Балочная клетка
1. Выбор схемы балочной клетки
.1 Нормальная компоновка балочной клетки
Первый вариант нормальной компоновки балочной клетки.
Рис. 1. Нормальная компоновка балочной площадки
) Исходя из габаритов ячейки балочной клетки (20х7),
материала настила (сталь С235), и из ограничения для шага балок настила а
(а=0,6…1,6 м), назначаем количество и шаг балок настила:
где А - шаг балок в продольном направлении, м;
n - количество балок в одной ячейке.
Принимаем: n = 25, 
.
) Определяем толщину настила:
Для qвр=2800 кг/м2 и а=0,8 м имеем tн= 7 мм.
3) Расчет балки настила
Сталь - С345;
qвр=2,8 т/м2;
l=B=7 м=7000 мм;
- расчетное сопротивление по пределу текучести по приложению 5
[1], для стали С345;
- коэффициенты надежности по нагрузке:
- табл. 1 [4];
- п. 3.7 [4];
- коэффициент условия работы:
- табл. 6 [2];
Полная нормативная нагрузка на балку настила, 
равна:
где p - нагрузка, создаваемая весом листов
настила, кН/м;
q - поверхностная нагрузка, кН/м;
Полная расчетная нагрузка на балку настила, 
равна:
где - коэффициенты надежности;
Поверхностная нагрузка равна:
где В-шаг колонн в поперечном направлении, м;
а - шаг балок настила, м;
qвр=1,6 т/м2 - временная равномерно
распределенная нагрузка;
Нагрузка, создаваемая весом листов настила:
где 
- плотность стального настила, 
- толщина настила, м (= 7 мм = 0,007 м)
Рис. 2. Расчетная схема балки настила
Полная нормативная нагрузка на балку настила:
= 1792 + 43,96 = 1835,96 кг/м = 18,6кН/м.
Полная расчетная нагрузка на балку настила:
Для балки настила строим эпюры изгибающего момента М и
перерезывающей силы Q.
Подбираем профиль балки настила двутаврового сечения из условия
прочности:
где 
- расчетное сопротивление по пределу
текучести, по прил. 6 для стали С345;
- коэффициент условия работы,
- табл. 6 [2];
Откуда: 
По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89 подбираем двутавр №27:
h=27 см, b=12,5 см, t=0,98 см, d=0,6 см
- масса 1 погонного метра профиля
Проверка:
а) На жесткость: 
- согласно СНиП II-23-81*,
таблица 40*.
где 
- модуль упругости.
- условие не выполнено.
Увеличиваем сечение балки. По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89
подбираем двутавр №33.
h=33 см, b=14 см, d=0,7 см, t=1,12 см
- масса 1 погонного метра профиля
Проверка:
- условие выполнено.
б) На прочность:
Так как мы приняли Wx >Wn, треб то прочность проверять нет
необходимости. По этому здесь и далее это действие выполнять не будем.
Так как условие выполняется, то для варианта I принимаем двутавр №33.
Второй вариант нормальной балочной клетки.
Рис. 3. Нормальная компоновка балочной площадки
) Исходя из габаритов ячейки балочной клетки (20х7),
материала настила (сталь С235), и из ограничения для шага балок настила а
(а=0,6…1,6 м), назначаем количество и шаг балок настила:
где А - шаг балок в продольном направлении, м;
n - количество балок в одной ячейке.
Принимаем: n = 20 
.
) Определяем толщину настила:
Для qвр=2800 кг/м2 и а=1,0 м имеем tн= 8 мм.
4) Расчет балки настила
Сталь - С345;
qвр=2800 т/м2;
l=B=7 м=7000 мм;
- расчетное сопротивление по пределу текучести по приложению 5
[1], для стали С345;
- коэффициенты надежности по нагрузке:
- табл. 1 [4];
- п. 3.7 [4];
- коэффициент условия работы:
- табл. 6 [2];
Полная нормативная нагрузка на балку настила, равна:
где p - нагрузка, создаваемая весом листов
настила, кН/м;
q - поверхностная нагрузка, кН/м;
Полная расчетная нагрузка на балку настила, равна:
где - коэффициенты надежности;
Поверхностная нагрузка равна:
где В-шаг колонн в поперечном направлении, м;
а - шаг балок настила, м;
qвр=2,8 т/м2
- временная равномерно распределенная нагрузка;
Нагрузка, создаваемая весом листов настила:
где - плотность стального настила,
- толщина настила, м (= 8 мм = 0,008 м)
Полная нормативная нагрузка на балку настила:
= 2800+62,8= 2862,8 кг/м = 28,6 кН/м.
Полная расчетная нагрузка на балку настила:
Для балки настила строим эпюры изгибающего момента М и
перерезывающей силы Q.
Рис. 4. Расчетная схема балки настила
Подбираем профиль балки настила двутаврового сечения из
условия прочности:
где - расчетное сопротивление по пределу
текучести, по прил. 6 для стали С345;
- коэффициент условия работы, - табл. 6 [2];
Откуда:
По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89 подбираем двутавр №33:
h=33 см, b=14 см, d=0,7 см, t=1,12 см
- масса 1 погонного метра профиля
Проверка:
а) На жесткость:
- согласно СНиП II-23-81*,
таблица 40*.
где - модуль упругости.
- условие не выполнено.
Увеличиваем сечение балки. По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89
подбираем двутавр №40.
h=40 см, b=15,5 см, d=0,83 см, t=1,3 см
- масса 1 погонного метра профиля
Проверка:
- условие выполнено.
Так как условие выполняется, то для варианта I принимаем двутавр №40.
Третий вариант - усложненная компоновка балочной клетки.
Рис. 5. Усложненная компоновка балочной площадки
1) Исходя из габаритов балочной клетки (20х7), материала
настила (сталь С235) и из ограничения для шага вспомогательных балок (а1=
2…5 м), назначаем количество и шаг вспомогательных балок:
где А - шаг колонн в продольном направлении, м;
- количество вспомогательных балок в одной ячейке.
Принимаем: 
) Аналогично подбираем, исходя из габаритов балочной клетки (7х5),
материала настила (сталь С235) и из ограничения для шага балок настила (а2=0,6…1,6
м), назначаем количество и шаг балок настила:
где В-шаг колонн в поперечном направлении, м;
n2 -
количество балок настила в одной ячейке.
Принимаем: 
3) Определяем толщину настила:
Для qвр=2800 кг/м2 и а=1,0 м имеем tн= 8 мм.
) Расчет балки настила:
Сталь С345;
qвр= 2,8 т/м2;
а1=5 м, а2=1,0 м;
- расчетное сопротивление по пределу текучести по приложению 5
[1], для стали С345;
- коэффициенты надежности по нагрузке:
- табл. 1 [4];
- п. 3.7 [4];
- коэффициент условия работы:
- табл. 6 [2];
Полная нормативная нагрузка на балку настила, равна:
где p - нагрузка, создаваемая весом листов
настила, кН/м;
q - поверхностная нагрузка, кН/м;
Полная расчетная нагрузка на балку настила, равна:
где - коэффициенты надежности;
Поверхностная нагрузка равна:
где а1 - шаг вспомогательных балок, м;
а2 - шаг балок настила, м;
qвр=2,8 т/м2
- временная равномерно распределенная нагрузка;
Нагрузка, создаваемая весом листов настила:
где 
- плотность стального настила,
- толщина настила, м (= 8 мм = 0,008 м)
Полная нормативная нагрузка на балку настила:
= 2800+62,8= 2862,8 кг/м = 28,6 кН/м.
Полная расчетная нагрузка на балку настила:
Рис. 6. Расчетная схема балки настила
Для балки настила строим эпюры изгибающего момента М и
перерезывающей силы Q.
Подбираем профиль балки настила двутаврового сечения из
условия прочности:
где - расчетное сопротивление по пределу
текучести, по прил. 6 для стали С345;
- коэффициент условия работы, - табл. 6 [2];
Откуда:
По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89 подбираем двутавр №24:
h=24 см, b=11,5 см, d=0,56 см, t=0,95 см
- масса 1 погонного метра профиля
Проверка:
а) На жесткость:
- согласно СНиП II-23-81*,
таблица 40*.
где - модуль упругости.
- условие не выполнено.
Увеличиваем сечение балки. По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89
подбираем двутавр №30.
h=30 см, b=13,5 см, d=0,65 см, t =1,02 см
- масса 1 погонного метра профиля
Так как условия выполняются, то для балок настила принимаем
двутавр №30.
) Расчет вспомогательной балки.
Сталь С345;
qвр= 2,8 т/м2;
а1=5 м, а2=1,0 м;
- расчетное сопротивление по пределу текучести по приложению 5
[1], для стали С345;
- коэффициенты надежности по нагрузке:
- табл. 1 [4];
- п. 3.7 [4];
- табл. 2 [4];
- коэффициент условия работы:
- табл. 6 [2];
Поскольку на вспомогательную балку опирается 7 балок настила,
то вся нагрузка от вышележащих элементов передается как равномерно
распределённая.
Полная нормативная нагрузка на вспомогательную балку, равна:
где p - нагрузка, создаваемая весом листов настила, кН/м;
q - поверхностная нагрузка, кН/м;
- нагрузка от балок настила.
Полная расчетная нагрузка на вспомогательную балку, равна:
где - коэффициенты надежности по нагрузке.
Поверхностная нагрузка равна:
где а1 - шаг вспомогательных балок;
В-шаг колонн в поперечном направлении, м.
qвр= 2,8 т/м2 - временная равномерно
распределенная нагрузка.
Нагрузка, создаваемая весом листов настила равна:
где - плотность стального настила,
- толщина настила, м (= 8 мм = 0,008 м)
Нагрузка от балок настила:
где 
- масса 1 м профиля, кг/м.
кг/м.
Рис. 7. Расчетная схема вспомогательной балки
Полная нормативная нагрузка на вспомогательную балку:
Полная расчетная нагрузка на вспомогательную балку:
Для вспомогательной балки строим эпюры изгибающего момента М и
перерезывающей силы Q.
Подбираем профиль двутаврового
сечения для вспомогательной балки из условия прочности:
где - расчетное сопротивление по пределу
текучести, по прил. 6 для стали С345;
- коэффициент условия работы, - табл. 6 [2];
Откуда:
По сортаменту согласно ГОСТ 8239-89 подбираем двутавр №60:
h=60 см, b=19 см, d=1,2 см, t=1,78 см
- масса 1 погонного метра профиля
Проверка:
а) На жесткость:
- согласно СНиП II-23-81*,
таблица 40*.
где - модуль упругости.
- условие выполнено.
Проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в сечении с
наибольшими нормальными напряжениями - в середине пролета. Необходимо проверить
сначала по формулам:
В сечении l/2 τ=0, следовательно С1 = С и
Определим отношение (lef/bf), при
котором можно не проверять устойчивость:
Принятое сечение удовлетворяет требованиям прочности,
устойчивости и прогиба.
.2 Определение расхода материала по вариантам
По стоимости:
где п - количество балок настила (вспомогательных балок) в
одной ячейке;
l - длина балки настила (вспомогательной балки);
- вес одного метра проката, кг/м;
А - шаг колонн в продольном направлении, м;
В-шаг колонн в поперечном направлении, м;
- толщина настила, м;
k - стоимость стали, k=30000 руб./т;
I вариант: 
II вариант: 
III вариант: 
.3 Выбор основного варианта
Наиболее выгодным вариантом компоновки балочной клетки
является I
вариант:
а=0,8 м - шаг балок настила;
п=25 шт. - количество балок настила в одной ячейке;
tн= 0,7 мм - толщина настила;
- расчетная нагрузка на балку настила;
двутавр №33 - профиль балки настила.
2. Расчет и конструирование главной балки
.1 Построение расчетной схемы балки, сбор
нагрузки и построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил
Рис. 8. Нормальная компоновка балочной площадки
Сталь - С345;
qвр=2.8 т/м2;
l=B=7 м=7000 мм;
А=20 м=20000 мм;
qа=42,2 кг/м - масса 1 погонного метра балки
настила;
- расчетное сопротивление по пределу текучести, по прил. 5 [1],
для стали С345;
- коэффициенты надежности по нагрузке:
- табл. 1 [4];
- п. 3.7 [4];
- табл. 2 [4];
- коэффициент условия работы:
- табл. 6 [2];
Полная нормативная нагрузка на главную балку, равна:
где p - нагрузка, создаваемая весом листов
настила, кН/м;
q - поверхностная нагрузка, кН/м;
- нагрузка от балок настила;
- коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки, =1,02;
Полная расчетная нагрузка на главную балку, 
равна:
где - коэффициенты надежности по нагрузке.
Поверхностная нагрузка равна:
где А - шаг колонн в продольном направлении, м;
В-шаг колонн в поперечном направлении, м;
qвр=2,8 т/м2
=28 кН/ м2 - временная равномерно распределенная нагрузка.
Нагрузка, создаваемая весом листов настила равна:
где - плотность стального настила,
- толщина настила, м (= 7 мм = 0,007 м).
Нагрузка от балок настила:
где n=25 - количество балок настила в одной
ячейке;
qа - масса
одного погонного метра профиля.
Полная нормативная нагрузка на главную балку:
Полная расчетная нагрузка на главную балку:
Рис. 9. Расчетная схема главной балки
Определим требуемый момент сопротивления профиля главной
балки составного сечения из условия прочности:
где
- расчетное сопротивление по пределу
текучести, по прил. 5 [1], для стали С345;
- коэффициент условия работы, - табл. 6 [2];
Откуда: 
Выбор размеров сечений стенки и полок сварной балки.
) Определяем оптимальную высоту главной балки:
где 
- требуемый момент сопротивления главной
балки;
Задаемся приблизительной толщиной стенки: 
=14 см.
) Определяем минимальную высоту балки:
где - расчетное сопротивление по пределу
текучести;
- допустимый относительный прогиб, 
;
l - длина главной балки, l=A=20 м;
- полная нормативная нагрузка;
- полная расчетная нагрузка;
Из условия известно что строительная высота перекрытия не должна
превышать 2,0 м. Учитывая полученные значения оптимальной и минимальной высот,
примем высоту балки близкую к оптимальной, и равной 189 см и толщину поясов
равную 3 см. Тогда высота балки равна 
см.
2.3 Подбор и проверка сечения балки по
максимальному изгибающему моменту
Определяем толщину стенки балки.
а) Из условия работы стенки на касательные напряжения на
опоре по формуле:
где 
- расчетное сопротивление на срез (табл.
1 [2]);
по приложению 5.
- коэффициент условия работы, - табл. 6 [2];
,
б) По эмпирической формуле:
Для обеспечения местной устойчивости стенки без дополнительного
укрепления её продольным ребром, её толщина не должна быть меньше, чем:
где 
- модуль упругости.
Сравнивая полученные толщины с принятой 
, приходим к выводу, что она удовлетворяет
условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления
стенки продольным ребром жесткости для обеспечения местной устойчивости.
) Размеры горизонтальных поясных листов находим из необходимой
несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения
балки:
Момент инерции стенки балки:
Момент инерции полок:
Требуемая площадь сечения поясов балки:
где 
Из следующих условий назначаем 
:
или 
Принимаем: 
, тогда все условия выполняются.
Принимаем: 
.
Размеры полок 
и подобраны по ГОСТ 82-70*.
Геометрические характеристики сечения:
Площадь полки: 
Принятые пояса из универсальной стали
600х30 мм, находится в пределах рекомендуемого отношения bf / h = 600 / 1890
= 1 / 3,0
Проверяем принятую ширину поясов
исходя из его местной устойчивости:
Принятое соотношение размеров пояса удовлетворяет условию его
местной устойчивости.
Момент инерции полки: 
Момент инерции стенки: 
Момент инерции сечения: 
Момент сопротивления сечения: 
Проверка сечения на прочность.
где - расчетное сопротивление по пределу
текучести, по табл. 51 [2] для стали С345
- коэффициент условия работы, по табл. 6 [2], 
Подобранное сечение балки удовлетворяет проверки по прочности.
Выполним проверку прогиба:
Проверки прочности и прогиба выполняються.
2.4 Изменение сечения балки по длине проверка на прочность
изменного сечения
Выбор размеров измененного сечения полки сварной балки.
Сечение составной балки подобрано по максимальному изгибающему
моменту, который действует лишь в середине балки, поэтому сечение можно
уменьшить в местах снижения моментов.
При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место
изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии
примерно 1/6 пролета балки от опоры 
Рис. 10. Расчетная схема главной балки
Действующий в этом месте изгибающий момент найдем по формуле:
где 
- полная расчетная нагрузка на главную
балку.
Действующую в этом месте перерезывающую силу найдем по формуле:
Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции
измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва:
Определяем требуемый момент инерции поясов
Определяемый требуемый момент инерции поясов (
)
Принимаем пояс 300х30 мм, Аfz=90 см2. Принятый пояс удовлетворяет условиям bf1>12 см и bf1>h/10 = 18,9 см.
Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного
сечения:
Проверка балки на прочность.
В месте изменения сечения делаем проверку совместного
действия нормальных и касательных напряжений:
,
где 
- приведенное напряжение;
кН/м2 - расчетное нормальное напряжение;
кН/м2 - расчетное касательное напряжение.
см3.
=287271 кН/м2=287,27МПа< 1,15·300·1,0=345 МПа.
Следовательно, прочность балки в месте изменения сечения
обеспечена.
.5 Проверка общей устойчивости балки
Исходные данные:
Размеры поясов балки bf=600 мм, tf = 30 мм;
Нагрузка на главную балку передается через балки настила,
установленные с шагом
a=0,8 м и закрепляющие главную балку в горизонтальном
направлении.
По табл. 8* [СНиП II-23-81*] находим наибольшее значение (lef/bf)u, при котором не
требуется расчета на устойчивость, принимая l = a = 0,8 м
Поскольку условие соблюдается, то устойчивость балки обеспечена и
расчет на общую устойчивость выполнять не требуется.
В месте уменьшенного сечения:
Поскольку условие соблюдается, то устойчивость балки обеспечена и
расчет на общую устойчивость выполнять не требуется.
.6 Расстановка ребер жесткости и проверка местной
устойчивости стенки
Исходные данные:
сечение балки bf =60 см, tf = 3 см, hw=189 см, tw = 1,4 см; шаг балок
настила a=80
см;
Стенка представляет собой длинную тонкую пластину,
испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут
вызвать потерю её устойчивости. Устойчивости стенки обычно добиваются
укреплением её специальными рёбрами жёсткости, расположенными нормально к
поверхности выпучивания листа и увеличивающими жёсткость стенки. Рёбра
жёсткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивости
независимо один от другого.
Проверяем необходимость постановки ребер жесткости. Условная
гибкость стенки при hef=hw= 120 см и tw =1,2 см равна:
Поскольку 
, то постановка ребер жесткости необходима
(п. 7.10 СНиП II-23-81*). Максимальное расстояние между
поперечными ребрами жесткости при 
равно amax = 2hef=2×183 = 366 см.
Принимаем парные ребра жесткости, ширина которых по [СНиП
2.01.07-85*] равна:
Толщина ребра определяется по п. 7.10 [1 СНиП II-23-81*]
Принимаем размеры двухсторонних ребер жесткости bh х ts =101x9 мм.
Схема расстановки ребер жесткости показана в графической части.
Проверка устойчивости стенки.
Устойчивость будет обеспечена, если:
,
где 
- принимаем в зависимости от коэффициента
.
.
Принимаем по табл. 7.4 [2] 
.
Откуда имеем:
кН/м2.
,
где 
- условная цилиндрическая гибкость:
.
Отношение большей стороны к меньшей: 
.
По формуле (2. 31) имеем:
кН/м2.
Расчетные момент и поперечную силу , определяем в среднем
сечении квадрата со стороной, равной высоте стенки , примыкающего к опоре, то
есть в сечении
кНм.
кН.
кН/м2.
кН/м2.
<1 - устойчивость стенки обеспечена.
Рис. 2.6 Схема расстановки ребер жесткости
2.7
Расчет поясных швов составной балки
Расчет ведется на силу сдвига пояса балки относительно
стенки. В сварных балках сдвигающая сила Т, приходящаяся на 1 см длины балки, определяется
через касательные напряжения.
см.
,
где 
м3.
Н/м2 =65,49МПа< 182,7 МПа.
Сопротивление швов срезу должно быть не меньше силы Т, т.е. 
см. Отсюда требуемая толщина шва:
,
где 
- поперечная сила в опорном сечении
балки;
- двусторонние швы;
- меньшее из произведений глубины проплавления на расчетное
сопротивление, принимаемое по условному срезу шва или по срезу металла на
границе оплавления шва;
- зависит от того, как произойдет разрушение шва:
- по шву,
- по границе сплавления.
МПа (табл. 56 СНиП II-23-81*); 
(табл. 34* СНиП II-23-81*);
МПа - min.
МПа (табл. 51* СНиП II-23-81*);
(табл. 34* СНиП II-23-81*);
МПа
Разрушение считаем по шву 
м = 9 мм.
Принимаем по табл. 38* СНиП II-23-81* 
мм.
Принимаем проволоку Св-08А, тип электрода Э-42.
.8
Расчет опорной части балки
Исходные данные:
сечение балки на опоре hw x tw =1830x14 мм, bf x tf = 300x30 мм;
·
опорная
реакция балки F
= Qmax =2483кН;
Расчетные характеристики материала и коэффициенты
Опорные ребра балки выполняем из стали С255 по ГОСТ 27772-88,
для которой Ry = 240 МПа, Run = 370 МПа (табл. 51* СНиП II-23-81*), Rp = 336 МПа, (табл. 52*
СНиП II-23-81*).
Опорную часть балки конструируем с торцевым опорным ребром.
Расчет конструкции опорной части балки.
Главная балка опирается на колонну с помощью опорного ребра.
Размер опорного ребра определяется из расчета на смятие торца ребра:
,
где 
кН;
МПа - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;
м2 = 70 см2 - площадь опорного ребра.
Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса, а толщину
определяем по формуле:
,
где 
- коэффициент, учитывающий примыкание
ребра не по всей плоскости.
м = 3,03 см.
Принимаем толщину опорного ребра 
мм.
Выступающую вниз часть опорного ребра принимаем 
м.
Опорный участок балки проверяется на устойчивость как условный
опорный стержень, включающий в площадь сечения опорное ребро и часть стенки
балки, шириной:
м = 7,4 см
и длиной, равной: 
.
Проверка опорного ребра на устойчивость производится по
формуле:
,
где 
- коэффициент снижения расчетного
сопротивления, зависящий от гибкости стержня и стали.
см4;
см2;
см;
;
, 
;
МПа< 230 МПа.
Устойчивость опорного участка балки обеспечена.
Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки
двусторонними швами с помощью полуавтоматической сварки проволокой Св-08А (ГОСТ
8050-76)
Предварительно находим параметры сварных швов и определяем
минимальное значение
Rwz = 20,5
.
Определяем катет сварных швов, исходя из его прочности и
максимальной допустимой длины.
см
Принимаем 
=10 мм.
Проверяем длину расчетной части шва
см < 
=183 см
Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.
Рис. 2.8. Схема опорной части балки
2.9 Проектирование укрупнительного стыка главной балки
Произведем сварной монтажный стык. Сжатый пояс и стенку соединим
прямым швом, а растянутый пояс - косым швом, под углом 60О, так как
на монтаже физические способы контроля затруднены. Такой стык равнопрочен
основному сечению балки и может не рассчитываться. Стык изображен в графической
части работы.
Рис. 2.8 К расчету монтажного стыка
.10
Примыкание балок настила к главной балке
Строительная высота, получаемая при поэтажном сопряжении
запроектированных элементов получается больше заданной, следовательно,
принимаем сопряжение балки настила с главной балкой в одном уровне на болтах.
Балки настила к главной балки крепим поперечным рёбрам,
привариваемым к стенке главной балки.
Исходя из размеров балок настила и реакции опоры необходимо
подобрать сечение поперечного ребра.
,
м2 = 2,18 см2 - площадь сечения поперечного
ребра.
Так как площадь сечения поперечного ребра очень мала из
конструктивных соображений принимаем минимально возможную толщину листа равную
6 мм, и высоту равную 30 см.
Крепление рёбер жесткости к стенке осуществляем сваркой с катетом
шва 
=4 мм.
Определим длину шва по формуле:
,
где
опорная реакция балки;
- коэффициент исполнения шва (0,7);
- катет шва;
- расчётная длина шва;
- количество швов;
- расчётное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва.
м
Так как нагрузка по длине шва распределяется неравномерно, 
, тогда
см
Прочность шва обеспеченна. По конструктивным соображениям
принимаем шов по всей длине ребра.
3. Подбор сечения колонны
Исходные данные:
·
отметка
верха настила H
= 10 м;
·
материал
- сталь С245;
·
толщина
настила tsh = 7 мм;
·
высота
главной балки hmb = 189 см;
·
реакция
главной балки Vmb = Qmb,max =2479,7;
·
главная
балка опирается на колонну сверху.
3.1 Определение расчетной длины колонны
Геометрическую длину колонны находим с учетом глубины заделки
hb = 0,7 м.
lc =H - tsh - hfb+0,6
=10 -0,007 - 1,89 + 0,6 =8,703 м.
3.2 Определение продольной силы
Рассчитывается средняя колонна, на которую опираются две
главные балки (см рис 3.1). Расчетная продольная сила определяется по формуле
N = 2Vmb +Qбалки = 2×2479,7+87,6= 5047 кН
.3 Подбор сечения стержня колонны
Колонну сквозного сечения проектируем из двух прокатных
профилей, соединенных планками.
Определяем требуемую площадь сечения колонны, принимая в
первом приближении гибкость λ= 60.
Условная гибкость 
которой соответствует (по табл. 72 СНиП [СНиП II-23-81*]) коэффициент продольного изгиба φх = 0,820
По сортаменту двутавр (ГОСТ 8239-89) принимаем 2[№30К3, у каждого A1 =
138,72 см2;f1 = 30 см; Jx1 = 23910 см4; ix1
= 13,12 см; Jy1 = 7881 см4.
Проверяем устойчивость колонны относительно материальной оси
х:
Принимаем φ =
0,779; λс=1; отсюда 
Запас: 
Расчет относительно свободной оси у - у
Определяем расстояние между ветвями колонны из условий равноустойчивости
колонны в двух плоскостях 
.
Расстояние между ветвями должно быть не меньше величины:
где 
- ширина полки ветви колонны, см;
см - расстояние между ветвями, необходимое для окраски внутренней
поверхности стержня.
По формуле (3.3) имеем:
Расстояние между центрами тяжести сечения ветвей колонны 
мм.
Момент инерции сечения относительно оси y:
Радиус инерции сечения:
см.
Гибкость сквозного стержня:
.
Задаемся высотой планки d=50,
толщиной td=1 см, а также гибкостью ветки λ1=30.
Момент инерции сечения планки относительно собственной оси х:
Радиус инерции ветви относительно собственной оси (по сортаменту)
; 
.
Расстояние между осями планок 
;
.
и следовательно приведенная гибкость 
Условная приведенная гибкость 
.
Проверка: 
.
.4
Расчет планок
Определяем
условную поперечную силу по ф (23) п. 5.8. [СНиП II-23-81*].
Усилия в планках определяем по ф (24) и (25) [СНиП II-23-81*]:
Qs = Qfic/2 =32,33 / 2 = 31,166 кН
Принимаем высоту угловых швов для крепления планок к ветвям
колонны kf = 1 см, для ручной сварки - электрод Э42. Расчетная длина
шва lw= hs - 1=49
см. Расчетное сопротивление наплавленного металла Rwf = 18 кН/см2 по табл. 56 [СНиП II-23-81*]. По таблице 34* [СНиП II-23-81*] принимаем βf = 0,7, коэффициент условий работы шва γwf = 1.
Момент сопротивления и площадь сечения шва:
Прочность шва проверяем по формуле:
Прочность
сварных швов, необходимых для крепления планок к ветвям, обеспечена. Заведомо
обеспечена и прочность планок.
3.5 Расчет оголовка
Оголовок колонны состоит из опорной плиты и ребер,
поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Опорная плита
передает давление от двух главных балок на ребра оголовка и фиксирует проектное
положение балок при помощи монтажных болтов.
Толщину плиты оголовка принимаем 
мм. Толщину ребра определяем из условия смятия:
,
где 
МПа - расчетное сопротивление торцевой
поверхности на смятие (табл. 52* СНиП II-23-81*).
По формуле (3.9) имеем:
см2.
Усилие передается на колонну на длине:
,
где 
мм - ширина опорного ребра главной балки.
По формуле (3.10) имеем:
см.
Толщину ребра определим по формуле:
Принимаем толщину ребра 
см.
Высота ребра колонны определяется требуемой длиной швов, которые
передает нагрузку на стержень колонны. Сварка - полуавтоматическая в среде
углекислого газа проволокой СВ-08Г2С. Принимаем катет шва по табл. 38* СНиП II-23-81* 
мм.
МПа (табл. 56 СНиП II-23-81*) ; 
(табл. 34* СНиП II-23-81*);
МПа - min;
МПа (табл. 51* СНиП II-23-81*);
(табл. 34* СНиП II-23-81*);
МПа.
Разрушение считаем по шву.
Определяем длину шва по формуле:
см
Полную длину шва принимаем с учетом дефектов на концевых участках
равной 
см. Высота ребра равна полной длине шва: 
см.
Толщина стенки колонны в месте приварки ребер меньше толщины этих
ребер. Стенку необходимо проверить на срез по формуле:
,
где 
- толщина стенки двутавра, см;
кН/см2 - расчетное сопротивление на сдвиг по табл. 1*
СНиП II-23-81*.
По формуле (3.11) имеем:
кН/см2 < 
кН/см2.
Рис. 3.1 К расчету оголовка колонны
3.6 Расчет базы
центрально сжатой колонны
Исходные данные:
продольная сила N = 5047кН;
сечение колонны: bс =710 мм, hс = 304 мм, ветви из
двутавров №30К3
материал элементов базы - сталь С345 по ГОСТ 27772-88;
материал фундамента бетон B30
Определение требуемой площади опорной плиты
Rb,loc = 1,7 кН/см2
по табл. 8.4 учебника Кудишина.
Требуемая площадь опорной плиты
Определение размеров опорной плиты в плане
Принимая толщину траверсы ttr = 15 мм, величину свеса с= 100 мм,
находим ширину плиты
Bp = hc +2ttr +2 c = 30,4 + 2×1,5 + 2× 10 = 53,4 см
Требуемая длина плиты равна
Принимаем размеры опорной плиты из условия постановки анкерных
болтов LpхBp=80x53,4 см.
Определение толщины опорной плиты
Среднее напряжение в бетоне под плитой базы равно
Рассматриваем участки плиты, отличающиеся условиями опирания
Участок 1. Плита
закрепленная одной стороной. Вылет консоли с = 10 см. Изгибающий момент равен
Участок 2.
Плита опирается на три стороны. Размеры участка b =30,4 см (незакрепленная сторона), b =(Lp - bc)/2+(300 - 1.15)/2 = (80-71)/2+(30 -
1.15)/2 = 15.94 см. Отношение b/а =15.94/30.4
= 0,524 α=0.0635
Участок 3. Плита опирается на четыре стороны. Размер a =30.4 см, b = 39.85 см. по табл.
прил. a
= 0,069.
По наибольшему моменту определяем толщину плиты
Принимаем плиту толщиной tp = 40 мм из стали С345 (Ry = 300 МПа).
Определение размеров траверсы
Высоту траверсы находим из условия сопротивления срезу сварных
швов прикрепления траверсы к ветвям колонны.
Принимаем полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа
сварочной проволокой диаметром 2 мм марки Св-08Г2С в нижнем положении, для
которой Rwf=215 МПа, Rwun= 490 МПа (табл. 56 [СНиП II-23-81*]) gwf=gwz=1,0, bf=0,9, bz=1,05 (п. 11.2 и табл.
34*[СНиП II-23-81*]). Для стали С345 Ry = 300 МПа Run = 460 Мпа (табл.
51*[СНиП II-23-81*]), Rwz= 205МПа (табл. 3 [СНиП II-23-81*]).
Требуемую длину каждого из четырех сварных швов находим из
условия полной передачи усилия ветвей на опорную плиту через сварные швы.
По таблице 34 [7] kf = 14 мм; βf=0.8; βz=1
Расчетная длина шва
Требуемая высота траверсы
htr,r =lw,r +1,0 = 44.15+1,0 = 45.15
см
Принимаем высоту траверсы htr = 460 мм и толщину ttr = 15 мм
Крепление траверсы к плите осуществляем угловыми швами.
,
где 
см.
По формуле (3.13) имеем:
см.
Принимаем катет шва по табл. 38* СНиП II-23-81* мм.
Определение площади верхнего обреза фундамента
Площадь верхнего обреза фундамента определяем из формулы
.
При принятой величине jb =
1,5
A = jb3Ap =1,53 × 80×53,4=14418см2
Принимаем размеры верхнего обреза фундамента больше размеров
опорной плиты, то есть 130 х 115 см.
Список
использованной литературы
1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Минстрой России.
- М.: ГП ЦПП, 1996. - 96 с.
. СНиП 2.01.07. - 85*. Нагрузки и воздействия /
Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996. - 44 с.
. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб.для
вузов / Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С.
Веденикова. - 7-е изд., перераб и доп. - М.: Стройиздат, 1998. - 760 с.
. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1.
Элементы стальных конструкций: Учеб. Пособие для строит. Вузов / В.В. Горев,
Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. - М.: Высш. шк., 1997.
- 527 с.
. Металлические конструкции. Вопросы и ответы.
Учебное пособие для вузов / В.В. Бирюлев, А.А. Кользеев, И.И. Крылов, Л.И
Стороженко. - М.: изд-во АСВ, 1994. - 336 с.
. Металлические конструкции / Под ред. Кудишина
Ю.Н. - М.: Стройиздат, 2007. -632 с.
. Металлические конструкции / Под ред. Беленя
Е.И. - М.: Стройиздат, 1986 - 560 с.
. Образцы выполнения курсовой работы.