Сопряжение надкрановой и подкрановой частей колонны

Прикрепление верхней части колонны к нижней проектируем при помощи траверсы. Высота траверсы предварительно принята . Для обеспечения общей жёсткости узла ставим рёбра жёсткости и горизонтальные пояса. Вертикальные рёбра назначаем толщиной равной толщине полки надкрановой части колонны. Ширину рёбер принимаем 275 мм с общей шириной 2 ∙ 275 + 10 = 560 мм, равной ширине полки надкрановой части колонны. Нижний пояс назначаем сечением 560х20 мм. Верхний пояс располагаем ниже на 200 мм от верха траверсы и назначаем из двух листов сечением 275х20 мм. Принимаем толщину плиты на уступе . Конструкция узла сопряжения верхней и нижней частей колонны показана на рисунке 3.3.

Расчётные комбинации усилий в сечении 3-3 над уступом:

M = 874,940 кН·м, N = -555,623 кН.

Расчётное давление кранов .

Стыковые сварные швы №1 проверяем на прочность по нормальным напряжениям.

Контроль качества стыковых швов принимаем физическим методом. В этом случае расчётное сопротивление швов R_wy = R_y = 230 МПа.

Напряжения в наружной полке:

Толщину стенки траверсы и вертикального ребра подкрановой ветви определяем из условия смятия от воздействия :

(3.20)

где

- ширина опорного ребра подкрановой балки.

Подставив значения в (3.20) получим:

Принимаем .

Проверяем прочность сварных швов №2, которые передают с внутренней полки колонны на траверсу усилие:

Сварку выполняем механизированным способом (полуавтоматом) в лодочку сварной проволокой марки Св-08Г2С диаметром 1,4÷2 мм. Вертикальные рёбра траверсы привариваем швами катетом k_f = 8 мм.

Расчёт прочности шва проводим по сечению металла границы сплавления сварного соединения, так как:

где (табл. 34, стр.56) [8];

(табл. 56, стр.97) [8];

Расчётная длина фланговых швов должна быть не более:

Расчёт сварных швов №3, прикрепляющих траверсу к подкрановой ветви колонны, составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией является сочетание 1, 2, 3, 6, 8:

M = 334,47 кН·м, N = -555,503 кН.

(3.21)

где - учитывает неравномерную передачу усилия ;

- коэффициент сочетания, учитывающий, что усилия M и N приняты для 1-го основного сочетания.

Подставив значения в формулу (3.21) получим:

Принимаем:

Прочность швов, прикрепляющих вертикальное ребро к стенке подкрановой ветви, обеспечивается, так как усилие в них, равное , меньше усилия в швах, расположенных с другой стороны стенки колонны.

Стенку подкрановой ветви колонны проверяем на срез по усилию, вычисленному для сочетания 1, 2, 3, 6, 8 при полной передаче усилия .

(3.22)

Подставив значения в формулу (3.22) получим:

Для подкрановой ветви толщина стенки t_w = 10 мм. Расчётная высота среза, равная высоте стенки траверсы:

(3.23)

где - толщина нижнего пояса траверсы;

- высота траверсы.

Подставив значения в (3.23) получим:

Траверса работает как балка пролётом h_н, загруженная усилиями M и N в сечении 3-3 надкрановой части колонны над траверсой. Определяющей является та комбинация M и N, которой соответствует наибольшая реакция на правой опоре R_max.

Для сочетания усилий M = 874,940 кН·м, N = -555,623 кН:

Изгибающий момент у грани внутренней полки верхней части колонны:

Геометрические характеристики сечения траверсы:

Положение центра тяжести:

Момент инерции:

Напряжение в верхних волокнах траверсы от изгибающего момента:

Расчётная поперечная сила в траверсе .

Проверяем траверсы на срез:

База колонны

Ширина нижней части колонны превышает 1м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Конструкция базы колонны показана на рис. . Базу каждой ветви колонны конструируем и рассчитываем как базу центрально сжатой колонны. Для исключения дополнительных моментов центр тяжести плиты совмещаем с центром тяжести ветвей. Базу под каждую ветвь рассчитываем на отдельную комбинацию усилий M и N, которая даёт наибольшее сжимающее усилие в ветви в нижнем сечении колонны.

Расчётные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 1–1):

M₁ = 1332,184 кН·м, N₁ = -666,005 кН – для подкрановой ветви (1,3,5,7).

M₂ = -2450,196 кН·м, N₂ = -766,021 кН – для наружной ветви (1,2,4,5,8).

Расчетные усилия в ветвях колонны:

Принимаем для фундамента бетон класса C10/12,5 с расчетным сопротивлением на сжатие . Расчётное сопротивление бетона на меcтное сжатие:

(3.24)

где - коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки;

- коэффициент учитывающий повышение прочности бетона при смятии.

- коэффициент условий работы бетона;

Подставив значения в (3.24) получим:

База наружной ветви:

Требуемая площадь плиты из условия прочности бетона под плитой:

По конструктивным соображениям свес плиты c₂ принимаем не менее 4 см.

Тогда ширина плиты:

Принимаем B = 60 см, тогда:

Длина плиты:

Принимаем .

Фактическая площадь плиты:

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Принимаем толщину траверсы .

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету:

Тогда вес плиты:

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1: защемлённый консольный свес с вылетом

Участок 2: консольный свес с вылетом не является расчётным.

Участок 3: плита опёртая на четыре стороны, при отношении сторон участка b/a = 480/138,4 = 3,47>2, рассматривается как шарнирно-опёртая балочная пластина пролётным моментом:

Участок 4: плита опёртая на четыре стороны, имеет наименьшие размеры сторон и её пролётный момент не является расчётным.

Принимаем для расчёта .

Требуемая толщина плиты:

где - для стали С235 толщиной 21-40 мм;

- для опорных плит толщиной до 40 мм из стали с .

Принимаем .

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, прикрепляющих траверсу к стержню колонны, и прочностью самой траверсы, работающей как балка на двух опорах.

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента σ_ф на одну траверсу (рис.):

Нагрузка на более нагруженную внутреннюю траверсу:

Сварные швы, прикрепляющие траверсы к ветви колонны выполняем механизированной сваркой проволокой СВ-08Г2С. Расчет швов проводим по металлу границы сплавления. Катет швов принимаем k_f = 6 мм.

Требуемая длина сварных швов:

(3.25)

Поставив значения в выражение (3.25) получим:

Принимаем высоту траверсы .

Интенсивность погонной нагрузки на траверсу:

Определяем в траверсе усилия Q и M:

Момент сопротивления траверсы:

Проверка траверсы на срез:

Проверка траверсы на прочность по нормальным напряжениям:

Проверка траверсы на прочность по приведённым напряжениям в опорном сечении:

(3.26)

Подставив значения в (3.26) получим:

Расчётная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчёта анкерных болтов: M = -2416.86 кН·м, N = -832.226 кН (1,2,4,5,8):

Усилие в анкерных болтах:

Анкерные болты проектируем из марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73*[11] с расчётным сопротивлением растяжению R_bа = 225 МПа.

Требуемая площадь болтов:

Принимаем n = 2 болта диаметром d = 64 мм с суммарной площадью сечения:

В связи с большим усилием крепление анкерных болтов осуществляется к анкерной балочке из двух швеллеров. Анкерную балочку с пролётом 1 м рассматриваем свободно лежащей на траверсах и нагруженной сосредоточенной силой от анкерного болта.

Усилие оного болта:

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем сечение балочки из двух швеллеров по ГОСТ 8240-97 [12] №10 с .

База подкрановой ветви:

Требуемая площадь плиты:

Ширину плиты принимаем такой же, как и в базе наружной ветви В = 60 см, тогда консольный свес плиты с₂ = 4,8 см.

Длина плиты:

Принимаем .

Фактическая площадь плиты:

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Тогда вес плиты:

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1: защемлённый консольный свес с вылетом

Участок 2: консольный свес с вылетом

Участок 3: плита опёртая на четыре стороны, при отношении сторон участка b/a = 480/145 = 3,3>2, рассматривается как шарнирно-опёртая балочная пластина пролётным моментом:

Принимаем для расчёта .

Требуемая толщина плиты:

где - для стали С235 толщиной 21-40 мм;

- для опорных плит толщиной до 40 мм из стали с .

Принимаем , такой же как и в базе наружной ветви.

Нагрузка на траверсу:

Так как нагрузка на траверсу базы подкрановой ветви меньше нагрузки на траверсу базы наружной ветви, то высоту траверсы принимаем такой же, как и в базе наружной ветви h_тр = 450 мм. В этом случае прочность заведомообеспечена.

Расчётная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчёта анкерных болтов: M = -2416.86 кН·м, N = -832.226 кН (1,2,4,5,8):

Усилие в анкерных болтах:

Анкерные болты проектируем из марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73*[11] с расчётным сопротивлением растяжению R_bа = 225 МПа.

Требуемая площадь болтов:

Принимаем n = 2 болта диаметром d = 64 мм с суммарной площадью сечения:

В связи с большим усилием крепление анкерных болтов осуществляется к анкерной балочке из двух швеллеров. Анкерную балочку с пролётом 1 м рассматриваем свободно лежащей на траверсах и нагруженной сосредоточенной силой от анкерного болта.

Усилие оного болта:

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем сечение балочки из двух швеллеров по ГОСТ 8240-97 [12] №10 с .