6. Расчет опорного узла балки

Опорные узлы сварных балок укрепляют ребрами. Наибольшее распространение получило конструктивное решение опорной части балки с торцевым опорным ребром (рис.2.6). Иногда применяется опорный узел с внутренними опорными ребрами (рис 2.6). Но этот узел более сложен в изготовлении и не обеспечивает центральной передачи нагрузки.

В опорном узле рассчитываются опорные ребра на смятие, опорная часть сечения балки на устойчивость и крепления опорных ребер к стойке.

Площадь смятия торца ребра по рис. 2.6,а определяется по формуле

где

- расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (табл.1*[3]); - определяется по табл.51*[3]; - коэффициент надежности по материалу (табл.2* [3]) .

Принимаем толщину ребра , поскольку менее 10 ... 12 мм толщину опорных ребер не принимают.

Выступающая вниз часть торцевого опорного ребра не должна превышать Нижняя кромка ребра фрезеруется.

Проверяем опорную стойку балки на устойчивость из плоскости стенки относительно оси Z . В расчетное сечение этой стойки включается сечение опорного ребра и полосы стенки шириной

Расчетная длина стойки принимается равной высоте стенки.

Проверка на устойчивость производится по формуле

где - площадь опорной стойки;

где - ширина опорного ребра балки

- коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости

По приложению 7[1] или по табл. 72[3] находим

Расчет крепления обычных ребер к стенке балки сводится к определению необходимого катета углового по формуле

где - количество расчетных угловых швов; в расчет катета углового шва введена максимальная расчетная длина углового шва, равная

Принимаем катет шва и проверяем длину рабочей части шва:

3. Р АСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНО - СЖАТЫХ КОЛОНН

1. Определение расчетной длины колонны и действующих нагрузок

Расчетная длина колонны определяется относительно главных осей по формулам

где - коэффициент расчетной длины, применяемый в зависимости от условий закрепления концов колонны:

• оба конца закреплены шарнирно, то ;

• если конец жестко, то ;

- геометрическая длина колонны, определяемая по формуле

Здесь H = 700см - высота этажа;

= 1см - толщина настила;

h = 129см - высота главной балки на опоре;

см – высота второстепенной балки;

см – выступ опорного ребра ниже нижней полки;

см - глубина заделки колонны ниже уровня чистого пола (обычно 50 ... 80 см).

Принимаем , получим

На колонну передается нагрузка от главных балок балочной площадки. Поэтому продольную силу можно определить как сумму опорных реакций главных балок, опирающихся на одну колонну.

3.2. Расчет сплошной колонны

Расчет сплошной колонны состоит из двух этапов: подбор сечения и проверка подобранного сечения.

Подбор сечения сплошной колонны производится по методу последовательных приближений и выполняется в следующей последовательности.

Вариант 1

1. Задавшись типом сечения (рис.3.1а), определяем требуемую площадь поперечного сечения по формуле

,

где N - максимальная сила,действующая на колонну;

=1 – коэффициент условий работы

- коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости, которой задаются в пределах 70 ... 100 для сплошных колонн с расчетной нагрузкой до 1500 ... 2500кН и длиной 5...6м, а для более мощных колонн с нагрузкой 2500...4000кН; гибкость можно принять .

Принимаем гибкость и определяем соответствующий ей коэффициент по R_y по табл.72[3] или по приложению 7[4].

2. Определяется требуемый радиус инерции

3. Используют приближенную зависимость между радиусом инерции и размером поперечного сечения определяем требуемую ширину сечения колонны:

где i_y – радиус инерции колонны относительно оси у для двутаврового сечения колонны;

а_у принимаем по таблице 8.1 [4] в зависимости от типа сечения.

Принимаем .

Руководствуясь конструктивными соображениями и возможностью выполнения сварных швов автоматами, обычно принимают .

4. Назначается толщина стенки 6 ... 20 мм. Толщину стенки следует принимать возможно меньшей, т.к. сечение стенки, не увеличивая практически , значительно увеличивает площадь A и, следовательно, уменьшает , что увеличивает гибкость . В случае прикрепления мощных балок стенка не должна быть чрезмерно тонкой, т.к. она будет перенапряженной в месте прикрепления балок.

Принимаем толщину стенки

5. Определяется толщина полок t_f:

А=20.636+340.8=70.4 см²;

принимаем толщину полки t_f =0.6 см.

Рисунок 3.1а – Расчетное сечение сплошной колонны

6. Производится проверка колонны на устойчивость:

находится по по минимальному радиусу инерции, выбираемому из двух величин, определяемых по приближенным формулам

Уточняем наименьший радиус

N=2052.076 кН.

По табл.72[3] находим .

Определяем напряжения

Если перенапряжение, то рекомендуется увеличить ширину полки или толщину, но лучше толщину.

Изменяем толщину полки: t_w=0.8 см; t_f=1.2 см.

Рисунок 3.1б – Принятое сечение сплошной колонны

Недонапряжение составляет

7. Производится проверка местной устойчивости стенки по формуле:

где , если ;

, если (табл.27[3]).

стенка устойчива.

8. Проверяется местная устойчивость полки по формуле

по табл. 29[3];

где b_ef - свободный свес полки колонны

Рисунок 3.1в – Сечение принятой колонны

=66.418;

_;

полка устойчива.

Вариант 2.

1. Задавшись типом сечения (рис.3.1б), определяем требуемую площадь поперечного сечения по формуле:

2. Определяется требуемый радиус инерции

3. Используют приближенную зависимость между радиусом инерции и размером поперечного сечения определяем требуемую ширину сечения колонны:

4. Принимаем трубу стальную бесшовную горячедеформированную по ГОСТ 8732-78* с D=351мм и t=8…25мм.

Примем t=9.5 мм, тогда

Рисунок 3.1г – Сечение принятой колонны

и А=101,87 см²

5. Производится проверка колонны на устойчивость:

По табл.72[1] находим .

N=2052.076 кН

Недонапряжение составляет:

6. должно выполняться условие

3. Расчет сквозной колонны .

Расчет сквозных колонн выполняется в два этапа: подбор сечения относительно материальной оси (ось X , рис.3.2) и подбор сечения относительно свободной оси.

3.3.1. Порядок подбора сечения относительно материальной оси

Сечение подбирается в следующей последовательности :

1. Определяется требуемая площадь сечения

где - коэффициент продольного изгиба , определяемый в зависимости от гибкости , которая назначается в пределах = 45 ... 60 . Принимая , находим по табл.72[3] .

2. Находится требуемый радиус инерции

см.

3. По половине требуемой площади и требуемому радиусу инерции в сортаменте выбираем ближайший больший номер швеллера или двутавра. По ГОСТ 8240-72* принимаем швеллер № 33 с A = 46.5 см² и

3. Производится проверка принятого сечения по формуле

N=2052,076 кН;

.

Принимаем швеллер № 36 с A = 53.4 см² и

Недонапряжение составляет

Принимаем швеллер №36 так как при проверке меньшего профиля напржение получилось больше Ry.

2. Расчет колонны относительно свободной оси

Основной задачей расчета относительно свободной оси является определение расстояния между ветвями из условия равноустойчивости колонны в двух плоскостях X и Y .

Расчет относительно свободной оси производится в следующей последовательности .

1. Определяется наименьший требуемый размер ширины сечения по формуле:

где = 33 - высота сечения, размер профиля ;

- коэффициенты пропорциональностями между радиусами инерции и основными размерами поперечного сечения , определяемые по табл.8.1[4] .

2. Размер ширины колонны увязывается с необходимым зазором между ветвями для возможности очистки и окраски ветвей с внутренней стороны

,

где - ширина полки швеллера;

C = 10см- зазор между ветвями , обычно принимается в пределах 10 ... 15см.

Окончательно ширина колонны принимается наибольшей из и округляется до конструктивно удобных размеров, кратных 1см. Принимаем b = 41 см.

3. Производится проверка сечения относительно свободной оси по формуле

где находится по приведенной гибкости , которая зависит от типа решетки .

Если решетка из планок, то

Если решетка раскосная, то

Здесь

- расстояние между центрами палок ( длина ветви ) ;

- гибкость отдельной ветви при изгибе в плоскости , перпендикулярной оси 1-1

( рис.3.2 ) ;

- момент инерции сечения одной планки относительно собственной оси ;

- момент инерции сечения ветви относительно собственной оси 1-1;

- расстояние между осями ветвей;

- площадь сечения раскоса решетки , лежащего в плоскости , перпендикулярной

оси 1-1;

- коэффициент , определяемый по формуле

где - длина раскоса ;

- проекция раскоса на вертикаль .

Для определения необходимо задаться размерами планок. Обычно ,

Чтобы планки не выпучивались , должны быть выдержаны соотношения

Принимаем

Округляя, получим по ГОСТ 82-70*

Толщину планки принимаем

Соотношения

 условия соблюдаются

Определяем