Расстояние между центрами тяжестей поясных листов

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАССМОТРЕННЫХ ВАРИАНТОВ

Выбор основной схемы компоновки балочной клетки производится на основе сравнения ряда технико-экономических показателей рассматриваемых вариантов. При этом важнейшим показателем является расход металла. Поэтому при выборе варианта балочной площадки предпочтение следует отдать варианту с меньшим расходом стали, а при одинаковом расходе стали – варианту с меньшим числом типоразмеров элементов и числом монтажных единиц.

Технико-экономические показатели Таблица 2

Вариант	Расход стали, кг	Число балок на ячейку 16 х 4
на 1 м2	на ячейку 16 х 4	Типоразмеров	Монтажных единиц
№1	105.5
№2	118	7557.6	1	14
№3	117	7468	2	30

В соответствии с табл. 2 для дальнейшего проектирования принимается вариант I балочной площадки.

Расход стали:

Вариант №1 – 6752 кг.

В том числе: - масса настила 78.5 (кг/м2) · 16 (м) ·4 (м) = 5024 кг

- масса балок настила 18 (шт) ·24 (кг/п.м.) ·4 (м) = 1728 кг

Вариант №2 – 7557.6 кг.

В том числе: - масса настила 94.2 (кг/м2) · 16 (м) ·4 (м) = 6028,8 кг

- масса балок настила 14 (шт) ·27.3 (кг/п.м.) ·4 (м) = 1528.8 кг

Вариант №1 – 7468 кг.

В том числе: - масса настила 78.5(кг/м2) · 16 (м) ·4 (м) = 5024 кг

- масса балок настила 25 (шт) ·18.4 (кг/п.м.) ·3,2 (м) = 1472 кг

- масса вспомогательных балок 5 (шт) · 48.6 (кг/п.м.) ·4 (м) = 972 кг

2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

2.1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И УСИЛИЯ

Расчетная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом балочной клетки. Нагрузка на главную балку передается через балки настила или вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При передаче нагрузки на главную балку через 5 и более балок настила или вспомогательных балок можно считать нагрузку равномерно распределенной.

Нормативные и расчетные значения интенсивности равномерно распределенной нагрузки на главную среднюю балку q_n, q, кН, (рис. 3)

Погонная нагрузка с учетом собственного веса главной балки – 2 %:

- нормативная нагрузка, кН/м:

q_n = k×(m×g + u_n)×B = 1,02×(105,5×9,81 + 23×10³)×4 = 98 кН/м;

- расчетная нагрузка, кН/м:

q = k (m× g × g_f + u_n × g_f) × B = 1,02×(105,5×9,81×1,05 + 23×10³×1,2)×4 =117 кН/м.

Здесь m – расход стали на 1 м² площади балочного перекрытия (см. табл. 2).

Рис. 3. К определению нагрузок на главную балку

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

Проектирование составных балок производят в два этапа: на первом – подбирается сечение, на втором – проверяется прочность, устойчивость и прогибы. Подбор сечения начинается с назначения высоты балки. Высота балки назначается близкой к h_опт, определенной из экономических соображений, и не меньшей h_min, установленной из условия допустимого прогиба. Принятая высота балки не должна превышать максимальную h_max, определенную из заданной строительной высоты перекрытия h_стр. Если h_опт значительно превышает h_max , то следует принимать сопряжение балок в одном уровне (рис. 5, б).

Максимальные значения расчетных усилий (рис. 4):

- изгибающий момент в середине пролета:

- поперечная сила на опоре:

Рис. 4. Усилия в главной балке

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения.

.

где – R_y = 240 МПа - расчет.сопрот. стали С245 для проката толщ. до 20 мм (см. табл. 51^* [3]),

g_с = 1 (см. табл. 6^* [3]) - коэффициент условия работы конструкции

Минимальная высота (по жесткости) балки:

Гибкость стенки.

Задается гибкость стенки l_w = 145 (см. табл. 3).

Оптимальная высота балки без учета развития пластических деформаций

Окончательная высота сечения балки

Рис. 5. Схемы сопряжения балок:

а – этажное; б – в одном уровне; в – пониженное

- Прогиб балки f = L/400 = 1600/400 = 4,0 см =0,04 м

- При этажном сопряжении балок настила (рис. 5, а):

h_max = h_стр - h_б.н. - t_н - f = 1,8 – 0,22 – 0,01 – 0,04 = 1,54 м;

- При сопряжении балок в одном уровне (рис. 5, б):

h_max = h_стр - t_н - f = 1,8 - 0,010 – 0,04 = 1,75 м

Принимаем поэтажное сопряжение балок с h_max = 1,54 м (рис 5.б)

Принимается h = 1,54 м, что больше h_min = 1,3 м, меньше h_max = 1,54 м и близко к h_опт = 1,5 м.

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ

Толщина стенки также является основным параметром сечения балки. От принятой толщины стенки зависит экономичность сечения составной балки.

Минимальная толщина стенки устанавливается, исходя из условий прочности на срез, предельной гибкости стенки и стандартной толщины листового проката

В балках высотой более 2 м стенка из условия получается чрезмерно толстой, поэтому ее рекомендуется принимать в пределах t_w = (1/200…1/250)×h_w и укреплять одним продольным ребром.

Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщинами проката листовой стали (см. прил. 1, табл. 4). Окончательно толщину стенки следует принимать: не менее 8 мм и назначать кратной 1 мм при толщине до 12 мм; 2 мм – при толщине более 12 мм.

Определяется толщина стенки t_w из условий:

а) прочности на срез

где h_w = h - 2×t_f = 1,54 - 2×0,02 =1,50 м,

t_f из опыта проектирования принимается в пределах от 10 до 40 мм;

R_s = 0,58 × R_y = 0,58 × 240 = 139.2 МПа;

R_y = 240 МПа для стали С245 (табл. 51^* [3]):

б) местной устойчивости стенки без укрепления продольными ребрами жесткости:

;

Принимается t_w = 10 мм, что примерно соответствует заданной гибкости стенки l_w = 145 (h_w / t_w = 1,5 /0,010 = 150).

2.4. ПОДБОР СЕЧЕНИЯ ПОЯСОВ

Требуемая площадь сечения одного поясного листа балки определяется из условия прочности (если , – требуемый момент инерции балки из условия прочности) или из условия жесткости (если , – требуемый момент инерции сечения балки из условия жесткости). Поэтому в формуле, по определению требуемого момента инерции, приходящегося на поясные листы (I_{f, тр} = I_тр – I_w), за I_тр принимается большее из двух значений или .

Требуемый момент инерции сечения балки из условия прочности:

где h = h_w + 2×t_f = 1,50 + 2×0,02 = 1,54 м = 154 см;

Требуемый момент инерции сечения балки из условия жесткости:

Определяем момент инерции по которому будет вестись расчет

Так как

подбор сечения поясов ведется по моменту инерции

Момент инерции стенки балки

Требуемый момент инерции, приходящийся на поясные листы, равен

Расстояние между центрами тяжестей поясных листов

h₀ = h – t_f = 1,54 – 0,02 = 1,52 м = 152 см

Требуемая площадь сечения одного пояса балки

Поясные листы балки принимаются из листа универсальной широкополосной стали по ГОСТ 82-70^* (см. приложение, табл. 3) 400´ 20 мм

Площадь сечения пояса – A_f = 40 х 2 = 80 см².

Проверяются принятые размеры поясных листов:

1. t_f = 20 мм < 3×t_w = 3×10 = 30 мм;

2.

3. b_f = 400 мм > b_f.min = 200 мм. (из конструктивных соображений)

Таким образом, местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.

ФАКТИЧЕСКИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПОДОБРАННОГО СЕЧЕНИЯ

Рис. 6. Сечение главной балки

1. Высота сечения балки: h = h_w + 2× t_f = 1,50 + 2×0,02 = 1,54 м = 154 см

2. Площадь сечения: A = h_w× t_w + 2×b_f × t_f = 150×1,0 + 2×40×2 = 310 см²

3. Момент инерции сечения:

4. Момент сопротивления сечения:

5. Статический момент полусечения относительно нейтральной оси:

6. Отношение площади сечения поясного листа к площади сечения стенки:

Прочность принятого сечения на действие максимального изгибающего момента (рис. 6):

Недонапряжение в сечении:

Проверяется прогиб балки:

2.5. ИЗМЕНЕНИЕ СЕЧЕНИЯ БАЛКИ ПО ДЛИНЕ

Поскольку составное сечение главной разрезной балки подбирается по максимальному изгибающему моменту М_max (в середине пролета), то его можно уменьшить у опор. Изменение сечения производится за счет уменьшения ширины поясных листов, при этом их толщина остается неизменной.

Изменение сечения в соответствии с п. 5.19^* [3] выполняется без учета пластических деформаций за счет уменьшения ширины поясных листов на расстоянии около 1/6 пролета от опоры:

х = L/6 = 16/6 = 2.7 м.

Определяются усилия в балке на расстоянии 2.7 м от опоры (рис. 7):

Рис. 7. Изменение сечения балки по длине

Подбирается уменьшенное сечение балки, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса. Расчетное сопротивление сварного соединения встык на растяжение (ручная сварка) R_wy = 0,85R_y. = 0,85×240 = 204 МПа.

Требуемый момент сопротивления:

Моменты инерции:

I_f¹_.тр = I_x¹ - I_w = 792 638– 281 250 = 511 388 см⁴.

Требуемая площадь поперечного сечения поясов в измененном сечении:

Ширина поясного листа:

Принимается поясной лист 220´20 мм из широкопол. универсальной стали по ГОСТ 82-70*

Проверка условий:

1. b¹_f = 220 > b_f.min = 200 мм;

2. b¹_f = 220 мм > b_f / 2 = 400 / 2 = 200 мм;

3. b_f¹ = 220 мм > h / 10 = 1500/ 10 = 150 мм.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕНЕННОГО СЕЧЕНИЯ БАЛКИ

1.Площадь сечения:

2.Момент инерции сечения:

3.Момент сопротивления сечения:

4. Статический момент полусечения относительно нейтральной оси:

5. Статический момент пояса относительно нейтральной оси:

Прочность измененного сечения балки по касательным напряжениям на опоре:

Проверяется прочность измененного сечения балки по приведенным напряжениям на грани стенки (точка А, рис. 7) по п. 5.14^* [3].

Нормальные напряжения в точке А равны:

Касательные напряжения в точке А равны:

Местные напряжения под балкой настила , так как одна из балок настила попадает на место измененного сечения, то определяются:

где F = Q_max1 = 56 кН – расчетное значение силы (см. п. 1.2);

l_еf = b_f + 2× t_f = 11,0 + 2×2 = 15 см – условная длина распред. нагрузки, (см. п. 5.13 [3]);

b_f = 11,5 см – ширина пояса I 22.

Приведенные напряжения:

Таким образом, прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.

2.6. РАСЧЕТ ПОЯСНЫХ ШВОВ

В сварных балках составного сечения соединение поясов со стенкой осуществляется поясными швами. Поясные швы исключают при изгибе балки сдвиг поясов относительно стенки и превращают все сечение в едино работающее. Это соединение передает на стенку балки местную нагрузку, приложенную к поясам между поперечными ребрами жесткости. Поясные швы принимаются двусторонними. Однако в сварных двутавровых балках, несущих статическую нагрузку, нормы допускают применение односторонних поясных швов. В этом случае расчетная нагрузка должна быть приложена симметрично относительно поперечного сечения балки, а в местах приложения к поясу балки сосредоточенных нагрузок должны быть установлены поперечные ребра жесткости. Поясные швы следует выполнять автоматической сваркой, сплошными, наименьшей допускаемой толщины. Расчет поясных швов ведется на сдвигающее усилие, возникающее между поясами и стенкой, и местного давления от внешней нагрузки, приложенной к поясу балки.

Тип сварки:

- Поясные швы выполняются автоматической сваркой в положении "в лодочку" сварочной проволокой Св-08ГА под слоем флюса АН-60.

- Катет шва k_f = 6мм – минимально допустимая толщина сварного шва по табл. 38^*[3].

- Для этих условий и стали С245 по табл. 56^*[3]:

R_wf = 180 МПа;

R_wz = 0,45×R_un = 0,45×370 = 166,5 МПа;

b_f = 1,1; b_z = 1,15 (R_un = 370 МПа, табл. 51^*[3] – для наиб. толстого из свариваемых листов).

Расчетные усилия на единицу длины поясного шва:

Проверяется прочность шва:

- по металлу шва:

- по металлу границы сплавления:

Таким образом, минимально допустимая толщина шва достаточна по прочности

2.7. ПРОВЕРКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ БАЛКИ

Нагрузка на главную балку передается через балки настила, закрепляющие ее в горизонтальном направлении и установленные с шагом а.

Определяется предельное отношение расчетной длины участка балки между точками закрепления l_ef к ширине сжатого пояса b_ef, при котором не требуется расчет на устойчивость балки.

Предельное отношение l_ef /b_ef =17.04 > a / b_f = 1,0/0,4 = 2.5. Следовательно, общую устойчивость балки проверять не требуется.

2.8. ПРОВЕРКА МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛКИ

Элементы балки составного сечения (сжатые пояса и стенка) могут потерять устойчивость. Сжатые пояса теряют устойчивость под действием сжимающих нормальных напряжений, а стенка – под действием сжимающих нормальных и (или) касательных напряжений. Такая потеря устойчивости называется местной.

Потеря устойчивости одним из элементов балки приводит к потере несущей способности всей конструкции. Поэтому при проектировании балки составного сечения необходимо стремиться к тому, чтобы несущая способность из условия обеспечения местной устойчивости ее элементов была не ниже несущей способности конструкции из условия прочности.

Проверка устойчивости сжатого пояса

Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте нормальных максимальных напряжений, т.е. в середине пролета.

Устойчивость сжатого пояса при работе в пределах упругих деформаций обеспечивается выполнением условий [3, п. 7.24].

где b_еf = (b_f - t_w)/ 2 = (0,4 – 0,010) / 2 = 0,195 м = 19.5 см – ширина свеса сжатого пояса.

Проверка устойчивости стенки

Стенку балки в соответствии с п. 7.10 [3] необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости, так как условная гибкость стенки

Ребра жесткости ставятся так, как показано на рис. 8.

Максимальное расстояние между ребрами

- в отсеке № 1 а = 2.5 м, что меньше 2h_w = 2×1,5 = 3,0 м

- в остальных отсеках – а = 2,0 м.

- для укрепления стенки балки принимаются парные ребра жесткости с шириной b_h = 100 мм и толщиной t_s = 8 мм:

Определяются усилия M и Q в расчетных сечениях (рис. 8):

отсек № 1:

отсек № 2:

отсек № 3:

отсек № 4:

Рис. 8. Схема расположения поперечных ребер жесткости

ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТСЕКОВ СТЕНКИ БАЛКИ ВЕДЕТСЯ

ПО БЛОК-СХЕМЕ

О т с е к № 1

Исходные данные для проверки устойчивости:

- высота и толщина стенки – h_w = 1500 мм, t_w = 10 мм;

- ширина и толщина поясного листа – b_f = 220 мм, t_f = 20 мм;

- расчетные сопротивления материала стенки – R_y = 240 МПа;R_s = 139,2 МПа;

- усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) – M₁ = 453 кН×м, Q₁ = 877 кН;

- момент сопротивления в расчетном сечении – W_x = 10278 см³;

- местная сосредоточенная сила– F = Q = 56 кН,

- условная длина распределения этой силы l_ef = 15,0 см;

- коэффициент условия работы конструкции g_с = 1 (см. табл. 6^* [3]);

- расстояние между ребрами в отсеке а = 2,5 м.

1.		25. [sloc /s] = 0,49 по табл.24 СНиП
$		$
2. a = 2,5 м > hw = 1,5 м -> Да		26. [sloc /s] = 0,49 < sloc /s = 37 / 43= 0,94-> Да
$		$
3. d = hw = 1,5 м		28. с2=67.3; 29.
$		$
4. m = а / hw = 2,5 / 1,5 = 1,7		29.
$		$
5.		20.
$		$
6.		21. с1 = 35.75 по табл.23
$		$
7. F = 0 -> Нет
$
8.		22.
$		$
9.		32.
$		$
10. двусторон. поясные сварные швы -> Да		33. sloc = 0 -> Да
$		$
14. sloc ¹ 0 -> Нет		35.
$		$
17. -> Да		36. -> Да
$		$
19. -> Нет		Устойчивость стенки в отсеке № 1 обеспечена.

О т с е к № 2

Исходные данные для проверки устойчивости:

- высота и толщина стенки – h_w = 1500 мм, t_w = 10 мм;

- ширина и толщина поясного листа – b_f = 400 мм, t_f = 20 мм;

- расчетные сопротивления материала стенки – R_y = 240 МПа;R_s = 139,2 МПа;

- усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) – M₁ = 2560 кН×м, Q₁ = 526 кН;

- момент сопротивления в расчетном сечении – W_x = 15654 см³;

- местная сосредоточенная сила– F = Q = 56 кН,

- условная длина распределения этой силы l_ef = 15,0 см;

- коэффициент условия работы конструкции g_с = 1 (см. табл. 6^* [3]);

- расстояние между ребрами в отсеке а = 2,0 м.

1.		25. [sloc /s] = 0,34по табл.24 СНиП
$		$
2. a = 2,0 м > hw = 1,5 м -> Да		26. [sloc /s] = 034 < sloc /s = 37 / 159= 0,23-> нет
$		$
9. d = hw = 1,5 м		27. а = 0,5 а = 1,0 м;
$		$
10. m = а / hw = 2,0 / 1,5 = 1,3		20.
$		$
11.		21. с1 = 28,9 по табл.23
$		$
12.		22.
$		$
13. F = 0 -> Нет		23. сcr = 32.7 по табл.21
$		$
14.		24.
$		$
9.		32.
$		$
10. двусторон. поясные сварные швы -> Да		33. sloc = 0 -> Нет
$		$
15. sloc ¹ 0 -> Нет		35.
$		$
17. -> Да		36. -> Да
$		$
19. -> Нет		Устойчивость стенки в отсеке № 2 обеспечена.

О т с е к № 3

Исходные данные для проверки устойчивости:

- высота и толщина стенки – h_w = 1500 мм, t_w = 10 мм;

- ширина и толщина поясного листа – b_f = 400 мм, t_f = 20 мм;

- расчетные сопротивления материала стенки – R_y = 240 МПа;R_s = 139,2 МПа;

- усилия в расчетном сечении (см. рис. 8) – M₁ = 3378 кН×м, Q₁ = 292кН;

- момент сопротивления в расчетном сечении – W_x = 15654 см³;

- местная сосредоточенная сила– F = Q = 56 кН,

- условная длина распределения этой силы l_ef = 15,0 см;

- коэффициент условия работы конструкции g_с = 1 (см. табл. 6^* [3]);

- расстояние между ребрами в отсеке а = 2,0 м.

1.		25. [sloc /s] = 0,34по табл.24 СНиП
$		$
2. a = 2,0 м > hw = 1,5 м -> Да		26. [sloc /s] = 034 < sloc /s = 37 / 210 = 0,18-> нет
$		$
15. d = hw = 1,5 м		27. а = 0,5 а = 1,0 м;
$		$
16. m = а / hw = 2,0 / 1,5 = 1,3		20.
$		$
17.		21. с1 = 28,9 по табл.23
$		$
18.		22.
$		$
19. F = 0 -> Нет		23. сcr = 32.7 по табл.21
$		$
20.		24.
$		$
9.		32.
$		$
10. двусторон. поясные сварные швы -> Да		33. sloc = 0 -> Нет
$		$
16. sloc ¹ 0 -> Нет		35.
$		$
17. -> Да		36. -> Да
$		$
19. -> Нет		Устойчивость стенки в отсеке № 3 обеспечена.

2.9. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОПОРНОЙ ЧАСТИ БАЛКИ

Опирание балки

Главная балка опирается на колонну сверху и через опорное ребро

- опорная реакция V = Q_max = 936 кН;

- R_p = 355 МПа (табл. 52^* [3]).

- Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса балки b_p = = 220 мм.

Принимается конструкция опорной части по варианту (см. рис. 9).

Рис. 9. К расчету опорной части балки

Толщина ребра из условия прочности на смятие торцевой поверхности:

Принимается ребро из листа размером 220 х 12

Проверка устойчивости опорной части:

- площадь сечения условной стойки

где

Момент инерции сечения относительно оси х₁ (см. рис. 9), без учета момента инерции участка стенки (ввиду малости),

Радиус инерции сечения

Гибкость стойки с расчетной длиной, равной высоте стенки.

По табл. 72 [3] в зависимости от значений l_x1 = 31 и R_y = 240 МПа определяется значение коэффициента продольного изгиба j = 0,931

Проверяется устойчивость опорного ребра:

Проверяется местная устойчивость опорного ребра (табл. 29^*[3]):

Местная устойчивость ребра обеспечена.

Расчет угловых швов сварного соединения опорного ребра со стенкой

(сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08ГА, d = 1,4…2 мм).

Для этих условий и стали С245: R_wf = 180 МПа (см. табл. 56 [3]);

R_wz= =

R_un = 370 МПа (см. табл. 51^٭ [3]).

b_f = 0,9 и = 1,05 ( см. табл. 34 [3]); g_wf = 1.

- по металлу шва:

- по металлу границы сплавления:

- минимальный катет шва по табл. 38^* [3] k_{f min} = 5мм.

- минимальный катет флангового шва из условия l_w £ 85 × b_f × k_f:

Окончательно принимается катет шва k_f = 7 мм.

2.10.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УКРУПНИТЕЛЬНОГО

МОНТАЖНОГО СТЫКА БАЛКИ НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТАХ

Укрупнительный монтажный стык желательно проектировать совмещенным (стенка и полки балки стыкуются в одном сечении) в середине пролета главной балки. Каждый пояс главной балки в месте стыка перекрывается тремя накладками. Ширина верхней накладки принимается равной ширине пояса b_f, а ширина нижних накладок равна b_f /2 – 20...40 мм. Толщина накладок устанавливается таким образом, чтобы суммарная площадь их поперечного сечения была не менее площади сечения пояса балки. Стенка перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной равной толщине стенки t_w.

Высокопрочные болты изготавливаются в различном климатическом исполнении из сталей 40Х «Селект», 38ХС, 30Х3МФ, 30Х2НМФА диаметром от 16 до 48 мм. Наиболее распространенными являются высокопрочные болты из стали марки 40Х «Селект» по ТУ 14-1-1237-75.

Болты следует размещать в соответствии с табл. 39 п. 12.19^* [3], а шаг между центрами болтов в соединении устанавливается: минимальный – 2,5d, максимальный – 8d и 12t; расстояния от центра болта до края накладки: минимальное вдоль и поперек усилия – 1,3d, максимальное – 4d и 8t, где d – диаметр отверстия для болта; t – толщина наиболее тонкого наружного элемента. Для облегчения пользования кондукторами при сверлении отверстий размеры шага и дорожки необходимо применять кратными 40 мм.

Конструкция стыка

Укрупнительный стык размещается в середине пролета балки (х = 8м).

Усилия M и Q в расчетном сечении: М₁ = 37440 кН × м; Q₁ = 0 (см. п. 2.8).

Рис. 10. Монтажный стык на высокопрочных болтах

Стыковые накладки. Каждый пояс балки перекрывается тремя листовыми накладками – одной сверху и двумя снизу.

- Сечение верхней накладки следует принимать размером 400 ´ 14 мм

- Сечение нижних накладок – 180 ´ 14 мм.

- Суммарная площадь сечения накладок А_н = (40 +2 × 18) × 1,4 =106.4 см² > A_f =40 ×2,0 =80 см².

- Стенка балки перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной, равной толщине стенки, t_w = 10 мм.

Болты

Стык осуществляется высокопрочными болтами диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект», с временным сопротивлением материала болта разрыву R_bun = 1100 МПа (табл. 61); обработка поверхности газопламенная.

- Несущая способность одного высокопрочного болта, имеющего две плоскости трения

где k = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов;

R_bh=0,7×R_bun= 0,7×1100=770МПа – расчет.сопротивл. растяжению высокопрочных болтов;

g_b = 1 – коэффициент условий работы соединения (см. п. 11.13^*[3] при n > 10);

m = 0,42 – коэффициент трения, принимаемый по табл. 36^*;

A_bh = 2,45 см² – площадь сечения болта нетто, определяемая по табл. 62^*[3];

g_h = 1,12 – коэф. надежности (способ регулирования натяжения болтов по моменту закручивания), принимаемый по табл. 36^*[1][3].

Стык поясов

- Расчетное усилие на стык поясных листов

N = R_y × A_f = 240×10⁶×0,4×0,02 = 1 920 000 Н = 1920 кН.

- Требуемое количество высокопрочных болтов в соединении на полунакладке:

Принимаются 14 болтов и размещаются согласно рис. 10.

Проверяется ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d = 23 мм (на 3 мм больше диаметра болта).

- Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

A_n.нт = t_f× (b_f - n× d₀) = 2 × (40 – 2 × 2,3) = 70.8 см² > 0,85×b_f × t_f = 0,85 × 40 × 2 = 68 см²,

поэтому ослабление пояса отверстиями можно не учитывать.

- Проверяется ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

А_н.н = А_н – 2×n× d_o×t_н = 1,4×(40 + 2 × 18) – 2 × 4 × 2,3 × 1,4 = 80.64 см² > 0,85 × b_f × t_f = 0,85 × 40 × 2 = 68 см².

Стык стенки

- Изгибающий момент, действующий на стенку, определяется по формуле

Поперечная сила Q = 0.

- Принимается расстояние между крайними по высоте рядами болтов

а_max = h_w – (12… 18) мм = 150 – 12 = 138 см = 1,38 м.

- Задается число горизонтальных рядов болтов К = 18, устанавливается расстояние между болтами по вертикали:

- Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт, равно

где m = 2 – количество вертикальных рядов болтов на полу накладки;

Sа_i² = 136² + 120² + 104² + 88² + 72² + 56² + 40² + 24² +8² = 62 016 см².

- Усилие на один болт от действия поперечной силы V = 0, так как Q = 0.

- Равнодействующее усилие от момента и поперечной силы в наиболее напряженных крайних болтах стенки равно

прочность стенки обеспечена.

3.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ

Колонны предназначены для передачи нагрузки от главных балок на фундаменты и состоят из трех частей: верхней – оголовка, воспринимающего нагрузку от балок; средней – стержня, передающего нагрузку от оголовка на нижнюю часть, закрепляющую стержень в фундаменте в соответствии с принятой расчетной схемой и равномерно распределяющую нагрузку на фундамент.

По типу сечения колонны бывают сплошные или сквозные. Стержень колонны сплошного сечения проектируют в виде широкополочного двутавра типа К (колонный) или сварного (составного) двутавра. Стержень сквозной центрально сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками.

Расчет колонны включает в себя: выбор типа сечения стержня, установление расчетной схемы, подбор сечения и проверку устойчивости стержня, расчет и конструирование оголовка и базы колонны. При выборе типа сечения стержня колонны необходимо учитывать величину нагрузки, действующей на колонну. В курсовой работе сечение стержня колонны следует принимать в соответствии с заданием.

Расчетная схема колонны должна соответствовать принятому конструктивному решению узла сопряжения главной балки с оголовком, базы с фундаментом. Поэтому в зависимости от конструктивных решений узлов колонны ее следует рассматривать как защемленную или шарнирно опертую. Верхняя часть стержня колонны большей частью принимается шарнирной.

Нижний конец колонны рассматривается шарнирно закрепленным, если опорная плита базы непосредственно закреплена в фундаменте двумя фиксирующими анкерными болтами

диаметром d = 20…30 мм, и жестко закрепленным, если база колонны закреплена в фундаменте не менее чем четырьмя анкерными болтами диаметром d = 24…36 мм посредством специальных столиков.

3.1. ПОДБОР СЕЧЕНИЯ СТЕРЖНЯ СПЛОШНОЙ СВАРНОЙ КОЛОННЫ

Материал конструкции – сталь С245

- расчетное сопротивлением R_y = 240 МПа (табл. 51^*[3]),

- коэффициент условий работы g_с = 1.

Расчетное значение продольного усилия сжатия в колонне равно

N = 2×Q_max × 1,01 = 2 × 936 × 1,01 = 1890 кН.

Конструктивная длина стержня колонны на основе заданной отметки верха перекрытия Н = 9 м

где h₃ = 60 см – заглубление колонн ниже нулевой отметки;

h = 154 см – высота сечения главной балки;

h_б.н = 22 см – высота сечения балки настила;

t_н = 1,0 см – толщина металлического настила.