Проектирование металлической балочной конструкции

Высоту ребер hf назначаем из условия прочности сварных швов, крепящих ребра к стенке колонны, не менее 0.6·h, где h – высота сечения колонны:

где N – продольная сила в колонне;

kf – принимаем по наименьшей толщине свариваемых элементов, но не менее 6мм;

ålω,тр = 1309·103·0.95/0.7·0.008·180·106·1·1 = 123.4 см,

hs £ (123.4/4) + 1 = 23.425 см, hs ³ 0.6·30 = 31.85 см,

Принятая высота ребра ограничивается величиной:

85·βf ·kf = 85·1.1·0.6 = 56.1 см.

Принимаем hs = 32 см.

Толщину ребра ts назначаем из условия среза:

ts ³ 1.5·Q·γn/hs·Rs·γc, Q = N/2, (4.4.2)

Q = 1309·103/2 = 654.5 кН,

ts ³ 1.5·654.5·103·0.95/0.24·139.2·106·1 = 2.1 см.

Принимаем ts = 2.2 см.

Ширину ребра 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 ³ 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 ³ 1309·103·0.95/368.975·106·0.26 = 1.3 см.

Из условия местной устойчивости:

bs/ts £ 0.5·ÖE/Ry, (4.4.4)

28.7/2.2 = 13.0.5 < 0.5·Ö 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.

4.5 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:

Апл = N·γn/Rф, (4.5.1)

где Rф – расчетное сопротивление бетона фундамента:

Rф = Rпр.б ·³ÖАф/Апл, (4.5.2)

Аф/Апл – 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 = 7.5·³Ö1.1 = 7.742 МПа,

Апл = 1309·103·0.95/7.742·106 = 1610 см².

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 = Апл/Впл, (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:

Lпл/Впл = 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/м².

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 · d², (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 = 4982·0.5·0.08² = 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 = 4982·0.5·0.105² = 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 = 4982·0.0529·0.278² =20.368 кНм.

Толщину плиты определяем по большему из моментов на отдельных участках:

tпл ³ Ö6·Mmax /Ry·γc, (4.5.8)

tпл ³ Ö 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 ³ (lω,тр/4) + 10 мм, (4.5.10)

hm ³ (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·hm² £ Ry·γc, (4.5.12)

τ = 1.5·Qmax·γn /ts·hm £ 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.

4.6 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.

 Скачать реферат