Стальной каркас одноэтажного производственного здания
lв н≥0,5*hффакт=0,5*272=186.0 мм, примем lв н=200 мм,
tв н≥0,5*tф=0,5*12=6.0 мм, примем tв н=6 мм.
Требуемый катет шва:
βf*kf=6*240/(2*180)=4 мм, примем kf=5 мм.
Рисунок 19. Нижний укрупнительный стык
4 Расчет и конструирование ступенчатой
колонны
4.1 Исходные данные для расчета ступенчатой колонны
Расчет и конструирование ступенчатой колонны
Рассчитываем ступенчатую колонну со сплошным сечением в верхней части и сквозным в нижней (ригель имеет жесткое сопряжение с колонной).
Расчетные усилия (расчетные сечения колонны изображены на рисунке 10):
- для верхней части колонны:
в сечении 1-1 М1=-765.853 кН*м; N1=-646.32 кН; Q1=-208.252 кН (загружение №№ 1, 2, 3, 5, 10);
в сечении 2-2 М2=681.619 кН*м (загружение №№ 1, 2, 3, 5, 10),
- для нижней части колонны:
в сечении 3-3 М3=-1986.137 кН*м; N3=-3447.64 кН; Q3=-179.857 кН (загружение №№ 1, 3, 6; изгибающий момент догружает подкрановую ветвь);
в сечении 4-4 М4=2207.159 кН*м; N4=-3377.461 кН; Q4=-253.673 кН (загружение №№ 1, 2, 3, 6, 10; изгибающий момент догружает наружную ветвь),
Qmax=-255.874 кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней части колонны IB/IH=0.1.
Материал колонны – сталь марки С245 (Ry=240 МПа), бетон фундамента марки В15 (Rb=8.5 МПа).
4.2 Определение расчетных длин колонны
Так как Hв/Hн=l2/l1=7200/17200=0.42<0.6, Nн/Nв=3447.64/646.32=5.3>3 и в однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец последней закреплен только от поворота, то для нижней части колонны μ1=2, для верхней - μ2=3.
Расчетные длины для нижней и верхней частей колонны в плоскости рамы:
lx1=μ1*l1,
lx2=μ2*l2.
lx1=2*17200=34400 мм,
lx2=3*7200=21600 мм.
Расчетные длины для нижней и верхней частей колонны из плоскости рамы:
ly1=Нн,
ly2=Нв-hп.б.
ly1=17200 мм,
ly2=7200-1800=5400 мм.
4.3 Подбор сечения верхней части колонны
4.3.1 Выбор типа сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой hв=700 мм (рисунок 20).
Для симметричного двутавра:
ix≈0,42*hв,
ρх≈0,35*hв.
ix≈0,42*700=294 мм;
ρх≈0,35*700=245 мм.
Условная гибкость:
=(lx2/ix)*(Ry/E)0.5,
=(21600/294)*(240/206000)0.5=2.51. Рисунок 20. Сечения верхней части колонны
Относительный эксцентриситет:
mx=ex/ρx=M1/(N1*ρx),
mx=765.853*103/(646.32*245)=4.84.
Примем в первом приближении Аf/Аw=1, тогда коэффициент влияния формы сечения:
η=(1.90-0.1*mx)-0.02*(6-mx)*,
η=(1.90-0.1*4.84)-0.02*(6-4.84)*2.51=1.36.
Приведенный относительный эксцентриситет:
mx ef=η*mx,
mx ef=1.36*4.84=6.57.
По таблице 74 СНиП II-23-81* находим φе=0.168.
Требуемая площадь сечения надкрановой части колонны:
Атр=N1/(φе*Ry),
Атр=646.32*103/(0.168*240)=16030 мм2.
Компоновка сечения.
Принимаем толщину полок tf=18 мм.
Высота стенки:
hw=hв-2*tf,
hw=700-2*18=664 мм.
Условие местной устойчивости стенки при >0.8 и mx>1:
hw/tw≤(0.36+0.8*)*(E/Ry)0.5,
hw/tw≤(0.36+0.8*2.51)*(206000/240)0.5=69.3,
tw≥hw/69.3=664/69.3=9.6 мм.
Принимаем толщину стенки tw=10 мм.
Требуемая площадь полки:
Аf.тр=(Атр-tw*hw)/2,
Аf.тр=(16030-10*664)/2=4695 мм2.
Задаемся шириной полки из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента:
bf≥ly2/20,
bf≥5400/20=270 мм, примем bf=280 мм.
Условие местной устойчивости полки:
bсв/tf≤(0.36+0.1*)*(E/Ry)0.5,
где bсв=(bf-tw)/2=(280-10)/2=135, тогда
bсв/tf≤(0.36+0.1*2.51)*(206000/240)0.5=17.9, тогда
tf≥bсв/17.9=135/17.9=7.5 мм.
Принимаем сечение надкрановй части колонны – сварной двутавр с размерами:
bf=280 мм;
tf=18 мм;
Аf=280*18=5040 мм2>Аf.тр=4695 мм2;
hw=664 мм;
tw=10 мм;
Аw=664*10=6640 мм2.
Геометрические характеристики сечения.
Полная площадь сечения:
А0=2*Аf+Аw,
А0=2*5040+6640=16720 мм2.
Моменты инерции сечения относительно осей х и y:
Ix=tw*hw3/12+2*bf*tf*[(hв-tf)/2]2,
Iy=2*tf*bf3/12.
Ix=10*6643/12+2*280*18*[(700-18)/2]2=1416074933 мм4,
Iy=2*18*2803/12=65856000 мм4.
Момент сопротивления сечения относительно оси х:
Wx=Ix/(0.5*hв),
Wx=1416074933/(0.5*700)=4045928 мм3.
ρx=Wx/А0=4045928/16720=242 мм.
Радиусы инерции сечения относительно осeй х и y:
ix=(Ix/А0)0,5,
iy=(Iy/А0)0,5.
ix=(1416074933/16720)0,5=291 мм,
iy=(65856000/16720)0,5=63 мм.
Рисунок 21. Сечение верхней части колонны
4.3.2 Проверка устойчивости верхней части колонны
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента.
Расчет на устойчивость внецентренно-сжатого элемента постоянного сечения в плоскости действия момента выполняем по формуле:
N1/(φe*A0)≤Ry*γc,
φe – коэффициент определяемый по табл. 74 СНиП II-23-81* и зависящий от условной гибкости 
=λx*(Ry/E)0.5 и приведенного относительного эксцентриситета mеf определяемого по формуле:
mef x=η*mx,
где η – коэффициент влияния формы сечения,определяемый по табл. 73 СНиП II-23-81*,
mx=Mx/(N1*ρx) – относительный эксцентриситет.
λx=lx2/ix=21600/291=74.2.
=74.2*(240/206000)0.5=2.53, 0<<5
mx=765.853*103/(646.32*242)=4.90.
Аf/Аw=5040/6640=0.76≈0.5.
Коэффициент влияния формы сечения:
η=(1,75-0,1*mx)-0,02*(5-mx)*,
η=(1,75-0,1*4.90)-0,02*(5-4.90)*2.53=1.26.
mef x=1.26*4.90=6.15.
По таблице 74 СНиП II-23-81* находим φe=0.173.
σ=646.32/(0.173*240)=223.4 МПа < Ry=240 МПа.
Недонапряжение:
∆=100*(240-223.4)/240=6.9 %.
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента.
Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента выполняем по формуле:
Скачать реферат