Проектирование металлической балочной конструкции

bs назначаем :


bs = 300 - 2·6.5 = 287 мм = 28.7 см.


Принятая толщина и ширина ребра должны удовлетворять условию сопротивления смятию торца под давлением опорного ребра балки и условию обеспечения местной устойчивости. Из условия смятия:


ts і N·γn/Rp·bсм, (4.4.3)


где Rp – определяем по СНиПу II-23-81*;

bсм – расчетная длина площадки смятия: bсм = bs + 2·t,

bs – ширина опорного ребра балки;

t – толщина опорной плиты колонны;

bсм = 22 + 2·2 = 26 см,

ts і 1309·103·0.95/368.975·106·0.26 = 1.3 см.


Из условия местной устойчивости:


bs/ts Ј 0.5·ЦE/Ry, (4.4.4)

28.7/2.2 = 13.0.5 < 0.5·Ц 2.06·105/240 = 14.65.


Проверяем стенку колонны на прочность по срезу в сечениях, где примыкают консольные ребра:


τ = 1.5·N·γn/2·tw·hs, (4.4.5)

τ = 1.5·1309·103·0.95/4·0.011·0.32 = 132.5 МПа ≤ 139.2 МПа.


Низ опорных ребер обрамляется горизонтальными поперечными ребрами толщиной 6 мм, чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенку стержня колонны.


    1. Конструирование и расчет базы колонны


Конструкция базы должна обеспечивать равномерную передачу нагрузки от колонны на фундамент, а также простоту монтажа колонн. Следуя рекомендациям, принимаем базу с траверсами, служащими для передачи усилия с поясов на опорную плиту.

Расчетными параметрами базы являются размеры опорной плиты. Размеры опорной плиты определяем из условия прочности бетона фундамента в предположении равномерного распределения давления под плитой.



Требуемая площадь плиты:


Апл = N·γn/Rф, (4.5.1)


где Rф – расчетное сопротивление бетона фундамента:


Rф = Rпр.б ·іЦАфпл, (4.5.2)


Афпл – отношение площади фундамента к площади плиты, предварительно принимаем равным: 1.1 – 1.2;

Rпр. б – призменная прочность бетона, принимаем в зависимости от класса бетона, для бетона В12.5: Rпр.б = 7.5 МПа;


Rф = 7.5·іЦ1.1 = 7.742 МПа,

Апл = 1309·103·0.95/7.742·106 = 1610 смІ.


Для определения размеров сторон плиты задаемся ее шириной:


Bпл = bf + 2·ts + 2·c, (4.5.3)


ts – толщина траверсы, принимаем 10мм;

c – ширина свеса, принимаемая 60 – 80мм;


Впл = 31 + 2·1 + 2·7 = 47 см.


Требуемая длина плиты:


Lпл = Аплпл, (4.5.4)

Lпл = 1610/47 = 34.26 см,

Lпл = 35 см.


Из конструктивных соображений принимаем размеры плиты равными: Впл = 48 см, Lпл = 52 см. Должно выполняться условие:


Lплпл = 1 – 2, (4.5.5)

52/48 = 1.08.


Толщину плиты определяем из условия прочности при работе плиты на изгиб, как пластины, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой по площади контакта отпором фундамента.


q = N·γn /Lпл·Впл, (4.5.6)

q = 1309·103·0.95/0.52·0.48 = 4982 кН/мІ.


Опорную плиту представляем, как систему элементарных пластинок, отличающихся размерами и характером опирания на элементы базы: консольные (тип 1), опертые по двум сторонам (тип 2), опертые по трем сторонам (тип 3), опертые по четырем сторонам (тип 4).

В каждой элементарной пластинке определяем максимальный изгибающий момент, действующий на полоске шириной 1см.

M = q · α · dІ, (4.5.7)


где d – характерный размер элементарной пластинки;

α – коэффициент, зависящий от условия опирания и определяется по таблицам Б.Г.Галеркина;

Тип 1: Для консольной пластинки по аналогии с балкой:


М = 4982·0.5·0.08І = 15.942 кНм.


Тип 3:


b1/a1 = 10.5/30 = 0.35,

b1 = (Lпл–hк)/2 = (52 – 31)/2 = 10.5 см,

a1 = 30 см,

α= 0.5

d = b1,

M = 4982·0.5·0.105І = 27.46 кНм.


Тип 4:


b/a = 29.7/27.8 = 1.07,

b = 31 – 2·0.65 = 29.7,

a = 30 – 2·1.1 = 27.8 см,

α= 0.0529

d = a,

M = 4982·0.0529·0.278І =20.368 кНм.


Толщину плиты определяем по большему из моментов на отдельных участках:

tпл і Ц6·Mmax /Ry·γc, (4.5.8)

tпл і Ц 6·27.46·103/240·106·1 = 2.6 см,


принимаем tпл = 2.6 см = 26 мм.

Высоту траверсы определяем из условия прикрепления ее к стержню колонны сварными угловыми швами, полагая при этом, что действующее в колонне усилие равномерно распределяется между всеми швами. kf = 8 мм.

Требуемая длина швов:


lω,тр = N·γn/βf ·kf ·Rωf ·γωf ·γc, (4.5.9)

lω,тр = 1309·103·0.95/0.9·0.008·180·106·1·1 = 96 см,

hm і (lω,тр/4) + 10 мм, (4.5.10)

hm і (96 /4) + 1 = 25 см.


Принимаем hm=25 см.

Траверсу проверяем на изгиб и на срез, рассматривая ее как однопролетную двух консольную балку с опорами в местах расположения сварных швов и загруженную линейной нагрузкой:


q1 = q·Bm, (4.5.11)


где Вm – ширина грузовой площадки траверсы;


Вm = Впл /2 = 48/2 = 24 см.

q1 = 4982·103·0.24 = 1196 кН/м.


При этом в расчетное сечение включаем только вертикальный лист траверсы толщиной ts и высотой hm.


σ = 6·Mmax·γn /ts·hmІ Ј Ry·γc, (4.5.12)

τ = 1.5·Qmax·γn /ts·hm Ј Rs·γc, (4.5.13)


где Mmax и Qmax – максимальное значение изгибающего момента и поперечной силы в траверсе.


Mmax = 7.24 кНм,

Qmax = 179.4 кН,

σ = 6·7.24·103·0.95/0.01·0.252= 66.03 МПа < 240 МПа,

τ = 1.5·179.4·103·0.95/0.01·0.25 = 102.3 МПа < 139.2 МПа.


База колонны крепится к фундаменту двумя анкерными болтами, диаметром d = 24 мм.


    1. Подбор сечения связей по колоннам


Связи по колоннам служат для обеспечения геометрической неизменяемости сооружения и для уменьшения расчетной длины колонн. Связи по колоннам включают диагональную связь, образующую совместно с колоннами и распоркой жесткий диск и систему распорок, прикрепляющую соединение колонны к этому жесткому диску. Угол наклона диагоналей к горизонтальной плоскости α = 350.

Подбор сечения связей производим по предельной гибкости. Расчетная длина распорок и диагональных связей в обеих плоскостях принимается равной их геометрической длине.

При этом распорки связи считаются сжатыми, а элементы диагональных связей растянутыми.

Требуемый радиус инерции сечения стержня:


iтр = lef/|λ|, (4.6.1)


где |λ| - предельная гибкость элементов, принимаем по СНиПу II-23-81*,

|λ| = 400 – для растянутых элементов, |λ| = 200 – для сжатых элементов;

lef – расчетная длина.

Подбор сечения диагональных связей.

- геометрическая длина равна:


l = ЦLІ + lгІ = Ц 6.2І + 8.3І=10.36 м,


- расчетная длина равна:


l = lef = 10.36 м,


- требуемый радиус инерции сечения стержня равен:


iтр = 10.36/400 = 0.0259 м = 2.59 см,


- по сортаменту , ГОСТ 8509-93, принимаем размер уголков, a = 10 мм: 56 ґ 56 ґ 5

Подбор сечения распорок:

- геометрическая длина равна:


l = B = 6.2 м,


- расчетная длина равна:


lef = l = 6.2 м,

- требуемый радиус инерции сечения стержня:


iтр = 6.2/200 = 0.031 м = 3.1 см,

i = 0.21·b,

b = 14.76 см,


- по сортаменту, принимаем размер уголков: 75 ґ 75 ґ 5


Литература


  1. Методические указания к РГУ по курсу ‘Металлические конструкции’. Новосибирск: НГАСУ, 1998.

  2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 90 С.

  3. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.: ФГУП ЦПП, 2007. – 44 с.

  4. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов / Г.С.Веденников, Е.И.Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С.Веденникова. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760с.: ил.

  5. Металические конструкции. В 3 т. Т 1. Элементы конструкций / В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филипов и др.; Под ред. В.В.Горева. – 3-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2004. –551 с.: ил.