Проектирование рабочей площадки производственного здания

 

Минимально допустимая толщина  шва  при толщине пояса t_f = 28мм принимается , что больше получившегося по расчету . Принимается толщина .

 

 

 

 

 

 

 

 

Центрально сжатые колонны  применяются для поддержания  междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, эстакадах  и т.д.

Колонны передают нагрузку от выше лежащей конструкции на фундамент. Расчетная схема одноярусной  колонны определяется с учетом способа  закрепления её в фундамент, а  так же способа прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.

Расчетная длина колонны  определяется по формуле:

 

где -коэффициент расчетной длины, принимаемый в зависимости от закрепления концов стержня, при шарнирном креплении колонны сверху и снизу =1,

В нашем случае рассматривается  расчет сквозной колонны, сечение которой  составлено из двух швеллеров.

 

3.1. Подбор сечения  сквозной колонны

3.1.1. Расчет относительно  материальной оси x-x.

Подбор сечения колонны  начинается с определения требуемой  площади поперечного сечения  колонны по формуле:

 

где N- расчетная нагрузка на колонну, передаваемая балками. Так как на колонну опираются две главные балки, то

- реакция главной балки,

- коэффициент продольного  изгиба, в зависимости от продольного  изгиба 

-расчетное сопротивление стали марки С38/23 фасонного профиля.

Требуемый радиус инерции  сечения 

 

 

 

см,

По требуемой площади  сечения и радиусу инерции  подбираем по сортаменту соответствующий  прокатный профиль и выписываем действительные характеристики принятого  сечения h, для сечения, составленного из двух швеллеров.

По см² и , по сортаменту подбирается два швеллера № 33. Тогда см² и .

Затем рассчитываем гибкость стержня:

 

По, в зависимости от определяется коэффициент продольного изгиба ,

Проверяется устойчивость стержня  колонны по формуле

 

 

Перенапряжение не допускается, недонапряжение допускается не более 5 %:

 

Принимается сечение, составленное из двух швеллеров № 33 на планках.

 

 

3.1.2. Расчет относительно  свободной оси y - y.

 Определяется расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости: где - приведенная гибкость относительно оси y-y, - гибкость относительно оси x-x.

Для этого задаются гибкостью  ветки на участке между планками Длина рядовых планок где в – ширина сечения сквозной колонны. Концевые планки принимаются длиной, равной примерно . Толщина планок назначается из конструктивных , и в пределах 6…12 мм.

Ширина сечения сквозной колонны 

 

где - ширина пояса швеллера,

а – 100…150 мм из конструктивных соображений

Принимаем - для швеллера №33

а=100 мм

Тогда,

 

 

 

 

Максимальное расстояние между планками определяется по принятой гибкости :

 

где = 30 – гибкость на участке между планками, 2.97 см – радиус инерции швеллера № 33.

 

Принимаем

Тогда расчетная длина  ветви

 

Значение принимается кратным высоте колонны.

Затем вычисляется соотношение 

 

где - момент инерции площади поперечного сечения планки;

= 410 см⁴ – момент инерции сечения швеллера № 33, в сортаменте

,

 

 

 

Вычисляется гибкость стержня  колонны . При

 

Определим радиус инерции сечения стержня колонны:

 

где - момент инерции сечения колонны

 

 

 

,

принимается в = 33 см.

Определяется гибкость стержня  колонны относительно свободной  оси:

 

И тогда 

Т.к. , то напряжение можно не проверять, колонна устойчива в двух плоскостях.

 

 

3.2.  Расчет планок.

Расчет планок сквозной колонны  сводится к назначению их размеров и расчету их прикрепления к ветвям.

Расчет планок проводится на условную поперечную силу . 

где А- площадь поперечного сечения стержня колонны.

 

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани:

 

Определяется изгибающий момент и поперечная сила в месте  прикрепления планки:

 

 

Принимается приварка планок к полкам швеллера угловыми швами  с катетом шва ,

Определяется, какое из сечений  угловых швов по прочности, по металлу  шва или металлу границы сплавления имеет решающее значение.

 

По СНиП «Стальные конструкции» принимаем для электродов типов Э-42, Э-42А, сварочной проволоки марки Св-08А, Св-08; коэффициенты, зависящие от вида сварки,

 

Следовательно, необходима проверка по металлу шва.

Для проверки определяется расчетная площадь сварного шва

 

момент сопротивления  шва

 

Определяются напряжения в шве от момента и поперечной силы

 

 

Прочность шва проверяется  по равнодействующему напряжению

 

 

 

Проверка выполняется.

3.3. Расчет оголовка  колонны.

Опорная плита, на которую  укладываются балки, принимается конструктивно  толщиной . Расчетными элементы оголовка является ребро(диафрагмы) и швы, прикрепляющие ребра к колонне.

 

Высота ребер определяется требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны:

 

где - продольная сила в колонне,

- принимается  по наименьшей толщине свариваемых  элементов, но не менее 6 мм,

 – расчетное  сопротивление металла шва,

 – коэффициент  условий работы,

Толщина ребра  определяется из условия среза

 

где Q=0.5N

Принятая толщина ребра  проверяется на смятие торцов ребер  под полным опорным давлением:

 

где – расчетное сопротивление смятию.

Чтобы придать жесткость  ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стержня колонны, в местах передачи сосредоточенных нагрузок ставятся вертикальные ребра, воспринимающие нагрузку, и обрамляются снизу горизонтальным ребром толщиной t = 6 мм.

  

где - толщина шва, которой задаются,

- расчетное сопротивление  шва,

- коэффициент условий работы,

Тогда,

 

 

Принимается .

Толщина ребра

 

- длина распределения давления. Здесь – ширина опорного ребра.

– расчетное сопротивление  торца ребра смятию.

 

Принимается .

Проведем проверку ребра  на срез ,

 

Проверка выполняется.

3.4. Расчет базы  колонны.

Расчетными элементами базы являются размеры опорной плиты  в плане, толщина опорной плиты  и высота траверсы .

Требуемая площадь опорной  плиты:

 

где  N – расчетная нагрузка на колонну;

- расчетное сопротивление  сжатию бетона фундамента.

 

-расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (по заданию):

 

Для определения размеров сторон плиты задаются шириной плиты

 

где h – высота сечения колонны;

- толщина траверса;

 – вылет консоли,  минимальное значение из конструктивных  соображений 100 мм.

 

тогда

 

Принимаем размеры плиты , соблюдая условие:

 

Определяется напряжение под плитой базы

 

 

Конструируется база колонны  с траверсами толщиной 15 мм, которые  привариваются к полкам колонны  и к плите угловыми швами. Опорная  плита базы сечением колонны и  траверсами разделяется на участки.

Вычисляются наибольшие изгибающие моменты на каждом из этих участков, действующие на полосе шириной 1 см.

Участок 1, опертый на четыре каната:

 

где - коэффициент, определяемый по таблице Б.Г.Галеркина, в зависимости от отношения большей стороны участка к меньшей ; - отпор фундамента; a – меньшая сторона участка.

 

 

 

 

Участок 2, опертый на три  каната:

 

где - коэффициент, определяемый по таблице в зависимости от отношения меньшей стороны участка к большей, тогда участок рассматривается как консольный, тогда

 

Участок 3 консольный участок  с вылетом с=8 мм.

 

Требуемая толщина плиты  определяется по формуле:

 

где - наибольший из найденных для различных участков изгибающий момент в полоске шириной 1 см.

 

Принимается

Толщина плиты принимается  по сортаменту в пределах 20…40 мм.

При резком отличии моментов по величине на различных участках плиты надо внести изменения в  схему опирания плиты, чтобы, по возможности, выровнять величины моментов, что должно привести к облегчению базы.

Высота траверс определяется из условия размещения сварных швов, крепящих траверсы к колонне. Суммарная  длина швов:

 

 

 

Прикрепление траверсы к  колонне рассчитывается по металлу  шва, так как:

 

 

 

 

 

 

 

Проверим допустимую длину  шва 

,

 

Требование к максимальной длине швов выполняется.

Проверяется прочность швов, приваривающих траверсы к плите:

 

При вычислении суммарной  длины швов с каждой стороны шва  не учитывалось по 1 см на непровар.

Приварка торца колонны  к плите выполняется конструктивными  швами  , так как эти швы в расчете не учитывались.

Базы колонны крепятся к фундаменту двумя или четырьмя анкерными болтами, диаметры которых  принимаются конструктивно 24…26 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Беленя Е.И. Металлические конструкции. – М. Стройиздат, 1976-600с.
2. СНиП 2-23-81 Стальные конструкции / Госстрой СССР – М. : ЦИТП
3. Проектирование рабочей площадки производственного здания : Методические указания / Сост. Т. А. Стасевич.- Комсомольск-на-Амуре : Комсомольский-на-Амуре гос. Техн. Университет, 2006-36с.
4. ГОСТ 82-70. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный.- Введ. 01,01,72. М. : Из-во стандартов, 1988-7с.
5. ГОСТ 8239-89. Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент – Введ. 01,01,90. – М. :   Из-во стандартов, 1990-7с.