Окончательно назначаем катет поясного шва .
Установление размеров опорной части балки с проверкой на устойчивость.
Рис. 1.2.5.1 Опорная часть балки
.
Принимаем , следовательно, ведем расчет на смятие.
Определим требуемую площадь опорного ребра из условия смятия:
.
По таблице 52 СНиП II-23-81* при временном сопротивлении 370 МПа на смятие для торцевой поверхности (при наличии пригонки) .
;
- по конструктивным соображениям.
Принимаем .
Проверяем прочность опорного ребра на смятие:
.
Проверяем опорную часть балки на устойчивость из плоскости стенки относительно оси х-х, как условной стойки с расчетной длиной . В сечение условной стенки включаем опорное ребро и примыкающий к нему постоянно устойчивый участок стенки длиной .
Определим :
.
Площадь стойки:
.
Момент инерции стойки относительно оси х-х:
.
Радиус инерции стойки: .
Гибкость стойки:
По таблице 72 СНиП II-23-81* в зависимости от и принимаем .
Проверяем устойчивость опорной части балки:
;
Проверяем опорное ребро балки на местную устойчивость по условию
,
где ,
;
условие выполняется.
Рассчитываем шов W1, прикрепляющий стенку к опорному ребру.По таблице 55 СНиП II-23-81* для 2 группы, района II8 и стали С255 принимаем полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа (ГОСТ 8050-85) и сварочную проволоку Св-08Г2С.
По таблице 56 для проволоки Св-08Г2С принимаем .
Принимаем диаметр проволоки 1,2 мм. Следовательно, по таблице 54 СНиП II-23-81* принимаем .
Определяем расчетное сечение углового шва:
;
.
Расчет ведем по металлу шва.
Шов W1 является локально нагруженным в нижней точке опорной реакции балки. Значит, на расчетной длине должна быть воспринята вся опорная реакция: .
Определяем требуемый катет шва: .
Максимальный катет шва будет равен: .Минимальный катет шва принимаем по таблице 38 СНиП II-23-81* по принимаем .
Окончательно принимаем .
Проверка местной устойчивости элементов сечения балки с обоснованием размещения и определением размеров ребер жесткости
Рис. 1.2.6.1 Размещение ребер жесткости и эпюры моментов и поперечных сил в сечениях балки
Местная устойчивость стенки обеспечивается постановкой ребер жесткости. К ребрам жесткости крепятся балки настила, следовательно шаг ребер жесткости составит: . Определяем условную гибкость стенки:
.
Предельное расстояние между ребрами жесткости определяется по одному из двух случаев:
;
.
.
Местная устойчивость стенки проверяется в трех местах:
в приопорном отсеке;
в месте изменения сечения;
в среднем отсеке.
В зависимости от величины и возможны следующие два случая:
- расчетное сечение определяется по середине отсека;
- расчетное сечение определяется по середине условного отсека, длиной .
Для приопорного отсека . Следовательно расчет ведем по середине условного отсека шириной . Тогда значение составит:
.
В месте изменения сечения и в среднем отсеке превышает , значит
,
.
Определим значения изгибающих моментов и поперечных сил во всех намеченных сечениях по формулам:
; .
;
.
;
.
;
.
Определяем расчетные сжимающие нормальные напряжения в верхней точке стенки для каждого отсека по формулам:
; .
;
.
;
.
;
.
Определяем критические напряжения потери устойчивости стенки:
.
принимаем по таблице 21 СНиП II-23-81* в зависимости от .
Коэффициент принимаем по таблице 22 СНиП II-23-81*: .
Принимаем .
- отношение большей стороны отсека к меньшей.
;
.
;
где - меньшая из сторон отсека.
;
.
Проверим местную устойчивость стенки в приопорном отсеке, в месте изменения сечения и в среднем отсеке балки:
;
;
.
Проверяем местную устойчивость сжатого пояса:
;
, местная устойчивость сжатого пояса обеспечена
Определяем размеры ребер жесткости:
.
.
Принимаем = 70 мм, =5 мм.
Расчет монтажного стыка балки на высокопрочных болтах.
Рис. 1.2.7.1 Расчет соединения по поясам.
Монтажный стык устраивается в середине пролета, где действует усилие
Изгибающий момент между элементами сечения распределяем пропорционально их изгибным жесткостям. Таким образом, стенкой воспринимается момент:
.
Момент, приходящийся на верхний и нижний пояса балки, составит:
.
Определяем усилие, которое должно быть воспринято соединением на одной полунакладке по поясам: ..
Принимаем сталь болтов 40Х «селект»; диаметр болтов ; .
;
Определяем расчетное усилие, которое может быть воспринято одной площадкой трения, стянутое высокопрочным болтом:
;
.
По таб. 61 принимаем вид очистки поверхности стальными щетками без консервации. Коэффициент трения . Контроль регулировки натяжения болтов принимаем по моменту, следовательно в соответствии со СНиП II-23-81* принимаем (при количестве болтов более 10 штук).
.
Определяем требуемое количество болтов на одной полунакладке:
,
где - число площадок трения, стянутых одним болтом.
Полученное количество болтов не приемлемо, поэтому вводим дополнительные накладки по внутренним поверхностям поясов. =2
Корректируем усилие : .
.
Рис.1.2.7.2. Сечение а-а.
Определяем ширину дополнительной накладки:
.
Принимаем .
Расстояние между болтами:,
расстояние от края накладки до болта: ,
где - диаметр отверстия, который равен: .
При расположении болтов в 2 ряда, ширина дополнительной накладки:
Проверяем прочность ослабленного сечения пояса. Площадь нетто ослабленного пояса:
.
площадь брутто.
Возможны 2 варианта:
1) Если , то расчет ведем по ,
2) если , то расчет ведем по условной площади
.
Определяем долю усилия, которая в данном случаи уже передана силами трения.
.
Проверяем прочность ослабленного сечения:
.
.
Длина накладки:
.
Толщину накладок определяю из условия равнопрочности сечения накладок и пояса.
Принимаю толщину накладок
.
Принимаем .
Расчет соединения по стенке.
Усилие, приходящееся на одну площадку трения, стянутую одним высокопрочным болтом, будет равно:
, где:
m - количество вертикальных рядов на полунакладке:
;
Максимально возможное количество болтов в вертикальном ряду:
Принимаем 10 болтов:
Определяем расстояние между болтами: принимаем 70 мм.
Корректируем
.
Принимаем 12 болтов:
Определяем расстояние между болтами: принимаем 60 мм.
Корректируем
.
Принимаем первый вариант и располагаем болты на одной полунакладке в двух рядах по 10 болтов.
Размеры накладки:
Рис.1.2.7.3. Монтажный стык балки
Расчет колонны
Определение нагрузок и подбор сечения колонны
Нагрузку на главную балку принимаю равномерно распределенной. Расчет веду только для оптимального варианта балочной клетки.
Рис. 1.3.1.1 Грузовая площадь колонны
Расчетное усилие в колонне с учетом собственного веса .
Где: - коэффициент, учитывающий собственный вес колонны и балок.
Принимаем примыкание главной балки к колонне на оголовок.
Рис. 1.3.1.2. Сечение колонны
Определим геометрические длинны колонны:
Находим расчетные длинны колонны:
По таблице 50* СНиП II-23-81* для конструкций третьей группы в климатическом районе II8 принимаем сталь С235.По таблице 51 СНиП II-23-81* для стали С235 и листового проката при толщине 2 20 мм принимаем .
Расчет на прочность стержневых элементов, подверженных центральному сжатию силой N, следует выполнять по формуле:
,
где ц - коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов
Задавшись гибкостью (ц=0,625) таб.72 определяю требуемую площадь сечения:
Вычисляем требуемые радиусы инерции и габариты сечения.
где - коэффициенты приведения радиусов инерции к размерам сечения.
Примем толщину стенки 10 мм.
Требуемая площадь поясов
Определим толщину полки
; принимаем .
Тогда размеры сечения колонны будут следующими:
При принятых размерах , т.е. условие свариваемости удовлетворяется.
Проверим устойчивость колонны.
Определяю геометрические характеристики скомпонованного сечения.
Определим гибкость колонны:
Так как , проверку устойчивости колонны выполняем относительно оси Y. Значение коэффициента продольного изгиба .
Напряжения в колонне равны
т.е. устойчивость колонны обеспечена.
Недонапряжение в колонне составляет
Проверка полок и стенки на местную устойчивость
Проверим стенку на местную устойчивость
Условная гибкость
< - местная устойчивость стенки обеспечена.
Так как, , то по длине колонны конструктивно устанавливаем по две пары ребер жесткости с размерами:
Принимаю: .
Компоновка и расчет базы колонны
Рис.1.3.3.1 База колонны
В центрально-сжатых колоннах размеры опорной плиты в плане определяются из условия прочности на смятие, расположенного под ним материала фундамента:
,
где: - Расчетное усилие в колонне с учетом собственного веса
- коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки и принимаемый в соответствии с СНБ ”Бетонные и железобетонные конструкции”.
- средняя прочность бетона на осевое сжатие, принимаемая по СНБ 5.03.01-02 для бетона класса
Находим размер Впл предварительно задавшись c и tтр
.Принимаем .
где: - ширина колонны
tтр = 10 мм - толщина траверсы
c = 50 мм - вылет консольного участка плиты
Тогда требуемая длина опорной плиты .
Принимаем по конструктивным соображениям Lпл =420мм.
Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки, опертой на торец колонны, траверсы и ребра. Снизу на плиту действует нагрузка от отпора фундамента, равная напряжению под плитой
Можно выделить участки пластинки, опертые по одной, трем и четырем сторонам (кантам),соответственно обозначенные цифрами 1,2,3.
В первом отсеке:
Так как , то
Во втором отсеке:
Так как , то
В третьем отсеке:
.
По наибольшему из трех моментов найдем толщину плиты:
Принимаю tпл=22 мм -т.к. толщина плиты соответствует допустимым нормам, следовательно ребро жесткости устанавливать ненужно (для стали С235 при толщине плиты от20 до 40).
Для данной толщины плиты ,условие свариваемости удовлетворяется.
Согласно принятой конструкции траверса приваривается к полкам 4-мя угловыми швами. По таблице 55 СНиП II-23-81* для 3 группы, района II8 и стали С235 принимаем полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа (ГОСТ 8050-85) и сварочную проволоку Св-08Г2С. По таблице 56 для проволоки Св-08Г2С принимаем . Принимаем диаметр проволоки 1,2 мм. Следовательно, по таблице 54 СНиП II-23-81* принимаем .
Определяем расчетное сечение углового шва:
;
.
Расчет ведем по металлу шва.Определим по конструктивным требованиям максимальный катет шва: . Определяем конструктивно минимальный катет шва: при , полуавтоматической сварке, с односторонними швами по таблице 38 СНиП II-23-81* принимаем .Назначаем катет шва.
Определение габаритов траверсы
Рис. 1.3.3.2. Расчетная схема траверсы
Определим высоту траверсы:
;
принимаю высоту траверсы .
Вылет траверсы .
Определим погонные нагрузки на траверсу:
Изгибающие моменты и поперечные силы в траверсе равны:
Проверяем траверсу на изгиб и срез:
Прочность траверсы обеспечена.
Определяем толщину сварных швов в месте приварки траверсы к плите.
Определим по конструктивным требованиям максимальный катет шва: . Определяем конструктивно минимальный катет шва: при , полуавтоматической сварке, с односторонними швами по таблице 38 СНиП II-23-81* принимаем .
Принимаю катет шва 7 мм.
Для закрепления базы колонны с фундаментом по конструктивным соображениям принимаем 4 анкерных болта из стали Вст3кп2. Анкерные плитки назначаем толщиной 36 мм и шириной 150 мм с отверстиями под анкерные болты
Компоновка и расчет сопряжения вспомогательной балки с главной балкой, и главной балки с колонной
Рис. 1.3.4.1 Сопряжение главной балки и колонны
Ширина опорного ребра bр=180 мм. Принимаем из конструктивных соображений толщину плиты оголовка . Ее размеры назначаем 360х340 мм. Суммарное давление от двух главных балок величиной N=1364,25 кН передается к стенке колонны 4-мя угловыми швами. По таблице 52 СНиП II-23-81* при временном сопротивлении 360 МПа на смятие для торцевой поверхности (при наличии пригонки) .
Расчетная ширина смятия ребер
.
Толщину ребра определяем по формуле
.
Принимаем .
Длину ребер найдем из условия работы швов на срез.По таблице 55 СНиП II-23-81* для 3 группы, района II8 и стали С235 принимаем полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа (ГОСТ 8050-85) и сварочную проволоку Св-08Г2С. По таблице 56 для проволоки Св-08Г2С принимаем .