полки

 

 

Стенка и полка удовлетворяют требованиям устойчивости.

 

2.   Расчет базы колонны.

 

Рассчитаем базу колонны в виде башмака с траверсами.

 

Исходные данные:

 

• длина колонны – 9,45 м;
• сталь колонны – С255;
• расчетное сопротивление стали изгибу: ;
• бетон фундамента класса – В12,5;
• расчетное сопротивление бетона: .

 

Расчетное давление на плиту с учетом собственного веса колонны:

 

 

 

где: - расчетная нагрузка;

- плотность стали;

- площадь сечения колонны;

- коэффициент надежности  по нагрузке.

 

 

 

Требуемая площадь плиты:

 

 

 

где: 

 

 

 

Конструируем башмак с траверсой из листов толщиной 12мм с выпуском плиты за листы траверсы по 70мм.

Ширина плиты:

 

 

 

где: - ширина колонны;

- толщина ребра траверсы;

- свес (выпуск) опорной плиты за  лист траверсы.

 

 

 

Длина опорной плиты:

 

 

 

 

Принимаем плиту размерами – 800х700мм.

Назначим размеры фундамента – 900х800мм.

Посчитаем коэффициент :

 

 

где: - площадь фундамента;

 – площадь опорной  плиты.

 

 

 

Фактическое напряжение под плитой базы:

 

 

 

 

 

 

    Конструируем базу колонны с траверсами толщиной 12 мм. Привариваем их к полкам колонны и плите угловыми швами. Определим изгибающие моменты в плите по трем участкам для определения толщины плиты.

 

1. Участок 1, опертый на 4 канта.

 

 

где: и - стороны 1 участка (большая и меньшая соответственно).

По приложению таблица 11 при =1:

 

 

Изгибающий момент:

 

 

 

 

2. Участок 2. Консольный.

 

Изгибающий момент консольного участка:

 

 

 

3. Участок 3, опертый на 3 канта.

 

 

 

- следовательно, плита  на участке 3 расчитывается как  консольная балка.

- длина свободной (не  опертой) стороны участка.

Изгибающий момент консольного участка:

 

 

 

   Толщина плиты определяется по наибольшему изгибающему моменту, из условия прочности вычисленному для всех участков:

 

 

 

   Подставив значение момента сопротивления для прямоугольного сечения, получим выражение для определения толщины опорной пластины:

 

 

 

 

 

Принимаем по сортаменту лист толщиной 40мм.

 

   Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой сварочной проволокой С6-08Г2С.

   Толщина траверсы 12мм, высоту примем hт = 500мм.

Расчетные характеристики:

 

 

 

 

Прикрепление рассчитываем по границе сплавления, принимаем катет угловых швов

 

 

 

 

 

Проверим допустимую длину шва:

 

 

 

 

 

Требования к максимальной длине шва выполняются.

Крепление траверсы к плите принимается угловыми швами

Расчет рабочей площадки окончен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

 

1. Павлов Ю.А. Металлические конструкции. Ч.1. – М.: РГОТУПС, 1998.
2. Металлические конструкции/ Под общей ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1986.
3. СНиП II- 23-81*. Стальные конструкции. – М.: Минрегион России, 2010.
4. ГОСТ 8239-89. Сталь горячекатаная. Балки двутавровые.
5. ГОСТ 8240-89. Сталь горячекатаная. Швеллеры.