Стальной каркас малоэтажного производственного здания. Перекрытие

Листы А2.cdw

Схема расположения колонн на отм. 0.000
-2; ведомость элементов
элементов перекрытия на отм. 13.200
Б2; спецификация стали; таблица требуется
изготовить; таблица заводских сварных швов;
В сечении 4-4 стальной настил не показан.
Настил крепить к балкам настила механизированной дуговой сваркой в среде
углекислогово газа (МДС
); сварочная проволока СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-70;
положение швов - нижнее; к
Монтаж конструкций выполнить на болтах М20
класс прочности - 5.6.
Работать совместно с листом 2 марки КМД.
Материал Б1 - сталь С245
Б2 - сталь С245 по ГОСТ 27772.
Поясные швы Б1 выполнить автоматической сваркой под слоем флюса (АН-348-А)
по ГОСТ 9087-81; сварочная проволока Св-08ГА по ГОСТ 2246-70
положение швов в лодочку;
все остальные швы выполнить механизированной дуговой сваркой в среде МДС
сварочная проволока - Св-08Г2С.
Сварку производить электродами типа Э46 и Э50.
Все поясные швы варить автоматом с полным проваром.
Работать совместно с листо 1 марки КМ.
Таблица заводских сварных швов на 1 марку в м
Схема расположения элементов
перекрытия на отм. 13.200
масса наплавленного металла 1%
Требуется изготовить
КР - 08.03.01.01 - 2021
ФГАОУ "Сибирский федеральный университет
Стальной каркас малоэтажного
производственного здания.
Усилие для прикрепления
Схема расположения колонн на отм. 0.000

КП Металлы.docx

Разработка конструктивной схемы каркаса здания . . 4
1 Разбивка сетки колонн .. . 4
2 Определение основных размеров поперечника 4
Компоновка конструктивной схемы перекрытия в здании . . 4
Расчет элементов перекрытия здания на отм. 13.200 . .. .. 8
1 Расчет стального настила .. 8
2 Расчет балки настила .. 10
3 Расчет и конструирование ригеля перекрытия ..
4 Расчет и конструирование сопряжений: балки настила с ригелем
перекрытия и ригеля перекрытия с колонной по оси Б
Расчет и конструирование колонн по оси Б
Разработка конструктивной схемы каркаса здания
1 Разбивка сетки колонн
Принимаем шаг колонн – 6м.
Схема расположения колонн на отм. 0.000 приведена на рисунке 1.
2 Определение основных размеров поперечника
Вертикальные размеры:
полезная высота Н0 (расстояние от уровня чистого пола – отм. 0.000 –
до низа стропильной фермы) Н0 = 162 м;
расстояние от уровня чистого пола до верха перекрытия Н1 (отметка
верха перекрытия) Н1 = Н0 – 30 м = 162 м – 30 м = 132 м;
расстояние от верха перекрытия до низа стропильной фермы
заглубление опорной плиты базы колонны НВ = 05 м;
длина колонны до низа стропильной фермы H = H0 + HВ = 167 м;
высота фермы на опоре hro = 225 м;
Горизонтальные размеры:
– пролеты здания на осях АБ и БВ АБ = БВ = 9 м;
– привязка наружной грани колонны к разбивочной оси: по оси А и В –
нулевая по оси Б – центральная;
– высота сечения колонны в плоскости рамы h по осям А Б и В:
0H = 130 * 167 м = 056 м принимаем № профиля - 60Ш1 (К1)
0H = 130 * 137 м = 046 м принимает № профиля - 45Ш4 (К2).
Компоновочная схема поперечной рамы для рассматриваемого примера
приведена на рисунке 2.
Компоновка конструктивной схемы перекрытия в здании
Проектируем перекрытие по нормальному типу балочной клетки.
Пролет главной балки (ригеля перекрытия) – 9000 мм. Шаг балок настила
– 900 мм. Расположение балок настила по отношению к ригелю – на одном
План перекрытия на отм. 13.200 показан на рисунке 3.
Расчет элементов перекрытия здания на отм. 13.200
1 Расчет стального настила
Конструктивная и расчетная схема настила на рисунке 4. Расчетный пролет настила район строительства – г. Пермь; расчетная температура t = -43 оС [19]. Вертикальный предельный прогиб настила fu = lн120 [9 табл. Д.1]. Сварка элементов - механизированная дуговая в среде углекислого газа (МДССО2) сварочная проволока Св-08Г2С.
а – конструктивная схема настила; б – расчетная схема настила
Рисунок 4 – Плоский стальной настил
Нормативная нагрузка на 1 м2 настила qn0 = 126 кНм2.
Толщина настила при вертикальном предельном прогибе fu= 75
отсюда tн= 9023129 = 039 см. Здесь E1=226 105 Нмм2.
Настил проектируем из листовой рифленой стали (ГОСТ 8568-77): tн=6 мм; ширина листов 880 мм .
Растягивающее усилие на 1 см полосы настила:
Расчетный катет углового шва прикрепляющий настил к балкам настила:
при расчете по металлу границы сплавления так как
где f = 09 и z = 105 Rwf = 215 Нмм2 [7 табл. Г.2]; Rwz = 045*Run = 045*370 = 1665 Нмм2; здесь Run = 370 Нмм2 для стали С245 [7 табл. В.3]; lw = 1.
Принимаем катет углового шва крепящий настил к балкам настила
kf = 4 мм [7 табл. 38].
2 Расчет балки настила
Балки настила – прокатные из двутавров по ГОСТ Р 57837-2017 тип Б 1-го класса;
- статическая схема – однопролетная шарнирно-опертая;
- коэффициент условий работы γс = 1 [8 табл. 1];
- коэффициент надежности по ответственности γ = 1;
- материал балки – сталь C245 (ГОСТ 27772); группа конструкций 2; район строительства – г. Пермь; расчетная температура t = - 43 [19]; нормируемые показатели по ударной вязкости и требования по химическому составу согласно [7 табл. В.1 табл. В.2].
- расчетные характеристики стали по таблицам [7 табл. В.4 табл. В.5]:
Ry = 240 при толщине проката от 10 до 20 мм включительно; Run = 370;
Rs = 058240 = 1392 Нмм2.
Вертикальный предельный прогиб балки fu = lбн 200 [8 табл. Д.1].
Нормативная нагрузка на 1 пог.м балки:
а = 09 м – шаг балок настила перекрытия;
кгм – масса 1 пог.м балки настила (ориентировочно для балки настила принят I30Б1).
Расчетная погонная нагрузка на балку:
qбн = (qno1γf1 + qnо2γf2 + qnlγf2) а + qсвnбнγf2 = (10812 + 18105 + 046105) 09 + 3210598110-3 = 1413 кНм
где γf1 = 12 γf2 = 105 – коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для временной нагрузки по заданию и для нагрузки от собственного веса металлических конструкций [8].
Статический расчет балки
Рисунок 5 – Расчетная схема балки настила
Конструктивный расчет балки
Условие прочности по нормальным напряжениям для балки 1–го класса сплошного сечения имеет вид
Из этого условия определяют требуемый момент сопротивления сечения:
По сортаменту (ГОСТ Р57837) принимаем 25Б2 и выписываем его геометрические характеристики:
W I S h = 250 мм; bf = 125 мм;
tf (толщина полки) = 90 мм; tw (толщина стенки) = 60 мм; mбн = 297 кгм.
Учитывая что при подсчете расчетных усилий нагрузка от собственного веса балки настила принималась приближенно следует выполнить корректировку расчета с учетом фактического собственного веса.
Уточненные значения нагрузки и усилий в балке настила:
qnбн =(126 + 046) 09 + 297 981 10-3 = 1204 кНм;
qбн = (10812 + 18105 + 046105)09 + 29710598110-3 = 1411 кНм;
Прочность балки настила 1-го класса изгибаемой в одной из главных плоскостей проверяем в середине ее пролета (М = Мmах) и на опоре (Q = Qmax).
Рисунок 6 – Эпюры напряжений в балки настила
Расчет на общую устойчивость двутавровых балок 1-го класса имеющих сплошные сечения и удовлетворяющих требованиям прочности при изгибе в плоскости стенки совпадающей с плоскостью симметрии сечения выполняем по формуле:
где φb – коэффициент устойчивости при изгибе определяемый по [8 прил. Ж п. 8.4.2];
Общую устойчивость балок 1-го класса сплошного сечения следует считать обеспеченной при выполнении условий 8.4.4 а [7].
« при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил (плиты железобетонные из тяжелого легкого и ячеистого бетона плоский и профилированный металлический настил волнистая сталь и т.п.) непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и с ним связанный с помощью сварки болтов самонарезающих винтов и др.; при этом силы трения учитывать не следует».
В нашем примере общая устойчивость балки обеспечивается плоским
стальным настилом передающим нагрузку на балку опирающимся на ее сжатый пояс и приваренным к нему непрерывным сварным швом.
Местная устойчивость элементов прокатных балок не проверяется так как она обеспечена соотношением их размеров назначенных с учетом устойчивости работы при различных напряженных состояниях.
Проверка деформативности (жесткости) балок относится ко второй группе предельных состояний и направлена на предотвращение условий затрудняющих их нормальную эксплуатацию. Максимальный прогиб fmax для балки настила:
Следовательно жесткость балки обеспечена.
Расход стали на 1 м2 балочной клетки от настила и балок настила
где mн = 471 кгм2 – масса 1 м2 настила; S = 6 9 = 54 м2 – площадь ячейки балочной клетки; n – количество балок настила в ячейке.
3 Расчет и конструирование ригеля перекрытия
Ригель перекрытия проектируем составного двутаврового сечения из листового проката 1-го класса;
- статическая схема – однопролетный шарнирно-опертый;
- коэффициент условий работы γc = 1 [8 табл. 1];
- материал балки – сталь С245 по ГОСТ 27772; расчетная температура t = = - 43 [19]; показатели по ударной вязкости и требования по химическому составу согласно таблицам [7 табл. В.1 табл. В.2];
- расчетные характеристики стали по таблицам [7 табл. В.4 табл. В.6]:
Ry = 240 при толщине проката от 10 до 20 мм включительно Run = 370; Rs
= 058240 = 1392 Нмм2; Rp = 361.
Нормативная погонная нагрузка на ригель перекрытия (главная балка балочной клетки); в связи с частым расположением балок настила нагрузку на главную балку принимаем распределенной:
qnr = (qn0 + q1 + )
где q1 = – нагрузка от массы настила и балок настила;
от (qn0 + q1) = 2 (128 + 082) 100 = 027 кНм2 – ориентировочный вес ригеля.
Расчетная нагрузка на ригель перекрытия:
qr = (qno1γf1 + qnо2γf2 + q1 γf2 qсвnrγf2) lбн = (10812 + 18105 + 082105+ + 027105) 6 = 9597 кНм.
Вертикальный предельный прогиб ригеля fu рассчитываем по линейной интерполяции между значениями fu = l200 при l = 6 м и fu = l250 при l = 24 м:
Рисунок 7 – Расчет вертикального предельного прогиба ригеля
Из рисунка 7 делаю вывод что вертикальный предельный прогиб ригеля перекрытия длиной 9 м равен 41 см:
fu = l219 при l = 9 м.
Поясные швы выполняются автоматической сваркой под флюсом (флюс АН-348-А; сварочная проволока Св-08ГА) положение швов – в лодочку; все остальные швы выполняются механизированной дуговой сваркой (МДССО2) сварочная проволока – Св-08Г2С [7 табл. Г.1].
Статический расчет ригеля перекрытия
Рисунок 8 – Расчетная схема ригеля
Конструктивный расчет ригеля перекрытия
Требуемый момент сопротивления сечения ригеля:
Компоновка и подбор сечения ригеля (рисунок 9):
Рисунок 9 – Составное сечение ригеля
минимальная по жесткости
где fu = l208 = 9 102 208 = 43 см.
оптимальная по расходу стали при гибкости стенки λw = 125
Так как hopt = 9164 см больше hm пусть tf = 20мм тогда hw 9164 – 2 2 = 8764 см; окончательно высоту стенки hw принимаем 900 мм (сталь толстолистовая по ГОСТ 19903). Толщина стенки ригеля tw = hwλw = 900125 =08 см.
Толщина стенки tw должна удовлетворять условию 6 мм ≤ tw ≤ twmin и увязана с типовыми размерами листового металлопроката. Минимальную толщину стенки ригеля определяем из условия ее работы на срез:
где k1 = 15 при работе на срез только одной стенки и k1 = 12 при работе на
срез всего двутаврового сечения. В этой формуле использовано условие прочности для балок 1-го класса [7 ф. 41].
Минимальная толщина стенки ригеля при работе на срез только стенки
Площадь сечения поясов ригеля подсчитываем по формуле
0х20 мм (сталь толстолистовая по ГОСТ 19903) что удовлетворяет конструктивным требованиям:
для толщины пояса: tw ≤ tf ≤ (25 30) 6 мм ≤ 20 мм ≤ 25 10 = 25 мм;
для ширины пояса: 180 мм ≤ br (13 15)h 180 мм ≤ 190 мм 200 мм в пределах 15 940 = 188 мм – 13 940 = 313 мм.
Изменение сечения ригеля по длине
Изменение сечения ригеля по длине не требуется.
Рисунок 10 – Основное сечение ригеля
Геометрические характеристики подобранного сечения ригеля
Момент инерции основного сечения относительно оси х-х:
момент сопротивления основного сечения относительно оси х-х:
статический момент полусечения ригеля относительно оси х-х:
Проверка прочности ригеля
Нормальные напряжения необходимо проверить в сечение с М = Мmax и Q = 0:
Недонапряжение – 1266 % > 5 %
Касательные напряжения проверяем на опорах ригеля (М = 0 Q = Qmax)
При сопряжении балок перекрытия в одном уровне проверка местных напряжений в стенке ригеля не требуется так как крепление этих балок осуществляется через ребра жесткости а потому loc = 0.
Проверка общей устойчивости ригеля
Проверка местной устойчивости сжатого пояса ригеля
В представленной работе конструктивное решение перекрытия не
обеспечивает непрерывности опирания настила на сжатый пояс ригеля а потому не выполняется п.8.4.4 а [7] но балки настила можно рассматривать как связи препятствующие горизонтальному смещению сжатого пояса ригеля и при выполнении условия общую устойчивость ригеля перекрытия считаем обеспеченной. Здесь – гибкость сжатого пояса ригеля ( – расстояние между точками закреплений сжатого пояса от поперечных смещении ()); – предельное значение которое
подсчитывается по формулам таблицы 11 [7] в зависимости от места приложения
независимо от уровня приложения нагрузки на расчете участка ригеля между связями или при чистом изгибе
где – ширина сжатого пояса ригеля;
– толщина сжатого пояса ригеля;
– расстояние (высота) между осями поясных листов.
Значения определены при 1 ≤ hef1 bf ≤ 6 и 15 ≤ bf tf ≤ 35; для балок при
bf tf 15 в формулах следует принимать bf tf = 15.
Для ригеля перекрытия
следовательно общая устойчивость ригеля перекрытия обеспечена.
Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов ригеля
Проверка местной устойчивости сжатого пояса ригеля:
Согласно [7] устойчивость сжатого пояса следует считать обеспеченной если условная гибкость свеса пояса двутаврового сечения при выполнении требований прочности ([7 п. 8.2.1]) не превышает предельного значения определяемого по формуле:
где – напряжение в сжатом поясе определяемое для однородного сечения по формуле:
где – момент сопротивления основного сечения нетто для сжатой полки балки.
При проверке устойчивости поясных листов в качестве расчетной ширины свеса сварных элементов принимаю расстояние от грани стенки до края поясного листа. При ширине сжатого пояса основного сечения и толщине стенки ригеля расчетная ширина свеса:
Условная гибкость свеса пояса:
Предельное значение на свесе пояса:
следовательно местная устойчивость сжатого пояса ригеля обеспечена.
Проверка местной устойчивости стенки ригеля
Подсчитываем гибкость стенки ригеля:
Проверяем условие необходимости постановки поперечных ребер
– необходима постановка поперечных ребер жесткости балки.
Определим максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости при условии что оно не должно превышать 2hw:
Размер основных поперечных ребер жесткости:
учитывая конструктивные требования примыкания балок настила к ребрам ригеля принимаю . Размеры коротких ребер жесткости: lr1 = 230 мм.
Рисунок 11 – Характерные сечения ригеля перекрытия
Проверка жесткости ригеля
Для рассчитываемого ригеля:
Расчет поясных соединений ригеля
Сдвигающее пояс усилие на единицу длины ригеля подсчитываем по формуле:
Поясные швы ригеля выполняю автоматической сваркой двусторонними непрерывными с одинаковым катетом по всей длине (см. исходные данные).
[7 прил. Г табл. Г.2]; ; [7 табл. 39].
Расчет следует производить по металлу границы сплавления
Принимаем [7 табл. 38].
Расчет опорной части ригеля
Участок стенки ригеля над опорой укрепляем опорным ребром (рисунок 12).
Определяем размеры опорного ребра из условия прочности на смятие его торцевой поверхности:
Пусть толщина опорного ребра тогда ширина опорного ребра:
Принимаем сечение ребра 180х10 мм с площадью .
Проверю опорную часть ригеля на устойчивость как центрально-сжатый стержень высотой ; в расчетное сечение этого стержня включают опорное ребро и часть стенки шириной:
Рисунок 13 – Опорное ребро
) расстояние между центрами отверстий – 110 мм.
Геометрические характеристики сечения условного центрально-сжатого стержня:
-расчетная площадь сечения
- момент инерции сечения относительно оси z
-радиус инерции сечения
-гибкость условного стержня и коэффициент устойчивости
Проверка опорной части ригеля на устойчивость:
где коэффициент устойчивости рассчитываем по линейной интерполяции между значениями = 927 при и = 905 при
Рисунок 14 – Расчет коэффициента устойчивости ригеля
Устойчивость обеспечена.
Проверка швов прикрепления опорного ребра к стенке ригеля при [7 табл. 38].
где – конструктивное требование к расчетной длине флангового
шва [4 п.14.1.7 г]; – количество сварных швов крепящих стенку балки к торцевому опорному ребру.
Нижний торец опорного ребра следует строгать.
Расчет отверстий в опорном ребре
Принимаем болты М20 с отверстий = 23 мм.
Отверстия можно располагать на расстоянии hor 3=9353=312 мм.
Расстояние между центрами отверстий:
Расстояние от центра отверстия для болта до края опорного ребра:
- поперек усилия при обрезных кромках: m
- поперек усилия: max = 4d = 4*23 = 92 мм.
) расстояния от края опорного ребра до центра отверстия:
- вдоль усилия – 80 мм;
- поперек усилия – 50 мм;
4 Расчет и конструирование сопряжений: балки настила с ригелем перекрытия и ригеля перекрытия с колонной по оси Б
Узел сопряжения балки настила с ригелем
Для крепления балки настила к ребрам жесткости ригеля принимаем болты нормальной точности М20 (класс точности B); (∅ 20); класс прочности 5.6 [7 табл. Г.3]; Rbs =210 Нмм2 [7 табл. Г.5] Rbp = 485 Нмм2 при Run = 370 Нмм2 для элементов из стали С245 [5 табл. Г.6].
Рисунок 15 - Шарнирный узел сопряжения
балки настила с главной
Расчетное усилие воспринимаемое одним болтом при работе его на срез
Nbs=Rbs·Ab·ns · γb ·γc = 210·101· 314·1· 09 ·1=5935 кН.
Здесь γb = 1· 09 – коэффициент условий работы болтового соединения [7
Ab = 314 см2 - расчетная площадь сечения стержня болта [7 табл. Г.9];
ns = 1 – число расчетных срезов одного болта.
Количество болтов в соединении
здесь коэффициент 12 учитывает неравномерность вовлечения болтов в работу;
Nbmin - наименьшее из значений расчетного усилия для одного болта.
Принимаем 2 болта размещаем их в соответствии с [7 табл. 40] и подсчитываем геометрические размеры планки.
Длина планки ширина планки bp толщина tpl = 6 мм.
Проверим прочность планки в ослабленном сечении
Здесь Q = Rбн = 4233 кН – поперечная сила в сечении ослабленном отверстиями под болты;
Anpl = (bpl 2dотв) ·tpl = (16 - 2·23) · 06 = 684 см2 – площадь сечения планки нетто.
Узел примыкания ригеля перекрытия к колонне сбоку
На рисунке 16 показано конструктивное решение шарнирного узла при опирании ригеля на колонну сбоку. Опорная реакция ригеля передается с его опорного ребра на столик приваренный к колонне и с него через сварные швы на полку колонны. Торец опорного ребра ригеля и верхняя кромка столика пристрагиваются.
Длину опорного столика определяют из условия размещения сварных швов прикрепляющих его к стенке колонны.
Толщина опорного столика tt ≥ tl + tor + (5 ÷ 10) мм.
Здесь t1 10мм- толщина монтажной прокладки между полкой колонны и опорным ребром; tor – толщина торцевого опорного ребра балки.
Принимаем толщину опорного столика tt = 30 мм.
Так как опорная реакция балки превышает 200 кН опорный столик делают из листа со строганным верхним торцом.
Ширина опорного столика bt ≥ bor + (40 ÷ 50) мм
где bor – ширина опорного ребра ригеля;
(40 ÷ 50) мм – размер необходимый для рихтовки ригеля на монтаже.
Принимаем ширину опорного столика bt = 180+40+ = 220 мм.
Опорное ребро балки крепится к полке колонны на болтах нормальной точности по ГОСТ 7798-70* (класс точности В) поставленных в отверстия на 3 мм больше чем диаметр болтов так как при небольших отклонениях отверстий при изготовлении ригель может зависнуть на болтах и не касаться опорного столика.
Рисунок 16 – Примыкание ригеля перекрытия к колонне сбоку
Длина опорного столика при расчете угловых швов по металлу границы сплавления так как
где Rwf = 215 Нмм2 [7 табл. Г.2]; Rwz = 045 Run = 045 370 = 1665 Нмм2; f = 09; z = 105 [7 табл. 39].
Здесь введен коэффициент 23 для учета эксцентричности передачи нагрузки от опорного ребра ригеля на столик.
Принимаем длину столика .
Крепление опорного ребра к полке колонны выполняем на болтах нормальной точности (класс точности В) диаметром 20 мм (М20). Диаметр отверстий под болты 23 мм. Размещаем болты с учетом возможности их постановки [7] (рисунок 13) и норм расстановки болтов в болтовых соединениях [7 табл. 40]. Расположение болтов в нижней зоне опорного ребра допускает некоторый поворот опорного сечения болта что обеспечивает шарнирность узла.
Расчет и конструирование колонн по оси Б
Конструктивная схема колонны – на рисунке 3.
Колонна – центрально-сжатая (условно принята).
Тип сечения стержня колонны – прокатный двутавр типа Ш по ГОСТ 57837.
При компоновке поперечной рамы из условия ее жесткости в поперечном направлении принят I45Ш4 по оси Б; геометрические характеристики сечения:
h = 464 мм; b = 308 мм; tw (толщина стенки) = 18 мм; tf (толщина полки) = 30 мм; A = 26246 см2; i iy = 7469 см.
Расчетная нагрузка на колонну:
где – опорная реакция ригеля перекрытия (;
Материал колонны – сталь С255Б [ГОСТ 27772]; группа конструкций – 3 расчетная температура в районе строительства [19]; показатели по ударной вязкости и требования по химическому составу [7 табл. В.1 В.2]; материал элементов колонны и базы колонны – сталь С255;
Расчетные характеристки стали двутавра с параллельными гранями полок для стержня колонны – С255Б при толщине проката св. 10 до 20 мм включительно: ; [7 табл. В.4]; для остальных элементов колонны из листового проката С345:
Расчетная схема колонны приведена на рисунке 17.
Геометрические длины колонны:
где – отметка верха настила; – высота главной балки на опоре Б; – высота балки настила; – заглубление колонны ниже нулевой отметки.
Для уменьшения расчетной длины колонны из плоскости ставим вдоль здания распорку. Следовательно:
Расчетные длины колонны:
Для элементов колонны принята полуавтоматическая сварка в среде СО2
() сварочная проволока – Св-08Г2С [7 табл. Г.1]; положение швов – нижнее.
Конструктивный расчет стержня колонны
Рисунок 17 – Схема колонны для расчета
Расчет на устойчивость элементов сплошного сечения при центральном сжатии силой N:
где - коэффициент устойчивости при центральном сжатии [4 прил. Д табл. Д1].
Проверю условие устойчивости для принятого стержня колонны из I 20К1:
где коэффициент продольного изгиба подсчитан по наибольшей условной гибкости [4 табл. Д.1]:
Коэффициент устойчивости рассчитываем по линейной интерполяции между значениями = 643 при и = 602 при
Рисунок 18 – Расчет коэффициента устойчивости колонны
Усстойчивость стержня колонны обеспечена.
Предельная гибкость стержня:
[λ] = 180 – 60 · α = 180 – 60 · 05 = 150.
Условие выполняется.
Проверка прочности стержня [7 п.7.1.1 ф.5]:
Прочность стержня обеспечена.
Проверка местной устойчивости элементов стержня из прокатного профиля типа Ш не требуется.
Проверяем необходимость укрепления стенки колонны поперечными ребрами жесткости [7 п.7.3.3]; они необходимы если ≥ 23.
Рисунок 18 – Сечение стержня колонны I45Ш4
с поперечными ребрами жесткости
Для стержня колонны расчетная высота стенки [7 п.7.3.1]:
= h 2 · 2tf = 464 – 2 · 2 · 30 = 344 мм;
Так как 23 поперечные ребра ставить не требуется однако в соответствии с [7 п. 7.3.3] рассматривая колонну как отправочный элемент (габариты колонны позволяют транспортировать ее полностью к месту монтажа) необходимо укрепить ее стенку не менее чем двумя поперечными ребрами жесткости (рисунок 13).
Размеры поперечных ребер жесткости:
В соответствии с этими расчетами можно было бы принять br = 55 мм и tr = 6 мм но предполагая что некоторые из этих ребер будут использоваться также как элементы для крепления вертикальных связей из плоскости между колоннами следует принять br = 90 мм и tr = 6 мм.
Поперечные ребра привариваем к колонне сплошным двусторонним швом с катетом kf = 10 мм [7 табл. 38].
Конструктивный расчет базы колонны
Для рассчитываемой колонны проектируем базу конструкция которой показана на рисунке 17 тип базы – жесткий; соответствует закреплению нижнего конца стержня колонны.
Расчетное давление на фундамент N = кН.
Материал фундамента – бетон класса прочности B12 с расчетным сопротивлением Rb = 075 кНсм2 [18 прил. Д табл. Д.3].
Требуемую площадь опорной плиты определяют из условия прочности бетона при местном смятии по формуле Areq = NRb при b = 15Rb = 15·075 = 1125 кНсм2.
В данном случае Areq = 872381125 = 77545 см2.
Ширина опорной плиты (рисунок 19)
Вpl = b + 2 (ttr + c) = 308 + 2 (1 + 71) = 470 см
где b = 308 см – ширина полки стержня колонны ttr = 10 см – толщина траверсы (обычно ttr = 8 12 мм); с = 71 см – вылет консольной части плиты; размер с принимают 50 100 мм.
Принимаем длину конструктивно.
Lpl = h + 2c = 464 + 2*53 = 570 см
где h = 464 см – высота стержня колонны; с = 53 см – вылет консольной части плиты.
Принимаем размеры опорной плиты в плане 470х570 мм (Apl = 2679 см2) верхнего обреза фундамента 900х1000 мм.
Размеры верхнего обреза фундамента назначены с учетом нормативного требования согласно которому расстояние от оси анкерных болтов до вертикальной грани железобетонного фундамента должно быть не менее четырех диаметров анкерных болтов (рисунок 14).
Проверяем справедливость назначенного значения b=15 при определении расчетного сопротивления бетона фундамента. Значение b определяем по формуле:
Пересчет плиты не требуется.
Фактическое сжимающее напряжение под опорной плитой (реактивный отпор фундамента):
f = NApl = 2679 = 033 кНсм2.
Изгибающий момент на консольном участке плиты 1 (рисунок 19):
M1 = (f c2)2 = (033 712)2 = 832 кН см.
Найдём наибольший изгибающий момент на участке плиты 2 опертого по трем сторонам. Так как аb = 53308 = 017
M2 = (f а2)2 = (033 532)2 = 46 кН см.
Найдём наибольший изгибающий момент на участке плиты 3 опертого по четырем сторонам. Так как а1b1 = 404145 = 279 > 2 :
M3 = (f b12)8 = (033 1452)8 = 867 кН см.
По наибольшему из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов (Mmax) подсчитываем ее толщину (обычно толщину
принимают в пределах от 20 - 40 мм):
Принимаем плиту толщиной 20 мм; сталь толстолистовая по ГОСТ 27772-
Расчетной схемой траверсы является двухконсольная балка 1-го класса шарнирно опертая на полки колонны (рисунок 19).
Нагрузка – реактивный опор фундамента с половины ширины опорной плиты:
Первоначально определим высоту траверсы из условия размещения сварных швов необходимых для ее крепления к полкам колонны.
Расчет ведем по металлу границы сплавления так как
Здесь Rwf = 215 Нмм2 [7 табл. Г.2]; Rwz = 045 Run = 045 370 = 1665 Нмм2; f = 09; z = 105 – коэффициенты учитывающие глубину проникновения наплавленного металла в основной [7 табл. 39].
При катете шва kf = 16 мм (не менее указанного в [7 табл. 38]).
Принимаем htr = 25 см и производим проверку прочности траверсы при работе на изгиб и срез.
Расчетные усилия в траверсе:
Mtr = 778 43428 – 778 6822 = 165189 кН см;
Qtr = 778 4342 = 16883 кН.
Геометрические характеристики сечения траверсы:
Аtr = 25 1 = 25 см2; Wtr = 1 2526 = 10416 см3.
Проверка прочности траверсы:
= МtrWtr = 1651 1010416 = 15859 Нмм2 Ryγc = 230 Нмм2;
= 15QtrAtr = (15 16883 10)25 = 1013 Нмм2 Rsγc = 1334 Нмм2;
Rs = 058 Ry = 058 230 = 1334.
При определении толщины швов прикрепляющих листы траверсы к плите расчет ведем по металлу границы сплавления (f · Rwf > z · Rwz или 09 · 215 > 105 216 Rwz = 045 370 = 1665 Нмм2):
Принимаем kf = 12 мм [7 табл. 38].
Анкерные болты принимаем конструктивно диаметром 24 мм (тип 1 глубина заделки 850 мм).
Список использованных источников
Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений Ю.И. Кудишин Е.И. Беленя В.С. Инатьева и др.; под ред. Ю.И. Кудишина. – 8-е изд. перераб. и доп. – Москва: Издательский центр «Академия» 2006. – 688 с.
Металлические конструкции: в 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: учеб. для строит. вузов В.В. Горев Л.В. Енджиевский Б.Ю. Уваров В.В. Филлипов и др.; под ред. В.В. Горева. – М.: Высшая школа 1999. – 528 с.
Л.В. Енджиевский. Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы: учеб. пособие Л.В. Енджиевский В.Д. Наделяев И.Я. Петухова: Изд-во АСВ. 1998.-247 с.
Л.В Енджиевский. Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы: учеб.пособие Л.В. Енджиевский В.Д. Наделяев И. Я. Петухова. – Изд. 2-е перераб. и доп. – Красноярск: ИПК СФУ 2010. – 248 с.
Металлические конструкции включая с варку. Краткий курс лекций [Электронный ресурс]: Учеб. – метод. пособие. Сост.: И.Я. Петухова А.В. Фроловская. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т 2018.
Металлические конструкции включая сварку [Электронный ресурс]: Учеб. – метод. пособие к практическим занятиям для бакалавров по направлению 08.03.01 «Строительство». сост. И.Я. Петухова А.В. Фроловская А.В. Тарасов С.В. Григорьев – Красноярск: Сиб. Федер. ун-т 2018.
СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП -23-81*. Введ. 28.08.2017. Москва: Минстрой России 2017. [см. изменения].
СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Введ. 06.04.2017. – Москва: Минстрой России 2016. [см. изменения].
Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: учеб. пособие для строит. вузов В.В. Горев Л.В. Енджиевский Б.Ю. Уваров В.В. Филлипов и др.; под ред. В.В. Горева. – 3-е изд. - Москва: Высшая школа 2004. – 551 с.
СП 294.1325800.2017. Конструкции стальные. Правила проектирования. Введ. 01.12.2017. – Москва: Минстрой России 2017. – 167 с.
ГОСТ 21.501-2018. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации архитектурных и конструктивных решений. – Взамен ГОСТ 21.501-2011; введ. 2019-06-01.
ГОСТ 21.502-2016. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения проектной и рабочей документации металлических конструкций. – Введ. 07.01.2017. 2017. – 29 с.
ГОСТ 26047-2016. Конструкции строительные стальные. Условные обозначения (марки). – Введ. 01.07.84. – М.: Стандартинформ 2016. – 6 с.
ГОСТ 2.321-84. Единая система конструктивной документации. Обозначения буквенные. – Взамен ГОСТ 3452-59; введ. 01.01.85.
ГОСТ 21.502-2016. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения проектной и рабочей документации металлических конструкций. – Введ. 07.01.2017. – Москва: Стандартинформ 2017. – 29 с.
ГОСТ Р 21.1101-2013. Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации. – Взамен ГОСТ Р 21.1101-2009; введ. С 11.06.2013. – Москва: Стандартинформ 2013. – 55 с.
СТО 4.2-07-2014. Система менеджмента качества. Общие требо-вания к построению изложения и оформлению документов учебной и научной деятельности. – Введ. 09.01.2014. – Красноярск: СФУ 2014. – 60 с.
Металлические конструкции включая сварку: метод. пособие сост.: С.В. Деордиев И.Я. Петухова В.Г. Кудрин А.В. Тарасов С.В. Григорьев А.А. Коянкин. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т 2020.
СП 131.13330.2020 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. Введ. 25.06.2021. – Москва: Минстрой России 2020.