Металлические конструкции. Примеры расчёта элементов конструкций одноэтажных производственных зданий (стр. 12 )

Определим степень упругости защемления стенки в поясах

3.6, где

= 0.8 для всех балок, кроме подкрановых.

Критическое нормальное напряжение

кН/см;

С = 34.34 получено по табл. 7 при = 3.6.

Проверим местную устойчивость стенки по формуле

= = 0.48= 1.

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена.

Назначаем размеры промежуточных поперечных ребер жесткости:

ширина bр≥h /30+40=1250/30+40=82 мм,

принимаем bр = 82 мм;

толщина tр≥bр/15=82/15=5,3 мм,

принимаем tр = 6 мм.

Проводим расчет опорных ребер жесткости. Требуемая площадь опорного ребра по смятию торца:

,

где Rсм = 35,5 кН/см2 – расчетное сопротивление смятию торцовой поверхности.

Принимаем толщину ребра tр = 1,4 см, тогда bр = 24,4/1,4=17,7 см. Окончательно принимаем сечение ребра 180х14 мм. Сечение удовлетворяет условию 0,5 bр/tр = 0,5·180/14=6,4<0,5 , то есть местная устойчивость обеспечена.

Проверяем опорную стойку балки на устойчивость из ее плоскости. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки,

b см.

Условная площадь ребра:

A=A см.

Момент инерции опорной стойки:

I см4.

Радиус инерции опорной стойки:

см.

Гибкость опорной стойки:

; по прил., табл. 5 φ = 0,929.

Устойчивость из плоскости балки:

кН/см2.

Устойчивость опорного ребра обеспечена.

Рассчитаем поясные швы сварной балки. Швы выполняем двусторонними, автоматической сваркой в лодочку сварочной проволокой Св-08А.

Определяем толщину шва в сечении у опоры.

Срезывающее усиление на 1 пог. см одного шва:

кН/см.

[J1] [J2] Статистический момент сечения пояса относительно нейтральной оси:

S см3.

Сварные угловые швы рассчитываем на условный срез по двум сечениям:

по металлу шва ,

по металлу границы сплавления ,

где βf и βz – коэффициенты (см. прил.1, табл.7); kf – катет углового шва, см; Rwf = 18 кН/см2, Rwz = 16,2 кН/см2 – расчетное сопротивление соответственно металла шва и границы сплавления; γwf = γwz = 1 – коэффициент условий работы шва; lw = 1 – расчетная длина шва, см.

Размеры катетов швов kf должны быть не более 1,2t, где t – наименьшая толщина соединяемых элементов, но не менее указанной в прил.1, табл.8.

см,

см.

Принимаем по прил.1, табл. 8 минимально допустимый при толщине пояса tп = 25 мм катет шва kf = 7 мм, что больше получившегося по расчету kf = 1,7 мм.

Выполняем расчет сопряжения вспомогательной балки с главной.

Расчет сопряжения балок в одном уровне сводится к определению количества или диаметра болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу с помощью поперечного ребра жесткости.

Расчетной силой является опорная реакция балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренного приложения усилий на стенку главной балки. Рас-

Рис.26. Главная балка балочной клетки.

четная погонная нагрузка на вспомогательную балку (см. расчёт вспомогательной балки) составила 52,5 кН/м. При пролете вспомогательной балки l = 6,5 м:

кН.

Целесообразно для сопряжения балок принимать два или три болта. Возьмем три болта нормальной точности (кН/см2).

Определяем диаметр болта d из формулы:

,

где nср = 1 – количество рабочих срезов болта; n – количество болтов.

Тогда при n = 3:

см.

В соответствии с прил., табл. 8 принимаем три болта диаметром 24 мм.

Приняв два болта нормальной точности, получим требуемый диаметр d = 2,9 см. примем два болта диаметром 30 мм.

Чертёж главной балки показан на рис. 26.

7.3. Расчёт и конструирование колонн балочной клетки.

7.3.1.Общие положения.

Центрально сжатую колонну балочной клетки проектируют сплошного или сквозного сечения.

Стержень сплошной колонны назначают из прокатных профилей или листов (Рис.27), образующих открытое или замкнутое сечение. Колонны открытых типов удобнее в монтаже, их поверхности доступны для ремонта и окраски, но такие колонны в большинстве случаев не обладают равноустойчивостью. Замкнутые позволяют обеспечить равноустойчивость, но сильно затрудняют использование болтовых соединений и требуют полной изоляции внутренней полости от вредных воздействий внешней среды.

Сечение сплошной колонны обычно принимают в виде широкополочного двутавра.

Технические решения составных стержней показаны на рис.28. Ветви (пояса) объединяют решеткой из уголков, планками из листовой стали, жёсткими вставками или перфорированными листами. Наибольшее применение нашли сквозные колонны из прокатных профилей.

Такие колонны конструируют из двух швеллеров прокатного профиля, связанных между собой решеткой в виде соединительных планок или равнобоких одиночных уголков.

При нагрузках на колонну, превышающих несущую способность двух швеллеров наибольшего по сортаменту номера, колонна может быть запроектирована из двух прокатных двутавров.

В качестве расчетных схем принимают или схему с шарнирным закреплением верхнего и нижнего концов колонны, или схему с жестким закреплением нижнего конца колонны и шарнирным закреплением ее верхнего конца.

При определении расчетной высоты колонны следует учитывать условия закрепления ее концов. Геометрическую высоту колонны при опирании балок сверху принимают равной разности между заданной высотой до верха настила рабочей площадки Н и фактически принятой строительной высотой балочной клетки. При примыкании главной балки к колонне сбоку высоту колонны принимают равной Н. Конструкция закрепления базы колонны к фундаменту должна соответствовать принятой расчетной схеме колонны.

Равноустойчивость колонны характеризуется равенством гибкости по обеим осям.

В двутавровом сплошном сечении для обеспечения этого условия необходимо, чтобы ширина колонны равнялась двум высотам. Последнее приводит к неконструктивным решениям.

В сквозных колоннах расстояние между осями прокатных элементов определяют, исходя из равноустойчивости колонны в отношении материальной и свободной осей. Материальная ось (ось х-х) пересекает стенки швеллеров, а свободная (ось у-у) проходит параллельно стенкам и размещается между ними (см. рис.30). Соединительными элементами принимают уголки или планки.

Площадь поперечного сечения (номер швеллера или двутавра) находят из условия устойчивости стержня относительно материальной оси. Относительно этой оси стержень работает как сплошной.

Рис.27. Типы сечений сплошных колонн: а, б – открытого типа;

в – замкнутого типа.

Рис.28. Технические решения составных стержней:

а и е – стержни сплошного сечения; б - д – сквозные стержни.

б – соединение на планках; в – на жёстких вставках; г – решетчатое;

д – перфорированное замкнутого типа.

Типы сопряжений балок с колоннами показаны на рис. 29.

Рис. 29. Сопряжение балок с колоннами:

а и б – опирание балок сверху; в и г – опирание сбоку.

Рис.30. Варианты решений соединительных элементов в сквозных колоннах. а – соединение ветвей планками; б – соединение уголками.

Специфика проверки устойчивости относительно свободной оси состоит в том, что здесь необходимо определить приведенную гибкость, учитывающую деформативность ветвей на участке между узлами соединительных элементов (расстояние между планками в свету), а также деформативность самих соединительных элементов. Расчёт относительно свободной оси сводится к определению расстояния между ветвями. Это расстояние назначают таким, чтобы гибкость стержня относительно материальной оси была равна приведённой гибкости относительно свободной оси.