Таким образом, прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.

3.5 Проверить общую устойчивость балки

Устойчивость балок проверять не требуется, если выполняются следующие условия:

– нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, в частности, железобетонные плиты или стальной лист;

– при отношении расчетной длины балки (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса «b» не более

(3.7)

Коэффициент принимается равным 0,3 при учете пластических деформаций. При отсутствии пластических деформаций . тогда;

> .

Следовательно, устойчивость балки можно не проверять.

3.6 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки

Устойчивость сжатого пояса при отсутствии пластических деформаций обеспечивается выполнением условия:

, где

.

В рассмотренном примере устойчивость обеспечена.

Расставим ребра жесткости и проверим местную устойчивость стенки.

Рисунок 10 – Расстановка ребер жесткости. Расчетные усилия для проверки устойчивости стенки

Ребра жесткости принимаем односторонние шириной

мм

и толщиной

мм.

В отсеке №1 стенка работает в упругой стадии и проверка устойчивости выполняется по формуле

Расчетные усилия принимаем приближенно по сечению м, м, , под балками настила.

кН·м;

кН;

кН/см²; кН/см²; (по 3.6)

кН/см²;

;

Предельное значение находим критические напряжения и

кН/см²;

кН/см²²²⁵⁰

кН/см²

Проверяем устойчивость стенки отсека №1 по формуле (3.14):

Устойчивость стенки обеспечена.

В отсеке №2 расположено место изменения сечения, поэтому эпюра _х имеет скачок. Средние напряжения в пределах наиболее напряженного участка отсека (расчётного) длиной мм можно найти, разделив площадь эпюры _x на длину участка . Однако в настоящем примере приближённо примем средние напряжения для проверки устойчивости по сечению x=3,5 м, учитывая, что уменьшенное сечение находится близко к краю отсека и мало влияет на устойчивость стенки.

кНм;

кН;

кН/см²;

кН/см²;

кН/см²;

;

Находим критические напряжения

кН/см²;

кН/см²;

кН/см².

Проверяем устойчивость стенки отсека №2:

Устойчивость стенки обеспечена.

Проверяем устойчивость стенки отсека №3

кНм;

кН;

кН/см²;

кН/см²;

кН/см²;

;

Находим критические напряжения

кН/см²;

кН/см²;

кН/см².

Проверяем устойчивость стенки отсека №3:

Устойчивость стенки обеспечена.

Проверяем устойчивость стенки отсека №4

кНм;

кН;

кН/см²;

кН/см²;

кН/см²;

;

Находим критические напряжения

кН/см²;

кН/см²;

кН/см².

Проверяем устойчивость стенки отсека №4:

Устойчивость стенки обеспечена.

3.7 Расчет поясных швов главной балки

Поясные швы примем двусторонними, так как . Расчет выполняем для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила. Расчетные усилия на единицу длины шва составляют

кН/см;

кН/см.

1 – сечение по металлу шва;

2 – сечение по металлу границы сплавления

Рисунок 11 – К расчету поясных швов

Сварка автоматическая, выполняется в положении «в лодочку» сварочной проволокой Св‑08Га. Для этих условий и стали С245 находим

кН/см²;

кН/см²;

.

Принимаем минимальный катет шва мм. (см. табл. 6 прил. Б)

Проверяем прочность шва:

кН/см² < кН/см²;

по металлу границы сплавления

кН/см² < кН/см²;

Таким образом, минимально допустимый катет шва достаточен по прочности.

3.8 Конструирование и расчет опорной части балки

Рисунок 13 – Вариант опорной части балки

Ребро крепится к стенке полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св‑08Г2С. Размер выступающей части опорного ребра принимаем 20 мм. Из условия смятия находим

см²;

Ширину опорного ребра принимаем равной ширине пояса уменьшенного сечения балки: . Тогда:

см.

Принимаем ребро из листа 300×14 мм.

Площадь см² > см².

Проверяем устойчивость опорной части

см;

см⁴; (моментом инерции участка стенки шириной пренебрегаем ввиду малости)

см²;

По таблице 16 прил. Б находим путем интерполяции

кН/см²y=24 кН/см².

Проверяем местную устойчивость опорного ребра

см;

Подбираем размер катета угловых швов по формуле:

откуда

см = 7 мм, где

кН/см²; кН/см²;

Проверку по металлу границы сплавления делать не нужно, так как . Принимаем мм.

3.9 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

Рисунок 14 – Схема монтажного стыка на высокопрочных болтах

Принимаем болты диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 23 мм. Тогда кН/см², A_bn = 2,45 см². Способ подготовки поверхности – газопламенный без консервации, способ регулирования натяжения – по углу поворота гайки. Для этих условий коэффициент трения μ = 0,42, регулятор натяжения _h =1,02. Тогда расчетное усилие на один болт

Q_bh= = 0,71102,450,42/1,02 = 77,7 кН.

Стык поясов перекрываем накладками из стали С245 сечением 550×12 с наружной и 2×260×12 с внутренней стороны поясов. При этом суммарная площадь сечения накладок см², что несколько больше площади сечения поясов.

Усилие в поясах кН.

Требуемое количество болтов в стыке поясов

Принимаем 18 болтов. Ставим их, как показано на рис. 14, в соответствии с требованиями

Стык стенки перекрываем парными накладками из листа t =10 мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстоянии в ряду a=100 мм (максимально допустимое расстояние мм. Число болтов в ряду 16 шт. мм. Момент, приходящийся на стенку, равен

кНм;

Проверяем прочность болтового соединения на сдвиг

кН.

4. Расчет и конструирование колонны

4.1 Подбор сечения сплошной колоны балочной площадки

В соответствии с заданием принимаем сплошное сечение колонны. Принимаем шарнирное закрепление концов колонны (коэффициент μ=1). Материал – сталь класса С235, лист t = 4÷20 мм. R_y= 23 кН/см².

Геометрическая длина колонны равна отметке верха настила (из задания) за вычетом толщины настила t_н, высоты балки настила и главной балки h_г.б., с учетом выступающей части опорного ребра 2 см, заглубления колонны ниже отметки чистого пола на 0,6 м. с учетом μ=1 составляет м.

Усилие в колонне кН.

Рисунок 17 – К определению расчетной длины колонны

Определяем ориентировочную требуемую площадь сечения по формуле (4.1) при _с = 1

см²

Проектируя колонну с гибкостью, равной примерно =60, найдём наименьшие размеры h и b_f

см

см

Поскольку ширину колонны b_f не рекомендуется принимать больше высоты h, а толщину стенки принимают обычно мм и толщину поясов

, то компонуем сечение колонны с см.

Принимаем:

пояса – 2 листа 420×15 мм, площадью 2A_f=2×42×1,5=126,0 см²

стенка – 1 лист 460×10 мм, площадью A_w=4,6×1.0=46.0см², рис. 18

Площадь сечения колонны см².

Рисунок 18 – Сечение сплошной колонны

Находим геометрические характеристики принятого сечения:

см⁴;

см;

см.

Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна:

По большей из гибкостей находим коэффициент продольного изгиба (табл. П.Б.16) и проверяем устойчивость стержня колонны

кН/см²<R_y=23 кН/см².

Недонапряжение составляет

< 5%

Местная устойчивость стенки стержня колонны обеспечена. Таким образом, подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей и местной устойчивости и может быть выполнено с помощью автоматической сварки.

Поперечные ребра не требуются т.к. .

4.2 Конструкция и расчет оголовка колонны

Принимаем плиту оголовка толщиной t_пл= 25 мм и размерами 530x420 мм. Давление главных балок передается колонне через ребро, приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами Д. Сварка полуавтоматическая, в углекислом газе, проволокой Св‑08Г2С, кН/см², кН/см², β_f=0,7 β_z=1,0.

Принимаем ширину ребер 200 мм, что обеспечивает необходимую длину участка смятия мм. Толщину ребер находим из условия смятия

см=25 мм.

Рисунок 21 – Оголовок колонны

Принимаем t_p = 25 мм. Длину ребра l_р находим из расчета на срез швов Д его прикрепления. Примем k_f =10 мм. Тогда

см.

Принимаем l_p=51 см. При этом условие см выполнено. Шов Е принимаем таким же, как и шов Д. Проверяем стенку на срез вдоль ребра

кН/см²>R_s=13,3 кН/см².

Необходимо устройство вставки верхней части стенки. Принимаем ее толщину t_вст=25 мм, а длину мм.

кН/см²<R_s=13,3 кН/см².

Торец колонны фрезеруем после ее сварки, поэтому швы Г можно не рассчитывать По табл. 6 прил. Б принимаем конструктивно минимально допустимый катет шва k_f = 7 мм. Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами, сечение которых принимаем 100x8 мм.

4.3 Конструкция и расчет базы колонны

Определяем требуемую площадь плиты из условия смятия бетона

,

где . Значение коэффициента зависит от отношения площадей фундамента и плиты. (принимать =1,2.) Для бетона класса В15 R_пр = 0,7 кН/см². – расчетное сопротивление бетона на смятие R_см.б=R_пр=1,2 0,7=0,84 кН/см²

см².

Рисунок 22 – База колонны

Принимаем плиту размером 650×560 мм. Тогда см²

кН/см²<R_см.б

Рисунок 24 – Схема участка плиты 2 Рисунок 25 – Схема участка плиты 3

Находим изгибающие моменты на единицу длины d = 1 см на разных участках плиты.

Участок 1 рассчитываем как балочную плиту, так как отношение сторон b/a=460/203 = 2,26 > 2

кНсм/см.

Участок 2 (консольный) рис 24:

кНсм/см.

Участок 3 работает так же, как консольный, так как отношение сторон 420/80=5,25>2. Свес консоли на 20 мм больше, чем на участке 2 для размещения анкерных болтов.

кНсм/см

Толщину плиты подбираем по наибольшему моменту M₁, M₂, M₃ из условия

.

Момент сопротивления полоски плиты шириной d=1 см равен

, откуда, учитывая, что дли стали C235 при мм

кН/см², см = 32 мм.

Принимаем t_пл = 35 мм.

Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св‑08Г2С. Соответствующие характеристики:

кН/см², кН/см², _f=0,7, _z=1,0.

Расчет выполняем по металлу шва, так как (3,2<4,08) Учитывая условие находим требуемую величину катета шва k_f из условия

см = 9,2 мм.

Принимаем k_f = 10 мм. При этом требуемая длина шва составит мм., поэтому высоту траверс принимаем 600 мм.

Крепление траверсы К_f=8 мм принимаем конструктивно, так как применен фрезеровочный торец колоны.

Список рекомендуемой литературы.

1. Металлические конструкции /Под ред. Ю.И. Кудишин. Академия 2006. – 680 с.

2. Узлы балочных площадок: Метод. указ. / Моск. инж.-строит. ин-т им. В.В. Куйбышева. – М.: ШСИ, 1980. – Ч. 1.