Проектирование конструкций перекрытия каркасного здания

 

10. Проверка общей устойчивости балки

Так  как балка опирается  непосредственно на настил,  препятствующий горизонтальному выпучиванию сжатого  пояса, общую устойчивость балки можно считать обеспеченной.

Балка под действием нагрузки в плоскости наибольшей  жесткости  может потерять  свою  первоначальную форму равновесия, что  выражается в боковом выпучивании сжатого  пояса и закручивания балки.

Выпучивание происходит на участках  между точками закрепления  сжатого  пояса. Соответствующее  расстояние характеризует свободную  длину балки l_efОбщая устойчивость  тем выше, чем меньше отношение свободной длины к ширине сжатого пояса и чем больше  отношение моментов инерции

По формуле =[ 0,35+0,0032* +(0,76-0,02 ) ]

Общая устойчивость обеспечена.

 

11.  Проверка устойчивости сжатого пояса балки

Местная устойчивость сжатого  поясного листа считается обеспеченной, если отношение расчетной ширины его свеса к толщине не превышает следующих значений:

;

При развитии пластических деформаций:

в упругой стадии работы материала где 

;

Рисунок -  Сечение поясного листа балки

 

12. Проверка местной устойчивости стенки балки

Местная устойчивость стенок балки обеспечена, если условная гибкость стенки:

Так как λ_w≥3,2 стенки балок укрепляются поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать

_{a=2hw=2*173=260 см}

_{Принимаем а=250 см}

_{Ширина  выступающего ребра:}

Принимаю b_n=85мм

Толщина ребра:

;       

Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными основными ребрами жесткости, следует производить:

- при наличии местного напряжения местную устойчивость проверяют по формуле

      

где _=17,7кН/м²- краевое сжимающее напряжение у расчетной границы отсека

_{=6,1 кН/м²} - касательное напряжение ,вычисленное по среднему значению поперечной силы

Критические нормальные напряжения при а/h_w>0,8 определяют по формуле:

где - принимается по таблице 12

.

Нормальные местные критические  напряжения:

_{с1– коэффициент принимаемый по таблице 11, в зависимости от отношения а/hwи значения δ}

_β=0,8

_с1=55,7

Критические касательные  напряжения равны:

_{μ –  отношение большей  стороны пластинки  к меньшей}

Стенку балки симметричного  сечения, укрепленную кроме поперечных ребер жесткости продольным ребром жесткости, которое ставится при λ≥6 на расстоянии (0,2…0,3)h_wотжатой границы отсека, проверяем в порядке, указанном с СНиП 23-81*.

 

13.Расчет соединений поясов со стенкой балки

При поперечном изгибе пояса  составной балки стремятся сдвинуться относительно стенки.

Рисунок  -К расчету сварных швов

Сила сдвига возникает  за счет разности нормальных напряжений в смежных сечениях пояса. Ее воспринимает непрерывные угловые сварные  швы.

    Требуемая толщина  швов:

где - максимальная поперечная сила=1158,85 кН

- статический момент площади  сечения пояса относительно нейтральной оси=8719см³

- коэффициент глубины провара  шва, зависит от вида сварки,

=1 при автоматической сварке,

- расчетное сопротивление металла  шва сварных соединений с   угловыми швами принимаем по таблице 56 СНиП II-23-81* в зависимости от вида сварочной проволоки или электродов. Вид сварочной проволоки принимается в зависимости от марки стали и вида сварки по табл.55* СНиП II-23-81*.

=18 кН/см²

J_x = 1008125 cм⁴

γ_w=1

γ_с=0,9

Во избежание больших  усадочных напряжений поясные швы  следует устраивать сплошными, одинаковой толщины, используя автоматическую сварку. Поясные швы, выполненные  с полным проваром на всю толщину  стенки, считаются равнополочными со стенкой.

По табл. 38* СНиП II-23-81* т.к. соединение тавровое с двусторонними угловыми швами, сварка автоматическая, предел текучести стали 430 МПа, толщина более толстого свариваемого элемента t_f=25мм, принимаю k_f=0,7см

 

14.Расчет опорной части балки.

При шарнирном опирании сварных  балок на ниже лежащие конструкции передача опорной реакции осуществляется через парные опорные ребра, плотно пригнанные или приваренные к нижнему поясу балки, или соединенные при помощи торцевого ребра жесткости.

Рисунок -К расчету опорных ребер.

 

Размеры опорного ребра устанавливают  из расчета на смятие его торцов:

;

где R_p- расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, принимаемое по таблице 52* СНиП II-23-81* в зависимости от временного сопротивления проката

Временное сопротивление, принимаемое  по табл.51* СНиП II-23-81* в зависимости от марки стали, толщины проката. Принимаем R_u=33,6кН/см²

R_p=33,6 кН/см²

Задаюсь шириной опорного ребра b_d=b_f¹=28см

Толщина определяется, исходя из требуемой площади смятия:

;

Вследствие недостаточных  размеров ребра опорный участок  стенки может потерять устойчивость из своей плоскости, поэтому его  рассчитывают на продольный изгиб как  стойку с расчетной длиной, равной высоте стенки:

где - коэффициент продольного изгиба, определяется в зависимости от гибкости стенки:

 радиус инерции сечения  относительно оси, 

I_z-  момент инерции сечения относительно оси Z без учета момента инерции стенки

A_s–площадь условного таврового сечения или крестного сечения, принятого в расчете, включающая опорные ребра и полосу стенки шириной с каждой стороны ребра.

см²

19,5≤23,4

 

 

 

 

 

2 Расчет колонны

2.1 Центрально-сжатые колонны.

   Центрально-сжатые  колонны применяют в рабочих  площадках, для поддержания междуэтажных  перекрытий зданий, в эстакадах,  путепроводах.

      Колонна  состоит из трех основных частей: оголовка 1, воспринимающего нагрузку от  вышележащих конструкций, стержня 2, передающего нагрузку от  оголовка базе 3, которая в свою очередь передает нагрузку от стержня на фундамент.

Рисунок - Центрально-сжатая колонна

      По типу  сечений различают колонны сплошные  и сквозные. Сплошные состоят  из прокатных элементов и листов, соединенных сваркой;  сквозные  из отдельных ветвей, соединенных  для совместной работы планками или решетками из уголков.

      При проектировании  центрально-сжатых колонн  необходимо  обеспечить устойчивость колонны  относительно главных осей ее  сечения.

Определяем расчетную  схему и расчетную длину колонны  по формуле:

; где

l- полная длина колонны от основания опорной плиты башмака до верха оголовка.

; где

Н-отметка верха настила (по заданию)=10,0м.

h_пер- высота перекрытии, которая включает высоту главных балок, балок настила, настила

h_пер=h+t_н=130+1,2=131,2 см.

h₁-заглубление колонны ниже отметки 0.000 принимаемое равным 1м.

 µ- коэффициент, учитывающий  способ закрепления концов колонны;

µ=1, при шарнирном закреплении  верхнего и нижнего концов колонны;

 

2.2

Расчет сплошных колонн

 

Расчет стержня колонны  осуществляется в следующей последовательности:

1. Определяем расчетную нагрузку, действующую на колонну:

; где

V- опорная реакция главной балки=1158,85 Кн.

L- 1,02- коэффициент, учитывающий собственный вес колонны.

N=1,02*2*1158,85=2364 Кн.

l=8-1,312+1=7,688м.

l_ef=1*7,688=7,688м.

2. Задаюсь гибкостью колонны λ=80, по табл.1 приложения нахожу  значение коэффициента продольного изгиба φ=0,664 для стали с расчетным сопротивлением R_у=260 Мпа.

3. Определяем требуемую площадь сечения колонны

где R_у- расчетное сопротивление стали, принимаемое по табл.51* СНиП II-23-81*=26Кн/м².

ϒ_с-коэффициент условий работы колонны 0,95;

4. Находим требуемые радиусы инерции:

;

По табл.2 приложения определяем значения коэффициентов в зависимости от вида сечения

 α₁=0,42

 α₂=0,24

5. Определяем требуемую высоту и ширину сечения колонны

Требуемая высота сечения:

Требуемая ширина сечения:

6. Руководствоваться конструктивными  соображениями и учитывая  возможность автоматической проварки поясов к стенке для сечения в виде сварного двутавра, принимаю h=bс учетом ГОСТ 82-70* h=400 мм, b=400мм.

400≥

400≥510÷384

    Для увеличения  радиуса инерции следует стремиться, чтобы площадь сечения поясов составляла 80% общей площади колонны.

Тогда толщина стенки должна составлять:

;

Где h_w=h=40 см

Принимаю t_w=0,8см.

Площадь, приходящаяся на долю поясов:

Требуемая толщина поясного листа:

см

1,2÷4,0 см.

Принимаю t_f=1,4см.

 

7. Проверяем принятое сечение на устойчивость:

Фактическая площадь сечения  стержня:

A_факт=А_w+2A_f=h_w+2b*t_f

A_факт=40*0,8+2*40*1,4=144см²

Минимальный момент инерции:

Моментом инерции площади  сечения стенки относительно оси  у пренебрегаю ввиду его малости.

     Минимальный  радиус инерции:

 

Наибольшая гибкость:

По табл.1 приложения исходя из λ_max=75,5, находим соответствующее значение  коэффициента продольного изгиба  φ=0,698 (для стали с расчетным сопротивлением R_у=260 МПа

Проверяем сечение колонны  по условию:

23,5≤ 24,7Кн/см²

8. Производим проверку местной устойчивости поясов колонны.

    Для обеспечения  местной устойчивости пояса колонны  двутаврового сечения с условной гибкостью 0,8≤λ≤4 отношение расчетной ширины  свеса поясного листа b_efк толщине t_f принимаю не более:

 

Где

 

9. Производим проверку местной устойчивости стенки колонны.

   Очень тонкая стенка  может выпучиться, поэтому для  обеспечения ее устойчивости  должны выполняться следующие  условия:

При

Условия выполняются, стенка не требует укрепления парным продольным ребром жесткости.

 

2.3Расчет базы колонны

   Конструкция базы  должна отвечать принятому в  расчетной схеме колонны способу  закрепления ее нижнего конца.  При шарнирномопирании  анкерные  болты крепят непосредственно  к опорной плите, за счет  гибкости которой обеспечивается  податливость соединения. При жестком  сопряжении болты (не менее  четырех) крепят к стержню посредством  специальных столиков и затягивают с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет  возможность поворота стержня.

    Расчет базы  следует осуществлять в следующей  последовательности: