Разработка стальных конструкций рабочей площадки

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Компоновка конструктивной схемы
• 2.1 Расчёт балки настила
• 2.2 Расчёт главной составной балки
• 2.2.1 Назначение размеров составной балки
• 2.2.2 Изменение сечения составной балки по длине
• 2.2.3 Проверка местных и приведённых напряжений
• 2.2.4 Проверка местной устойчивости стенки
• 2.2.5 Расчёт поясных швов
• 2.2.6 Расчёт опорного конца балки
• 3. Расчёт центрально-сжатой колонны
• 4. Общие требования к текстовой и расчетно-графической части
• Библиографический список
• Приложение А
• Приложение Б
• Приложение В
• Приложение Г

Целью курсового проектирования является практическое закрепление освоенного теоретического материала в процессе занятий, консультаций и самостоятельной работы. Студент должен приобрести навыки пользования нормативной и справочной литературой.

Курсовой проект выполняется на основании исходных данных по варианту, заданному преподавателем.

Тема: Разработка стальных конструкций рабочей площадки.

Задание: скомпоновать конструктивную схему рабочей площадки (балочной клетки), прокатную балку настила, главную составную балку и стойку — колонну из колонного прокатного профиля.

Компоновка конструктивной схемы рабочей площадки графически выполняется на формате А4 с соблюдением необходимых масштабов. Следует показать: план и разрезы рабочей площадки, схему связей, характерные узлы сопряжения конструктивных элементов, угловой штамп.

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

титульный лист;

исходные данные;

конструктивные расчеты балки настила;

конструктивные расчеты главной составной балки;

конструктивные расчеты центрально сжатой колонны.

стальная конструкция рабочая площадка

1. Исходные данные

Выполнение курсового проекта начинается с установления исходных данных для проектирования, расчётных сопротивлений стального проката и нагрузок, действующих на рабочую площадку.

Исходными данными при проектировании являются:

пролет главной балки L (шаг колонны вдоль площадки);

расстояние между главными балками В шаг колонн поперек площадки);

расстояние между балками настила а;

суммарная нормативная распределённая нагрузка на площадку q_n (включающая постоянные и временные нагрузки);

материал для конструкций рабочей площадки (сталь);

геометрическая длина колонны l;

осредненный коэффициент надежности по нагрузке г_f;

предельный прогиб главной балки f_u (в долях от L).

Исходные данные для проектирования принимаются по таблицам 1.1 и 1.2 в зависимости от варианта

Таблица 1.1 Исходные данные

Таблица 1.2 Исходные данные

В зависимости от заданного материала конструкций определяются расчётные сопротивления стали и сварных соединений. Расчётные характеристики стали приведены в таблице 1.3, расчётные характеристики сварных соединений с угловыми швами — в таблице 1.4.

Таблица 1.3 Расчетные сопротивления стального проката, МПа

1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (размер t в сортаменте).

2. R _у — расчётное сопротивление стального проката при растяжении, сжатии и изгибе;

R_{s -} расчётное сопротивление стального проката при сдвиг; R_{p -} расчётное сопротивление стального проката при смятии торцевой поверхности (при наличии пригонки).

Таблица 1.4 Расчётные сопротивления сварных соединений с угловыми швами, МПа.

2. Компоновка конструктивной схемы

В курсовом проекте необходимо скомпоновать конструктивную схему рабочей площадки и дать её описание в расчётно-пояснительной записке. Рекомендуется применить шарнирное опирание колонн (стоек) на фундаменты в обоих направлениях и шарнирное сопряжение колонн с балками, при этом пространственная неизменяемость каркаса обеспечивается устройством продольных и поперечных связей между колоннами. Колонны выполняются из прокатных широкополочных двутавров колонного типа.

Размер ячейки балочной клетки, то есть шаг колонн в продольном и поперечном направлениях, указывается в исходных данных к курсовому проекту. Главные балки рекомендуется располагать вдоль длинной стороны ячейки и опирать её на полки колонн сбоку. Главные балки выполняются из составных сварных двутавров.

Шаг балок настила устанавливается таким образом, чтобы он целое число раз укладывался в пролете вспомогательной балки. Это учтено в исходных данных к курсовому проекту. Рекомендуется поэтажное опирание балок настила на главные балки. Сам настил выполняется из листовой стали. Балки настила выполняются из прокатных двутавров, к верхним поясам которых приваривается настил.

Заглубление низа базы колонны относительно уровня пола может приниматься в пределах 0,3…0,4 м.

Общую длину рабочей площади принимать равной трем продольным шагам колонн, а общую ширину — трем поперечным шагам колонн. Примерная схема рабочей площадки с необходимыми размерами и характерными узлами сопряжения конструктивных элементов представлены на рис. 1, 2 и 6. Окончательные размеры на схеме проставляются после завершения расчётов.

2.1 Расчёт балки настила

Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий (рис.1).

Рис. 1. Балочная клетка

Балки настила обычно проектируют прокатными. Расчётная схема балки настила — однопролётная шарнирно опёртая балка, пролёт которой равен поперечному шагу колонн рабочей площадки B, нагруженная равномерно распределённой нагрузкой q₁ (рис.2).

Рис. 2. Расчетная схема балки настила

Равномерно распределённая нагрузка на балку:

нормативная, кН/м:

q_n1 = q_n Ч а=14.5*0.8=11.5;

расчётная:

q₁ = q_n1 Ч г_f =11.5*1.25=14.5, (2.1)

где q_n — нормативная нагрузка на рабочую площадку, кН/м²;

г_f - осреднённый коэффициент надёжности по нагрузке;

а - расстояние между балками настила, м.

Максимальный расчётный изгибающий момент, кНЧм:

М_max = (q₁ Ч В²₎ / 8= (14.5*6²) /8=65.25кНм; (2.2)

Максимальная поперечная сила, кН:

Q_max = (q₁ Ч В₎ / 2= (14,5*6) /2=43,5кНм; (2.3)

По расчётному моменту определяют значение требуемого момента сопротивления сечения двутавровой прокатной балки:

W_x,cal = (М_max Ч г_n) / (R_y Ч г_c) = (65,25*1) / (335*1) =0,2кн/см², (2.4)

где R_{y -} расчётное сопротивление фасонной стали, кН/см²;

Для расчетов в курсовом проекте коэффициент надёжности по назначению и коэффициент условия работы принимаем равными 1:

г_n = 1 и г_c = 1

После определения требуемого момента сопротивления W_x,cal (относительно оси наибольшей жёсткости х-х) по сортаменту принимаем номер двутавра и выписываем геометрические характеристики его сечения, соблюдая при этом

условие — фактическое W_x? W_x,cal.

Проверка жёсткости балки сводится к определению её относительного прогиба от действия нормативных нагрузок, которые не должны превышать допускаемого значения:

а) выполняем проверку жёсткости балки по формуле:

f = (5 Ч q_n1 ЧВ³) / (384 ЧЕ ЧI_x) ? f_u = (5*11,5*6³) /384*206 000*1840) =0,516 444?3см, (2.5)

где f - фактический прогиб балки, см;

q_{n1 -} нормативное значение погонной нагрузки на балку, кН/см;

В — пролет балки, см;

Е = 2,06 Ч10 ⁴ (кН/см²) = 20,6 Ч10⁶ (Н/см²) — модуль упругости стали;

I_{x -} момент инерции сечения балки, см⁴;

f_u = В /200 — предельный прогиб балки настила, см.

Если условие f > f_u, не обеспечивается, то необходимо принять больший номер двутавра и повторить проверку жёсткости.

б) касательные напряжения в изгибаемых элементах проверяют в местах наибольшей поперечной силы по формуле:

ф_max = (Q_max Ч S_x) / (I_x Ч t_w) ? R_s Ч г_c = (43,5*104) / (1840*5,2) =0,47?195*1, (2.6)

где ф_{max -} максимальное касательное напряжение, кН/см²;

S_x — статический момент половины сечения балки относительно нейтральной оси, см³;

t_w — толщина стенки балки, см;

R_{s -} расчетное сопротивление фасонной стали сдвигу, кН/ см²;

I_{x -} момент инерции поперечного сечения балки, см⁴.

Проверка прочности по касательным напряжениям проводится в учебных целях, так как она обеспечивается по условиям проката двутавровых балок.

в) проверка общей устойчивости балки настила не требуется, так как к ее сжатому поясу прикреплен стальной настил.

г) местная устойчивость стенки и полок прокатных балок обеспечена по условиям их прокатки.

2.2 Расчёт главной составной балки

Составные балки применяют в тех случаях когда прокатные не удовлетворяют условиям прочности, жёсткости, общей устойчивости, то есть при больших пролётах и изгибающих моментах.

Расчетная схема главной составной балки рабочей площадки — однопролетная балка пролетом L с шарнирным опиранием, нагруженная расчетной равномерно распределенной нагрузкой q, к которой приводятся сосредоточенные силы в местах опирания балок настила (рис.2).

Расчётная погонная нагрузка на главную балку, кН/м:

q = q_n Ч г_f Ч В=14,5*1,25*6=108,75,где q_{n -} в исходных данных.

Максимальный расчётный изгибающий момент, кН/м:

М_max = (q Ч L²₎ / 8= (108,75*16²) /8=3480кН/м;

Максимальная поперечная сила, кН:

Q_max = (q Ч L) / 2= (108,75*16) /2=870кН/м, (2.7)

где L _- пролёт главной балки, м.

2.2.1 Назначение размеров составной балки

Проектирование составных балок выполняют в два этапа. На первом компонуют и подбирают сечение, на втором — проверяют прочность и устойчивость балки.

Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

Из условия экономичности, характеризующейся наименьшим расходом стали, вначале вычисляют оптимальную высоту балки:

h_opt = ³v (1,5 Ч л_w Ч W_cal) = ³v (1,5*6,77*10,4=1,6, (2.8)

где гибкость стенки л_w = h_ef / t_w при отсутствии подвижной нагрузки на поясе балки принимают для балок со стенкой, укреплённой поперечными рёбрами жёсткости

л_w = 5 v (Е / R_y),

где Е = 2,06Ч 10⁵ МПа — модуль упругости стали;

R_y — расчётное сопротивление для листовой стали толщиной до 20 мм.

Требуемый момент сопротивления определяют по формуле:

W_cal = М_max / R_y Ч г_с =3480/335*1=10,4.

Минимальную высоту балки, обеспечивающую предельный прогиб, определяют по формуле:

h_min = (5Ч R_y Ч L) / (24Ч ЕЧ г_f Ч f_u) = (5*335*16) / (24*206 000*1,25*0,003) =14,7, (2.9)

где f_u — предельный прогиб главной балки (исходные данные);

г_{f -} осредненный коэффициент надежности по нагрузке;

R_{y -} расчетное сопротивление листовой стали толщиной более 20 мм.

Назначаемая окончательно высота составной балки должна быть близкой к h_{opt (}обычно на 5 — 10% меньше полученного по формуле h_opt, но не меньше h_min)

Балки в целях унификации конструкций рационально принимать высотой, кратной 100 мм. После установления высоты балки определяют толщину стенки t_w из следующих условий:

а) обеспечения прочности стенки на срез на опоре (при опирании балки на опорное ребро):

t_w = (кЧ Q_max) / (h ЧR_s Ч г_c) = (1,5*870) / (1,6*180*1) =4,5, (2.10)

где к — коэффициент, принимаемый при опирании балки с помощью опорного ребра, приваренного к торцу балки равным к = 1,5;

h — высота составной балки назначенная;

Q — максимальная поперечная сила;

б) обеспечение местной устойчивости стенки без дополнительного укрепления её продольным ребром:

t_w ? h / л_w =4,5?0,2;

Рекомендуемые толщины стенки балки:

(8…12мм) — кратно 1 мм;

при большей толщине кратно 2 мм.

Стенки толщиной (14…24 мм) проектируют в балках высотой 2…5 метров при значениях h / t_w = 160…230.

Окончательно толщина стенки назначается, если соблюдается условие (R_y в МПа):

t_w = (h_ef / 5,5) v (R_y / Е) = (155,6/5,5) v (335/206 000) =8; (2.11)

В сварных балках пояса обычно принимают из одиночных листов универсальной стали, в связи с чем толщина t_f и ширина b_f поясных листов должны соответствовать сортаменту на эту сталь (приложение А).

При назначении размеров пояса толщина поясных листов t_f предварительно назначается в пределах 18 — 32 мм (в соответствии с сортаментом на широкополосную сталь — приложение А).

Из условия свариваемости поясов со стенкой необходимо соблюдать требование:

t_w < t_f ? 3 t_w =8?22?24,где t_w — толщина стенки.

Вычислим высоту стенки:

h_ef = h — 2Ч t_f =155,6.

Требуемую ширину поясного листа b_f определяют из расчёта геометрических характеристик сечения. Для этого вычисляют:

1) Требуемый момент инерции всего сечения балки, см⁴:

I = W_cal Ч (h / 2) =10,4* (1,6/2) =832см⁴;

2) Момент инерции стенки, см⁴:

I_w = (t_w Ч h_ef³) /12= (0,8*155,6³⁾ /12=25 115,25 см⁴;

3) Требуемый момент инерции поясов, см⁴:

I_f = I _- I_w =25 115,25−832=24 283,25;

4) Требуемая площадь одного пояса, см²:

A_f = 2 I_f / (h — t_f) ²=2*24 283,25/ (160−2,2) ²=1,95 см^2;

5) Требуемая ширина пояса, см:

b_f = A_f / t_f =1,95/2,2=0,89 см;

Ширину пояса b_f рекомендуется выдерживать в пределах (1/3 — 1/5) h из условия обеспечения общей устойчивости балки.

По конструктивным соображениям ширину пояса принимают:

b_f ? 180 мм или h / 10;

Требование по обеспечению местной устойчивости балки:

b_еf / t_f ? 0,5 v (Е / R_y) =0,5 v206000/315=12,8

где b_{еf -} свободный свес поясного листа (b_еf ? b_f / 2);

R_{y -} расчетное сопротивление листовой стали в соответствии с принятой толщиной t_f.

Если размеры пояса не отвечают указанным требованиям, то изменяют толщину поясного листа в ту или иную сторону и определяют новую ширину пояса. По полученным данным компонуют сечение составной балки, вычисляют для него геометрические характеристики:

I — требуемый момент инерции:

I = I_w + I_f = (t_w Ч h_ef³⁾ / 12 + 2Чb_f Ч t_f [0,5 (h - t_f)] ² =832; (2.12)

W — требуемый момент сопротивления:

W = 2Ч I / h = I / (h/2) =2*832/160=10,4;

В учебных целях производят проверку прочности по нормальным напряжениям:

у = М_max / W? R_y Ч г_c =3480/10,4=334,5?335 *1 (2.13)

Перенапряжение не допускается, а недонапряжение для удовлетворительно подобранного сечения балки должно составлять не более 5%.

2.2.2 Изменение сечения составной балки по длине

Сечение составной балки, подобранное по максимальному моменту в середине пролёта, можно уменьшить на приопорных участках. Учитывая увеличение трудоёмкости изготовления, рекомендуется уменьшать сечения поясов в балках пролётом 10 — 12 метров и более (рис.4).

Рис. 4. Изменение сечения балки за счет уменьшения ширины пояса

При равномерной нагрузке наиболее выгодное место изменения сечения поясов в однопролётной балке находится на расстоянии примерно 1/6 пролёта балки от опоры. Сечения поясов изменяют различными способами. Наиболее простым способом является изменение ширины пояса, так как при этом не изменяется высота балки. Уменьшенная ширина поясов должна отвечать условиям:

b_f ¹ ? 180 мм; b_f ¹ ? h /10;

b_f ¹ ? 0,5Ч b_f.

Расчёт изменения ширины пояса главной балки производят в следующем порядке:

1. Расстояние до места изменения сечения, см:

Х = L / 6=16*6=2,7 см;

2. Расчётный изгибающий момент в месте изменения сечения, кНЧсм:

М_х = (qЧхЧ (L - х)) / 2= (108,75*2,7* (16−2,7)) /2=1952,6кН*см;

3. Поперечную силу в месте изменения сечения, кН:

Q_х = q Ч (L/2 - х) =108,75* (16/2−2,7) =576,375кН;

4. Требуемый момент сопротивления на опоре, см³:

W_cal^l = M_x / R_yЧ г_c =1952,6/315=6,2см³;

5. Требуемый момент инерции сечения на опоре, см⁴:

I _cal^l = W_cal^l Ч (h /2) =6,2* (160/2) =496см⁴;

6. Требуемый момент инерции поясов, см⁴:

I¹_f = I¹_cal - I_w =496−27=469см^4,где I_w — момент инерции стенки, см⁴

7. Требуемая площадь пояса, см²:

А¹_f = (2Ч I¹_f) / (h - t_f) ²=36 780см^2;

8. Требуемая уменьшенная ширина пояса, см:

b¹_f = А¹_f / t_f =18см;

Полученное сечение называют опорным. Уменьшенная ширина пояса согласуется с сортаментом на широкополосную сталь. Значение b¹_f должно соответствовать вышеприведённым конструктивным условиям.

Затем, после назначения b¹_f, определяют действительные геометрические характеристики уменьшенного опорного сечения:

I¹ = (t_W Чh³_ef) /12+2 b¹_f Ч t_f Ч ((h - t_f) /2) ² =0.2 см⁴; (2.14)

W¹ = 2ЧI^1/h =6.2 см³;

S = S_w + S_f = (t_WЧ 2³_ef) /8 + b¹_f Ч t_f Ч (h - t_f) /2=2578.9;

а) В учебных целях проверяют сечение на опоре на прочность по касательным напряжениям:

ф = (Q_max Ч S) (I¹ Ч t_W) ? R_S Ч г_c;

б) Проверку общей устойчивости составной балки не производят в связи с тем, что на её сжатый пояс через 0,6…1,2 метра (значения а) опираются балки настила, надёжно приваренные к ней.

в) Проверку прогиба также не выполняют, так как принимаемая высота сечения составной балки всегда больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.

2.2.3 Проверка местных и приведённых напряжений

а) В местах опирания балок настила (прокатных) на главную балку определяют местные напряжения:

у_loc =F_e / t_W Ч l_b ? R_y Ч г_c =255,2<315, (2.15)

где F_e = qЧa — расчётное значение (сосредоточенной силы), прикладываемой к составной балке;

а — расстояние между балками;

l_b =b_p+2 t_f - условная длина распределения нагрузки;

b_p - ширина полки балки настила;

t_f - толщина полки составной балки;

б) Расчёт по приведённым напряжениям. Проверка выполняется в месте фактического изменения сечения составной балки на уровне поясных швов.

Проверку приведённых напряжений выполняют с учётом совместного действия нормальных и касательных напряжений по формуле:

у_{ef = ух² - ухЧ уу - уу² +3Ч фху² ? 1,15 Ry Ч гc, (2.16)}

где у_х = М_Х Чh_ef / (W¹Чh) — нормальные напряжения в стенке;

М_Х - изгибающий момент в месте изменения сечения, кНсм;

у_у — напряжения, перпендикулярные оси балки. Для рассматриваемых балок

у_у = у_loc.

ф_ху = Q_x / (/ t_W Чh_ef) — среднее касательное напряжение;

Q_x — поперечная сила в месте изменения сечения, кН.

Если балки настила опираются на главную балку в стороне от места фактического изменения сечения пояса, то местное напряжение принимают равным нулю — у_loc = 0.

2.2.4 Проверка местной устойчивости стенки

Потерей местной устойчивости стенки или пояса называют местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений.

Местная устойчивость сжатого пояса обычно обеспечивается при подборе сечения составной балки.

Стенка балки подвергается воздействию нормальных и касательных напряжений. Для повышения устойчивости стенки её укрепляют специальными рёбрами жёсткости, которые располагают с двух сторон стенки нормально к поверхности выпучивания листа. Увеличение толщины стенки экономически не выгодно, поскольку оно ведёт к перерасходу материала. Рёбра жёсткости разбивают стенку на ряд отсеков (панелей), которые теряют устойчивость независимо один от другого. Согласно СНиП II-23−81^* стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если значения условий гибкости стенки:

л_w = (h_ef / t_w) v (R_y / E) ? 3,2 (2.17)

Расстояние между поперечными ребрами жесткости — а₁ (рис.5), должно отвечать следующему условию:

a₁? 2 h_ef при — л_w ? 3,2

a₁? 2,5h_ef при — л_w ? 3,2.

Рис. 5. Ребра жесткости

Рёбра жёсткости принимаются парными, симметричными по обе стороны стенки. Ширину выступающей части ребра b_h для парных симметричных поперечных ребер жесткости определяют по формуле:

b_h = h_ef / 30 + 40 мм=0,09 мм; (2.18)

Толщину ребра t_s вычисляют по формуле:

t_s = 2 b_h Чv (R_y / E) =7мм. (2.19)

Размеры рёбер жёсткости согласовываются с сортаментом на полосовую сталь

По условиям транспортировки балки пролетом более 9 метров разбиваются на отправочные марки, которые в последующем стыкуются на монтаже. Поэтому при расстановке поперечных рёбер жесткости необходимо следить, чтобы ближайшее от монтажного стыка ребро находилось на расстоянии не менее 500 миллиметров.

Ребра устанавливают на равном расстоянии друг от друга, но из-за выполнения выше названного условия приопорные отсеки часто назначают длиной меньшей, чем 2h_ef.

Наметив расстановку рёбер жёсткости проверяют местную устойчивость стенки по формуле:

v [ (у / у_cr + у_loc / у_loc,cr) ² + (ф / ф_cr) ²] ? г_c, (2.20)

где у и ф - нормальные и касательные напряжения определяют по разъяснениям к формуле (2.16);

Значения критических напряжений у_cr и у_loc,cr определяют:

а) При а_1/h_ef? 0,8 по формуле:

у_cr = (C_crЧR_у) / (^-л²_w) =461, (2.21)

где C_cr — коэффициент, принимаемый в зависимости от значения у, учитывающего степень упругого защемления стенки в поясах (таблица 2.1).

у = вЧ (b_f / h_ef) Ч (t_f / t_w) ³ =1,9,

где в= 0,8 — коэффициент для всех балок, кроме подкрановых;

b_f и t_f - соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки.

у_loc,cr = (C₁ ЧR_у) / (^-л²_w) =329, (2.22)

где С_{1 -} коэффициент, принимаемый по таблице 2.2 в зависимости от отношения а_1/h_ef и значений у;

л²_w = (a₁ /t_w) Ч R_у / E =122;

б) при a_1/h_ef > 0,8 и отношении у_loc / у больше значений, указанных в таблице 2.3.

у_cr = (С₂ · R_y) / - л_w² =461,9, ⁽2.23)

где С₂ принимают по таблице 2.4.;

у_loc,cr — принимают по формуле (2.22);

в) при a_1/h_ef > 0,8 и отношении у_loc /у не более значений, указанных в таблице 2.3;

у_cr — принимать по формуле (2.21);

у_{loc,cr -} по формуле (2.22), но с постановкой (a_1/2) вместо a₁ в формулу для — л_a и в таблице 2.2.

Критическое касательное напряжение определяют по формуле:

ф_cr = 10,3Ч (1 + (0,76/м²)) Ч (R_s / - л_w²) =6, (2.24)

где м — отношение большей стороны (а или h_ef) к меньшей d, (практически отношение a_1/h_ef)

Таблица 2.1.

Значения С_cr, при у равном

Таблица 2.2.

Значения С₁ для сварных балок при a_1/h_ef, равном

Таблица 2.3.

Предельные значения у_loc / у_, при a_1/h_ef, равном

Таблица 2.4.

Значения С₂, при a_1/h_ef, равном

2.2.5 Расчёт поясных швов

При изгибе составных балок между поясом и стенкой возникают сдвигающие силы, стремящиеся сместить один элемент относительно другого. Чтобы все составляющие балку элементы работали монолитно, сдвигающие силы должны восприниматься связями, соединяющими пояса со стенкой. В качестве связей применяют поясные швы.

Сдвигающее усилие Т, приходящееся на 1 см длины балки, составит:

Т = (Q_max Ч S_f) / I¹ =6696, (2.25)

где Q_max — расчётная поперечная сила, равная опорной реакции балки;

S_f — статический момент пояса;

I¹ — момент инерции сечения на опоре;

S_f и I¹ принимают по формулам (2.14).

Сдвигающая сила Т воспринимается двумя швами с катетом k_f, соблюдая при этом два условия:

при расчёте по металлу шва Т ? 2Чв_f Чk_f ЧR_wf Чг_wf Чг_c;

при расчёте по металлу границы сплавления Т ? 2Чв_z Чk_f ЧR_wz Чг_wz Чг_c,

где в_f и в_z — коэффициенты глубины проплавления угловых швов, принимаемые по таблице 2.5 в зависимости от вида сварки и положения шва для сталей с пределом текучести до 580 МПа;

k_f — катет шва;

R_wf и R_wz — расчётные сопротивления углового шва срезу по металлу и по металлу границы сплавления принимают из таблицы 1.4;

г_wf и г_wz — коэффициенты условий работы шва, равные 1 для сварных конструкций, работающих при температуре не ниже (- 40⁰С);

Таблица 2.5 Коэффициенты глубины проплавления угловых швов

Определяют необходимый катет сварного поясного шва:

k_f ? (QЧS_f) / (2Чв_f ЧI Ч R_wf Чг_wf Чг_c); (2.26)

k_f ? (QЧS_f) / (2Чв_z ЧI ЧR_wz Чг_wz Чг_c);

При расчёте для катета шва принимается большее из полученных двух значений k_f. Полученный катет углового поясного шва сохраняется по всей длине балки. Минимальные значения катетов поясных швов зависят от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов (таблица 2.6).

Таблица 2.6 Минимальные размеры катетов угловых швов в стальных конструкциях

2.2.6 Расчёт опорного конца балки

Балка опирается на колонну фрезерованным торцом сплошного опорного ребра, приваренного к балке. Установленные по торцам балок опорные рёбра выпускают ниже кромки нижнего пояса на расстояние a_r = 15…20 мм и не более чем на 1,5 толщины ребра (рис.6). Вся опорная реакция передаётся с балки на опорный столик колонны через это ребро. Опорные рёбра приваривают к стенке двумя сварными угловыми швами (рис.6).

Рис. 6. Крепление опорного ребра

Торец опорного ребра строгают для плотного касания этого ребра с опорной поверхностью колонны. Площадь сечения опорного ребра определяют из условия его работы на смятие по формуле:

A_r = F / R_pЧ г_c =870/460*1=1,89, (2.27)

где F — расчётная опорная реакция, F = Q_max;

R_p — расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

Толщину опорного ребра определяют по формуле:

t_sr = A_r b¹_f =1,89/0,18=10,5, (2.28)

где b_r = b¹_f — ширина опорного ребра. Значение t_sr должно соответствовать сортаменту на полосовую или широкополосную сталь.

Сварные швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке балки (два угловых шва), проверяют на действие опорной реакции. Расчёт сводится к определению требуемого катета углового шва:

k_f = (1/ в_f) Ч F / 2Ч 85Ч R_wf =0,2, (2.29)

где в_f = 0,7 так как при ручной сварке расчёт по металлу шва является решающим.

Болты, прикрепляющие составную балку к колонне, устанавливают конструктивно.

3. Расчёт центрально-сжатой колонны

Центрально сжатые колонны применяют для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках и т. п. Производят расчёт наиболее загруженной колонны в средней части рабочей площадки.

Расчётная схема колонны — шарнирно-опёртый по концам стержень (рис.7).

Рис. 7. Шарнирное опирание колонны

Геометрическая длина колонны l (см. исходные данные) принимается от подошвы базы колонны, заглубленной на 0,3…0,4 метра, до точки опирания опорного конца главной балки на столик колонны (рис. 1 и 6). При шарнирном опирании колонны в двух направлениях поправочный коэффициент приведения длины м_x = м_у = 1.

Определяют расчётную длину сжатого элемента:

l_ef = мЧl=1,4,где l — геометрическая длина элемента;

Расчётное значение нормальной сжимающей силы, кН:

N = q ЧL + N_кол =108,75+16+0,3=125,05 (3.1)

где — q — нагрузка от балочной клетки, кН/м, формула 2.7.

L — шаг колонн вдоль балочной клетки, м;

N_{кол -} собственный вес колонны, ориентировочно принимаемый равным

N_кол = l, (кН).

Подбор сечения колонны начинают с предварительного назначения гибкости колонны в пределах л_у = 90…100. По назначенной гибкости находят значение коэффициента продольного изгиба ц (приложение Г) в зависимости от расчётного сопротивления R_у.

Требуемую площадь поперечного сечения стержня колонны определяют:

А_cal = N/ (R_у Ч цЧ г_c) =125,05/ (315*485*1) =131,4, (3.2)

где значение расчётного сопротивления R_у принимают для фасонной стали толщиной до 20 мм.

По принятой гибкости находят требуемый радиус инерции сечения:

i_y, _cal = l_ef / л_у =30,4/4,03=7,54. (3.3)

Прокатные колонны подбирают по сортаменту, используя полученные значения требуемых площади и радиуса инерции сечения. Из приложения В выписываются фактические геометрические характеристики сечения двутаврового профиля колонного типа (К).

Для проверки устойчивости колонны определяют её фактическую гибкость:

л_у = l_ef / i_у =30,4/7,54=4,03. (3.4)

Далее по фактической гибкости определяют коэффициент ц_у и проверяют устойчивость:

у = N/ (ц_уЧА) ? R_у Ч г_c, (3.5)