Проектирование металлической балочной клетки

4.9.3.  Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса.

По краю стыка  пояс ослаблен 4 отверстиями под  болты  мм.

 см < см .

Так как  < , то проверяем ослабление пояса в соответствии с     [1, п. 11.14] по условию .

- ослабление пояса не учитываем.  

   Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями

    см < .

Так как  < , то проверяем ослабление пояса в соответствии с     [1, п. 11.14] по условию .

- ослабление накладок не учитываем. 

 
 

Рис. 4.6. Монтажный стык главной балки. 
 

5. Сопряжение балок настила с главными балками

Сопряжение балок  настила с главными балками принимается  в одном уровне верхних поясов через поперечные ребра жесткости. К балке настила приваривается  накладка заводскими швами, а к поперечному  ребру жесткости главной балки  накладка крепится болтами нормальной точности. Толщину накладки принимаем мм.

5.1.  Расчёт болтового соединения

Расчёт сопряжения сводится к определению числа  болтов.  За расчётное усилие принимается  опорная реакция балки настила. Под действием опорной реакции  болтовое соединение работает на срез и на смятие. Болты - класса точности В. Принимаем болты нормальной точности  М20 из стали класса 5.6, диаметр отверстия мм. Сталь накладки С255 (сталь балок настила С255).

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним  болтом, на срез

;

где кН/см (расчетное сопротивление на срез) по [1, табл. 58] для болтов из стали класса 5.6;

     =0,9 по [1, табл. 35], класс точности В, соединение многоболтовое;

     см по [1, табл. 62] для мм;

     =1 – количество плоскостей среза.

     кН.  

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним  болтом, на смятие

      ;

    кН/см по [1, табл. 51] для С255 при t = 10 мм;

    кН/см (расчетное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами) по [1, табл. 59] для болтов класса точности В; = 0,52 см.

    кН.

 

  Необходимое  количество болтов

    ;   кН;

    - принимаем 3 болта. 
 

Размещаем болты  на накладке, предварительно определив  её наибольшие размеры. Накладку в двутавровой балке настила располагаем симметрично с учетом толщины полки главной балки и высоты катета сварного шва, соединяющего поперечные ребра жесткости и полку главной балки.

   Определяем  по [1, табл. 39] минимальное расстояние между болтами:

    мм ;

    мм 40 мм;

    мм 30 мм; 
 
 

Рис. 5.1. Схема соединения балки

настила с главной балкой.  

5.2.  Расчет сварного соединения

Угловые сварные  швы, прикрепляющие накладку к балке  настила (сварка ручная), рассчитываются на опорную реакцию и момент

    кН;     .

    = = 6,4 см.

Задаем высоту катета шва:

 

  мм – толщина стенки балки настила.

  мм; принимаем =7 мм; мм; 

Выбираем расчетное  сечение:

Расчет ведем  по металлу шва.

Расчет по металлу  шва.

    ;

    . 

   Сварка  ручная:  ;  =1 по [1,табл. 34].

    = 102,06см³;

    см .

Сварные швы  выполняются  покрытыми электродами  типа Э46 по

ГОСТ 9467 - 15 по [1, табл. 55] для стали С255.

   По табл. 56 кН/см ;  ;  .

    < =

  Прочность обеспечена. 

      
 

Рис. 5.2. Сечение накладки. 
 

5.3. Проверка сечения накладки

   Проверяем  сечение накладки на срез с  учетом ослабления отверстиями  под болты.

    ; 

 кН/см ;

кН/см ;  кН/см < кН/см Прочность накладки обеспечена. 
 

6. Расчёт центрально  – сжатой колонны  К4 

      6.1. Определение расчетной  длины колонны 

Сталь колонны  С375 по ГОСТ 27772-88. Высота этажа H = 6,0 м.

Расчётная нагрузка на колонну   кН.

Рис. 6.1 Схема определения

геометрической  длины колонны. 
 

Геометрические  длины колонны:

 

Закрепление:

в плоскости     из плоскости

Рис. 6.2 

      

м;   м.

   
 

6.2 Расчет колонны сплошного сечения 

Колонну выполняем  сплошного сечения из сварного двутавра. Сварка автоматическая.

Исходя из условия  общей устойчивости, определяем требуемую  площадь сечения колонны

    ;

 кН/см мм (лист) по табл. 51 для стали С375.

Рис. 6.3 Схема сечения колонны. 

Задаемся  , при кН/см по табл. 72 =0,575;

      см . 

     Определяем ширину пояса:

      см;

Принимаем мм; мм;  мм;  мм; 

      см ;

  см;

      ;

      см.

Гибкости:

    ;    .

   Уточняем  кН/см по табл. 51 при мм для С375.

   Для  ; кН/см по табл. 72 .

Проверки: 

1. Проверка общей  устойчивости

      ;

      кН/см - общая устойчивость колонны обеспечена. Запас прочности 11,82%. 

2. Проверка местная устойчивости полки

    ;    - по табл. 29;

    

    ;

        ;    - местная устойчивость полки обеспечена. 

3. Проверка  местной устойчивости стенки

    ; по табл. 27   для ;

    ;

    - местная устойчивость стенки обеспечена.  

      4. Проверка гибкости 

; ;

- жесткость колонны обеспечена. 

5. Проверка необходимости  установки поперечных ребер:

;   ;   ;

- установка поперечных ребер  жесткости не требуется.

Рис. 6.4 Принятое сечение колонны. 

      Поясные швы выполняются непрерывными двусторонними, автоматической сваркой в лодочку. Марку сварочной проволоки выбираем по [1, табл. 55] в зависимости от сталей свариваемых элементов. Для стали С375 принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С по  ГОСТ 2246-70* (диаметр проволоки 3…5 мм).

Минимально допустимый катет шва определяем по [1, табл. 38] для таврового соединения с двухсторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов = 12 мм.

Минимальный катет  шва равен  = 5 мм.

Окончательно  принимаем катет поясных сварных  швов = 6 мм. 

6.3. Расчёт колонны  сквозного сечения 

Исходя из условия  общей устойчивости, определяем требуемую  площадь сечения колонны

    ;

 кН/см мм (лист) по табл. 51 для стали С375.

Рис. 6.5. Схема сечения колонны. 

Задача по подбору  сечения колонны решается методом  последовательных приближений. Задаемся гибкостью: в первом приближении  .

 Задаемся  , при кН/см по табл. 72 =0,623;

      см . 

    По сортаменту ГОСТ 8240 – 72 принимаем 2 швеллера [33:

 см ; см ; t_f =11,7мм; b_f[ =105мм; h=330мм;   t_w =7,0 мм; 

 z₀ =2,9 см; см ; см ; см; см

Гибкость:

    ;

  

Уточняем  кН/см по табл. 51 при мм для С375.

   Для  ; кН/см по табл. 72 . 
 
 

Проверка  устойчивости по оси  х

      ;

      кН/см - общая устойчивость колонны обеспечена.

Запас составляет 40,26%>20%, требуется уменьшить сечение колонны. 

По сортаменту ГОСТ 8240 – 72 принимаем 2 швеллера 24:

 см ; см ; t_f =10 мм; b_f[ =90 мм; h=240мм;   t_w =5,6 мм; 

 z₀ =2,72 см; см ; см ; см; см

Гибкость:

    ;

  

Уточняем  кН/см по табл. 51 при мм для С375.

   Для  ; кН/см по табл. 72 . 

Проверка  устойчивости по оси  х

      ;

      кН/см - общая устойчивость колонны обеспечена.

Запас составляет 11%. Принимаю 2 швеллера [24. 

      Расчет  по оси у.

Расчёт относительно оси y заключается в определении расстояния между ветвями _f  из условия равноустойчивости  .

  - приведенная гибкость