Проектирование металлической балочной конструкции

b_s назначаем :

b_s = 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:

t_s і N·γ_n/R_p·b_см, (4.4.3)

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

b_см – расчетная длина площадки смятия: b_см = b_s + 2·t,

b_s – ширина опорного ребра балки;

t – толщина опорной плиты колонны;

b_см = 22 + 2·2 = 26 см,

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

Из условия местной устойчивости:

b_s/t_s Ј 0.5·ЦE/R_y, (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·γ_n/2·t_w·h_s, (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.

5. 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:

А_пл = N·γ_n/R_ф, (4.5.1)

где R_ф – расчетное сопротивление бетона фундамента:

R_ф = R_пр.б ·іЦА_ф/А_пл, (4.5.2)

А_ф/А_пл – отношение площади фундамента к площади плиты, предварительно принимаем равным: 1.1 – 1.2;

R_{пр. б} – призменная прочность бетона, принимаем в зависимости от класса бетона, для бетона В12.5: R_пр.б = 7.5 МПа;

R_ф = 7.5·іЦ1.1 = 7.742 МПа,

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

Для определения размеров сторон плиты задаемся ее шириной:

B_пл = b_f + 2·t_s + 2·c, (4.5.3)

t_s – толщина траверсы, принимаем 10мм;

c – ширина свеса, принимаемая 60 – 80мм;

В_пл = 31 + 2·1 + 2·7 = 47 см.

Требуемая длина плиты:

L_пл = А_пл/В_пл, (4.5.4)

L_пл = 1610/47 = 34.26 см,

L_пл = 35 см.

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

L_пл/В_пл = 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·γ_n /L_пл·В_пл, (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:

t_пл і Ц6·M_max /R_y·γ_c, (4.5.8)

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

принимаем t_пл = 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. k_f = 8 мм.

Требуемая длина швов:

l_ω,тр = N·γ_n/β_f ·k_f ·R_ωf ·γ_ωf ·γ_c, (4.5.9)

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

h_m і (l_ω,тр/4) + 10 мм, (4.5.10)

h_m і (96 /4) + 1 = 25 см.

Принимаем h_m=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·B_m, (4.5.11)

где В_m – ширина грузовой площадки траверсы;

В_m = В_пл /2 = 48/2 = 24 см.

q₁ = 4982·10³·0.24 = 1196 кН/м.

При этом в расчетное сечение включаем только вертикальный лист траверсы толщиной t_s и высотой h_m.

σ = 6·M_max·γ_n /t_s·h_mІ Ј R_y·γ_c, (4.5.12)

τ = 1.5·Q_max·γ_n /t_s·h_m Ј R_s·γ_c, (4.5.13)

где M_max и Q_max – максимальное значение изгибающего момента и поперечной силы в траверсе.

M_max = 7.24 кНм,

Q_max = 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.

6. 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:

i_тр = l_ef/|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;

l_ef – расчетная длина.

Подбор сечения диагональных связей.

- геометрическая длина равна:

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

- расчетная длина равна:

l = l_ef = 10.36 м,

- требуемый радиус инерции сечения стержня равен:

i_тр = 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:

l_ef = l = 6.2 м,

- требуемый радиус инерции сечения стержня:

i_тр = 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.