Стальные конструкции балочной площадки

В соответствии с конструктивными  требованиями к сварным соединениям  катеты угловых швов следует принимать  по расчету, но не менее указанных  в таблице 38 СНиП 11-23-81^* «Стальные конструкции», поэтому принимаем значение K_f = 6 мм, как минимально допустимое при толщине пояса t_f = 17-22 мм, что больше получившегося по расчету.

K_{f min} = 6 мм = K_f ≤ K_{f max} = 1,2t_w = 13,2мм.

 

4.2.6 Опорный узел балки

Принимаем сопряжение балки с колонной  примыканием сбоку. Конец балки укрепляем опорными ребрами. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.

Определение сечения опорного ребра

Толщина ребра  t_оп определяется по смятию, его ширина b_оп ≥ 200мм, b_оп = b_1f = 380 мм. Тогда

Площадь сечения ребра:

Ар=1,2×38=45,6 см².

При автоматической сварке Св-08А K_fmin = 6 мм, β_f = 1,1, β_z = 1,15, R_wf = 18кН/см², R_wz = 16,65кН/см².

Определяем катет сварных швов по формуле

,

Принимаем значение катета сварного шва K_f =8 мм, что больше K_{f min}=6 мм.

Проверяем длину  расчетной части шва

Ребро привариваем к  стенке по всей высоте сплошными швами.

Выполняем проверку швов

Участок стенки балки составного сечения  над опорой при укреплении его  ребрами жесткости следует рассчитывать на продольный изгиб из плоскости  как стойку, нагруженную опорной реакцией. В расчетное сечение этой стойки следует включать сечение опорного ребра и полосу стенки шириной с каждой стороны ребра.

Расчет на устойчивость

где φ_z = – коэффициент продольного изгиба в зависимости от гибкости

Геометрические характеристики сечения, рассчитываемого на продольный изгиб, определяются для полосы стенки шириной

;

Устойчивость обеспечена.

 

4.2.7 Укрупнительный стык балки

Монтажный стык балки выполняется тогда, когда  нельзя доставить балку с завода целиком из-за ограниченности размеров или недостаточной грузоподъемности транспортных средств. Наиболее надежным и менее трудоемким является монтажный стык на высокопрочных болтах

В разрезной балке стык располагают  в середине с соединением всех элементов в одном сечении. Стык проектируем высокопрочными болтами диаметром d_б = 24мм (А_n = 3,52 см²) из стали 40Х «селект» (R_вun = 110кН/см²); диаметр отверстия под болты d₀ = 26 мм; способ очистки соединяемых поверхностей – стальными щетками (коэффициент трения μ = 0,35); контроль за натяжением болта – по углу поворота гайки (коэффициент надёжности соединения γ_h = 1,06); коэффициент условия работы соединения γ_б = 1 при числе болтов n_б ≥ 10.

Определяем расчетное усилие, воспринимаемое двумя поверхностями трения соединяемых элементов (К = 2), стянутых одним болтом:

Расчет стыка: М_max = 552965 кН·см; момент инерции основного сечения балки J_x = 1687667cм⁴; поясов J_f = 1312200cм⁴; J_w = 375467cм⁴.

Сечения: стенки h_w× t_w = 1600×11мм, пояса b_f× t_f = 500×20мм.

Высота балки h = h_w + 2t_f = 160+4=164мм.

1) Стык поясов.

Усилие в стыке поясов

Количество болтов с одной стороны  стыка

Принимаем 15 болтов d=24 мм, устанавливаемых в отверстия d=26 мм. Указанное количество болтов устанавливается по каждую сторону от центра стыка. Стык поясов выполняем тремя накладками так, чтобы суммарная площадь сечения накладок была не менее площади сечения пояса . Принимаем сечение накладки с внешней стороны пояса b_fn× t_fn = 500×12мм. На внутренней стороне пояса, задавшись зазором между накладкой и стенкой балки δ = 15-20 мм, принимаем сечение каждой из двух накладок b_f1× t_f1 = 230×12мм.

Условие выполнено.

Болты в стыке ставят на минимальных  расстояниях друг от друга: (2,5-3)d болта (при d=24мм удобно иметь шаг 80мм), чтобы  уменьшить размеры и массу  стыковых накладок.

2) Стык стенки

Изгибающий момент, действующий  в стыке стенки,

Определяем максимальное расстояние между крайними по высоте стенки рядами болтов y_max, принимая расстояние от низа пояса балки до оси крайнего ряда болтов а₄ = 80мм, тогда

Число горизонтальных рядов болтов определяем, принимая число вретикальных рядов с одной стороны стыка m = 2, из условия

,

По которому определим коэффициент  стыка:

По величине α определяем требуемое  число горизонтальных рядов болтов по высоте стенки n = 12.

Размещаем болты по высоте стенки с шагом а₄ = 120мм и шагом между вертикальными рядами а = 80 мм.

Выполняем проверку прочности болтов в крайних рядах стыка стенки:

Условие прочности стыка обеспечено.

 

Расчёт и конструирование колонны

 

1. Конструктивная схема колонны. Выбор типа сечения стержня.

Различают два основных типа центрально-сжатых колонн: сквозного и сплошного  сечения.

При выборе типа сечения следует  отдавать предпочтение сквозным колоннам, как менее металлоемким и  для которых проще обеспечить условие равноустойчивости относительно обеих осей сечения, изменяя расстояние между ветвями колонны.

Предельная несущая способность  N_u колонны из двух швеллеров наибольшего профиля (40 ГОСТ 8240-93 ) из стали С 255 равна

Из двух двутавров наибольшего профиля 60 ГОСТ 8239-89

 

2. Расчётная схема колонны

Расчет колонны начинается с определения расчетного усилия. Учитывая, что нагрузки на колонну передаются в виде

Исходя из этого N_u2 > N > N_u1, тогда следует применять колонну сквозного сечения из двух двутавров.

Расчетная длина колонны относительно обеих осей:

 где μ_x = μ_y = 1 – коэффициент расчетной длины;

где - заглубление базы ниже нулевой отметки,

 а₀ = 20мм.

 

3. Подбор сечения сквозной колонны.

3.1 Расчет относительно материальной  оси.

Марка стали С 255, задаемся гибкостью  колонны  , - предварительно принимаемый коэффициент продольного изгиба.

Определяем требуемую площадь  и радиус инерции ветви сечения

 

Данному значению площади соответствует  сечение двутавра №45 по ГОСТ 8239-89 с площадью А_b=84,7см² и радиусом инерции

 

Гибкость колонны

;

Условная гибкость

Значение коэффициента φ при  условной гибкости вычисляют по формуле:

Значение λ_x должно удовлетворять условию

;

Условие устойчивости:

Сечение подобрано верно. Условия  выполняются.

 

3.2 Расчет относительно свободной оси у-у

Определяем ширину колонны  b из условия равноустойчивости по требуемым величинам гибкости колонны λ_угр и радиусу инерции i_угр. b_f = 160мм.

α – коэффициент для сечения из двутавров α = 0,52.

Принимаем ширину колонны b = 49cм.

Проверяем зазор между полками  ветвей в свету

 

3.3. Назначаем размеры планок.

- высота сечения планки

Принимаем h_s = 32см;

- толщина планки 

Сечение планки принимаем h_s×t_s = 320×13 мм.

Уточняем гибкость ветви, принимая количество панелей по высоте колонны  m = 7:

- расстояние между осями планок

принимаем l_b = 128см.

- расчетная длина ветви (между  планками в свету)

- гибкость ветви 

Гибкость колонны λ_y по фактическим параметрам сечения:

 

Приведенная гибкость:

где ;

Проверка устойчивости:

Условие выполняется. Устойчивость колонны  относительно обеих осей обеспечена.

 

 

4. Расчет оголовка колонны

Продольное усилие N = 3159,8кН. Размеры сечения стержня колонны h×b = 450×490мм. Плита оголовка строгается с обеих сторонВерхний торец стержня колонны фрезеруется в собранном виде. Толщину плиты принимаем 20 мм.

Принимаем размеры плиты в плане с учетом размещения швов, прикрепляющих плиту оголовка к стержню колонны 490×530мм. Катет сварных швов крепления плиты к фрезерованному торцу стержня принимаем по толщине стенки ветви, K_f = 7мм.

Толщину вертикального ребра  t_вр определяем из условия смятия его торца по длине передачи давления от Q_max: , b_гб = b_oп –ширина опорного ребра главной балки, t_f  - толщина плиты оголовка.

 Принимаем t_вр = 20мм.

Высоту опорного вертикального  ребра определяем по требуемой длине четырех швов, прикрепляющих ребро к стенкам ветвей колонны (для t_w = 9мм). Принимаем K_f = 7мм.

Принимаем полуавтоматическую сварку:

β_f = 0,9; β_z = 1,05; γ_wf  = 1, γ_wz = 1; R_wf = 18 кН/см²; R_wz =0,45 R_un = 0,45×37 = 16,65кН/см² .

Расчетная плоскость среза швов:

Расчетным является срез по металлу  шва.

Требуемая высота вертикального ребра:

По ГОСТ 82-70 принимаем h_вр = 750мм.

Размеры сечения горизонтального  ребра оголовка принимаем конструктивно:

Принимаем по ГОСТ 103-76 b_гр = 130мм.

Принимаем t_гр = 10мм.

 

5. Расчет базы колонны

Продольное усилие N = 3159,8кН.

Сечение стержня колонны b×h = 490×450 мм.

Принимаем базу с траверсами. Нижний торец колонны фрезеруется в собранном виде.

Определяем размеры плиты базы в плане.

Принимая бетон фундамента В12,5 с расчетным сопротивлением сжатию R_b = 0,75кН/см², определяем требуемую площадь плиты:

- расчетное сопротивление бетона  местному смятию.

Назначаем ширину плиты

t_тр – толщина траверсы принимаемая (8-12) мм, d – консольный свес плиты (80-120)мм.

По ГОСТ 82-70 принимаем b_пл = 670мм. Длина плиты

Принимаем l_пл = 530мм.

Окончательно размеры плиты  в плане b_пл ×l_пл = 670×530мм, площадью A_пл = 3551см².

Определяем толщину плиты.

Фактическое напряжение в бетоне под  плитой

Траверсы и торцы стержня  сечения колонны, являясь опорами от отпора фундамента, разбивают плиту на отдельные участки в зависимости от схемы опирания плиты: 1 – консольный, 2 – с опиранием на три стороны, 3 – с опиранием на четыре стороны.