Рассчёт металлического блока

Проверяем напряжения по подобранному сечению:

Подобранное сечение удовлетворяет  требованиям общей устойчивости. Проверим местную устойчивость стенки:

Проверим местную устойчивость полки:

Определяем фактические геометрические характеристики.

 

; 

.

По наибольшей гибкости определяем коэффициент продольного изгиба

φ=0,85662. При этом наибольшая гибкость не должна превышать предельной гибкости для сжатых элементов: λ_пред=180-60α.

48,95<123,3.

Проверим устойчивость колонны:

21,73<21,89

Проверим на недонапряжение:

недонапряжение составляет 5 % что удовлетворяет техническим требованиям.

 

             Рис.28. Сечение колонны.

 

Толщину угловых швов принимаем  конструктивно к_f=6 мм, т.к. наибольшая толщина элемента 18 мм.

 

7.1. Расчет базы колонны.

 

Класс бетона фундамента В15.

R_b=8,5 МПа; γ=1,2;

Определим вес колонны:

Р=mg; m=Aρh=0,00976·7850·4=306,46 кг.

Р=306,464·10=3064,64 Н=3,06 кН.

N=1811,9225+3,06=1815 кН.

Определим требуемую площадь плиты:

Ширина базы с траверсами:

В_пл=В_тр+2t_тр+2с

В_тр=220 мм;

t_тр=12мм;

с=50 мм.

В_пл=22+2·1,2+2·5=34,4 см.

Принимаем ширину базы 360 мм.

 

 

Длина плиты:

А_пл=36·50=1800 см².

 

                                         Рис.29.

 

 

 

 

Расчет толщины плиты базы.

Выделим три участка плиты с  характерными схемами закрепления.

                                                       Рис.30.

 

Изгибающие моменты в плите  на участках:

на участке с опиранием на четыре канта,

в = 184 мм; а=105 мм

Отношение сторон 184/105=1,75, отсюда  α = 0,0925

М₁= αqа²;

q=1815/1800=1 кН/см

М₁ = 0,0925 × 1 ×  10,5² = 10,2 кН·см.

 

на консольном участке

 

М₂ = qc²/2; с = 58 мм; М₂ = 1·5,8·5,8/2=16,82 кН·см.

на участке с опиранием на три канта

М₃= βqа₁²

а₁=220 мм, в₁=140 мм.

Отношение сторон 220/140=1,57<2

140/220=0,64 =>β=0,074

М₃ = 0,074 × 1 × 22² = 37,5 кН×см

По наибольшему моменту на участке  М_max = 37,5  кН×см

Определим требуемую толщину плиты:

, где g_С = 1,0

Принимаем .

 Таким образом, с запасом  прочности усилие в колонне  полностью передается на траверсы, не учитывая прикрепления торца  колонны к плите.

Нагрузка со стержня колонны  передается на траверсы через сварные  швы, длина которых и определяет высоту траверсы. Крепление траверс  к колонне производим сваркой.

 

 Для стали С235 по табл. 55^* СНиП II-23-81^* принимаем электроды Э-46.

Определим требуемую высоту катета К_f поясного шва "в лодочку".

Катет шва принимаем  k=7 мм (СНиП II-23-81^*, табл.38).

1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва b_f =0,9 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы g _wf = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wf =220 МПа

b_f g _wf R _wf = 0,9× 1×22 = 19,8 кН/см².

2. Расчет по металлу границы  сплавления.

Коэффициент глубины провара шва b_z =1,05 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы g _wz = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 ×360 = 162 МПа

b_z g _wz R _wz = 1,05× 1×16,2 = 17,01кН/см²

Сравнивания полученные величины, находим

(b g _w R _w)_min = 17,01 кН/см²

85·0,9·0,7=53,55 см

.

38,1<53,55.

Принимаем высоту траверсы 400 мм.

 

Крепление базы к фундаменту.

1. При жестком сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Принимаем четыре анкерных болта диаметром d = 24 мм.

 

 

 

 

 

7.2. Расчет оголовка колонны.

 

        

                                Рис.31.

Определим размеры столика, привариваемого к колонне для крепления главной балки сбоку.

Определим требуемую высоту катета К_f.

Катет шва принимаем  k=8 мм (СНиП II-23-81^*, табл.38)

2. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва b_f =0,9 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы g _wf = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wf =220 МПа

b_f g _wf R _wf = 0,9× 1×22 = 19,8 кН/см².

2. Расчет по металлу границы  сплавления.

Коэффициент глубины провара шва b_z =1,05 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы g _wz = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 ×360 = 162 МПа

b_z g _wz R _wz = 1,05× 1×16,2 = 17,01кН/см²

Сравнивания полученные величины, находим

(b g _w R _w)_min = 17,01 кН/см²

Примем ширину столика 200 мм из конструктивных соображений. Найдем длину шва:

 

 

 

Принимаем высоту столика 120 мм.

 

                           Рис.32.

 

Определим размеры столика, привариваемого к колонне для крепления вспомогательной балки.

Катет шва принимаем  k=6 мм (СНиП II-23-81^*, табл.38)

3. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва b_f =0,9 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы g _wf = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wf =220 МПа

b_f g _wf R _wf = 0,9× 1×22 = 19,8 кН/см².

2. Расчет по металлу границы  сплавления.

Коэффициент глубины провара шва b_z =1,05 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы g _wz = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 ×360 = 162 МПа

b_z g _wz R _wz = 1,05× 1×16,2 = 17,01кН/см²

Сравнивания полученные величины, находим

(b g _w R _w)_min = 17,01 кН/см²

Примем ширину столика 184 мм. Найдем длину шва:

Принимаем уголок 200х125х12 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

 

1.  Шагивалеев К.Ф., Айгумов М.М. Конструирование и расчет балочной площадки промышленного здания: Учебное пособие. -Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т,2004.-51 с.

2. Металлические конструкции.  Общий курс: Учебник для вузов/Под  общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1985 – 560 с.

3. СНиП II-23-81^*.Стальные конструкции/Госстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России, 1998 –96 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВАРИАНТ №2

6.4. Расчет болтового соединения вспомогательной балки с главной.

 

Сопряжение  вспомогательной балки с главной  производится через рёбра жёсткости.

 

Опорная реакция  вспомогательной балки равна:

Принимаем болты  нормальной точности, класс по прочности  – 4,6, диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности R_bs = 150 Мпа.

Расчетные усилия, которые может выдержать один болт работающий на срез:

N_b = R_bs×g_b×A×n_s,

где R_bs = 150 МПа,

g_b = 1 – коэффициент условия работы,

n_s = 1 – число срезов болта.

      Рис.26. Схема сопряжения вспомогательной  балки с главной.

 

А = pd²/4 = 3,14×2,0²/4 = 3,14см² – расчетная площадь сечения болта

N_b = 15 × 1 × 3,14 × = 47,1 кН.

Требуемое количество болтов в соединении

Т.к. высота вспомогательной  балки 550 мм, то получаем по расчету (550-160)/50=7 болтов. 12>7, поэтому из условий размещения примем  высокопрочные болты.

  Определим  расчетное усилие Q_bh,

 которое может быть воспринято каждой

поверхностью  трения соединяемых элементов,

стянутых одним высокопрочным болтом:

где Rbh=0,7·R_bun

 

R_bun=1350 Н/мм² (табл. 61 СНиП II-23-81^*)- сталь30ХНМФА

Rbh=945 Н/мм²

Принимаем дробеструйный  способ обработки поверхностей с  консервацией:

μ=0,5 (табл. 36 СНиП II-23-81^*);

γ_h=1,12 (табл. 36 СНиП II-23-81^*);

A_bh=2,45 см² (табл. 62 СНиП II-23-81^*);

γ_b=0,9 (т.к. n=7)

Принимаем  6 высокопрочных  болтов.

Размещаем болты в соответствии с табл. 39 СНиП II-23-81^*.

 

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ.

Таблица 12

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	gf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Кислотоупорные керамические плиты(15мм)	0,45	1,2	0,54
2	Битумная мастика(8мм)	0,15	1,3	0,195
3	Гидроизоляция 2сл. рубероида на мастике	0,1	1,3	0,13
Ъ4		32	1,05	33,6
5	Стальной настил	1,099	1,05	1,15395
6	Балки настила	0,159	1,05	0,16695
7	Вспомогательная балка	0,1852	1,05	0,19446
8	Главная балка	0,3718	1,05	0,39039
9	Итого:	34,3298	1,05	36,23845

 

Принимаем собственный  вес колонны 5 кН. Тогда N=1811,9225+5=1816,9225 кН.

При опирании балок на колонну сверху, колонна рассмат-

ривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце.

 Соединение с фундаментом  легких колонн в расчете при-

мем жестким. Поэтому длина колонны определяется при m = 0,7:

l_ef = mL = 0,7× 4 м = 2,8 м.

Принимаем сталь  С235 (т.к. III гр. по табл. 50 СНиП II-23-81^*.).

 R_y=230 МПа.

2.3.2. Подбор  сечения колонны.

Задаёмся гибкостью колонны  l=550, из условия устой-

чивости определяем требуемую площадь одной ветви. Коэф-

фициент продольного изгиба определяется по

СНиП II-23-81*,  j=0,8285.Определим требуемую площадь

 сечения и радиус  инерции:

Определяем требуемую  ширину сечения:

;  ;

; для двутаврового сечения a₁=0,43;  a₂=0,24

.

Высоту сечения принимаем  по конструктивным соображениям. Высота сечения принимается не менее (1/15 – 1/20) высоты колонны и так чтобы .

.

Принимаем h=0,22 м; b=0,22 м.

Принимаем сечение полки 2·22·1,8=79,2 см², стенки 1·18,4·1=18,4 см².Тогда площадь А=79,2+18,4=97,6 см².

Проверяем напряжения по подобранному сечению:

Подобранное сечение удовлетворяет  требованиям общей устойчивости. Проверим местную устойчивость стенки:

Проверим местную устойчивость полки:

Определяем фактические  геометрические характеристики.

 

; 

.

По наибольшей гибкости определяем коэффициент продольного изгиба

φ=0,85662. При этом наибольшая гибкость не должна превышать предельной гибкости для сжатых элементов: λ_пред=180-60α.

48,95<123,3.

Проверим устойчивость колонны:

21,73<21,89

Проверим на недонапряжение:

недонапряжение составляет 5 % что удовлетворяет техническим требованиям.

 

             Рис.28. Сечение колонны.

 

Толщину угловых швов принимаем  конструктивно к_f=6 мм, т.к. наибольшая толщина элемента 18 мм.

 

7.1. Расчет базы колонны.

 

Класс бетона фундамента В15.

R_b=8,5 МПа; γ=1,2;

Определим вес  колонны:

Р=mg; m=Aρh=0,00976·7850·4=306,46 кг.

Р=306,464·10=3064,64 Н=3,06 кН.

N=1811,9225+3,06=1815 кН.

Определим требуемую  площадь плиты:

Ширина базы с траверсами:

В_пл=В_тр+2t_тр+2с

В_тр=220 мм;

t_тр=12мм;

с=50 мм.

В_пл=22+2·1,2+2·5=34,4 см.

Принимаем ширину базы 360 мм.

 

 

Длина плиты:

А_пл=36·50=1800 см².

 

                                         Рис.29.

 

 

 

 

Расчет  толщины плиты базы.

Выделим три участка плиты  с характерными схемами закрепления.

                                                       Рис.30.

 

Изгибающие  моменты в плите на участках:

на участке с опиранием на четыре канта,

в = 184 мм; а=105 мм

Отношение сторон 184/105=1,75, отсюда α = 0,0925

М₁= αqа²;