Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

4.9 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

 

Рисунок 14 – Схема монтажного стыка на высокопрочных болтах

Принимаем болты диаметром 20 мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 23 мм. Тогда кН/см², A_bn = 2,45 см². Способ подготовки поверхности - газопламенный без консервации, способ регулирования натяжения - по углу поворота гайки. Для этих условий коэффициент трения μ = 0,42, регулятор натяжения g_h =1,02. Тогдаращетное усилие на один болт

Q_bh== 0,7×110×2,45×0,42/1,02 = 77,7 кН.

Стык поясов перекрываем накладками из стали С245 сечением 550×12 с наружной и 2×260×12 с внутренней стороны поясов. При этом суммарная площадь сечения накладок  см², что несколько больше площади сечения поясов.

Усилие в поясах

кН.

Требуемое количество болтов в стыке поясов

Принимаем 18 болтов. Ставим их, как показано на рис. 14, в соответствии с требованиями

Стык стенки перекрываем парными накладками из листа t =10 мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстоянии в ряду a=100 мм (максимально допустимое расстояние  мм. Число болтов в ряду 16 шт.  мм. Момент, приходящийся на стенку, равен

 кН×м;

Проверяем прочность болтового соединения на сдвиг

кН.

5. Расчет и конструирование колонны

5.1 Подбор сечения сплошной колоны балочной площадки

В соответствии с заданием принимаем сплошное сечение колонны. Принимаем шарнирное закрепление концов колонны (коэффициент μ=1). Материал - сталь класса С235, лист t = 4÷20 мм. R_y= 23 кН/см².

Геометрическая длина колонны равна отметке верха настила (из задания) за вычетом толщины настила t_н, высоты балки настила и главной балки h_г.б., с учетом выступающей части опорного ребра 2см, заглубления колонны ниже отметки чистого пола на 0,6 м. с учетом μ=1 составляет  м.

Усилие в колонне  кН.

Рисунок 17 – К определению расчетной длины колонны

Определяем ориентировочную требуемую площадь сечения по формуле (4.1) при  g_с = 1

 см²

Проектируя колонну с гибкостью, равной примерно l=60 , найдём наименьшие размеры h и b_f

см

 см

Поскольку ширину колонны b_f не рекомендуется принимать больше высоты h, а толщину стенки принимают обычно  мм и толщину поясов , то компонуем сечение колонны с см.

Принимаем: пояса – 2 листа 420×15 мм, площадью 2A_f=2×42×1,5=126,0 см² , стенка – 1 лист 460×10 мм, площадью A_w=4,6×1.0=46.0см², рис. 18 Площадь сечения колонны  см².

Рисунок 18 – Сечение сплошной колонны

Находим геометрические характеристики принятого сечения:

 см⁴;

 см;

 см.

Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна:

По большей из гибкостей находим коэффициент продольного изгиба  (табл. П.Б.16) и проверяем устойчивость стержня колонны

 кН/см²<R_y=23 кН/см².

Недонапряжение составляет

 < 5%

Местная устойчивость стенки стержня колонны обеспечена. Таким образом, подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей и местной устойчивости и может быть выполнено с помощью автоматической сварки.

Поперечные ребра не требуются т.к.

5.2 Конструкция и расчет оголовка колонны

Принимаем плиту оголовка толщиной t_пл= 25 мм и размерами 530x420 мм. Давление главных балок передается колонне через ребро, приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами Д. Сварка полуавтоматическая, в углекислом газе, проволокой Св-08Г2С, кН/см², кН/см², β_f=0,7 β_z=1,0.

Принимаем ширину ребер 200 мм, что обеспечивает необходимую длину участка смятия мм. Толщину ребер находим из условия смятия

см=25 мм.

Рисунок 21 – Оголовок колонны

Принимаем t_p = 25 мм. Длину ребра l_р находим из расчета на срез швов Д его прикрепления. Примем k_f =10 мм. Тогда

см.

Принимаем l_p=51 см. При этом условие см выполнено. Шов Е принимаем таким же, как и шов Д. Проверяем стенку на срез вдоль ребра

 кН/см²>R_s=13,3 кН/см².

Необходимо устройство вставки верхней части стенки. Принимаем ее толщину t_вст=25 мм, а длину  мм.

 кН/см²<R_s=13,3 кН/см².

Торец колонны фрезеруем после ее сварки, поэтому швы Г можно не рассчитывать По табл. 6 прил. Б принимаем конструктивно минимально допустимый катет шва k_f = 7 мм. Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами, сечение которых принимаем 100x8 мм.

5.3 Конструкция и расчет базы колонны

Рисунок 22 – База колонны

Определяем требуемую площадь плиты из условия смятия бетона

,

где . Значение коэффициента g зависит от отношения площадей фундамента и плиты. ( принимать g =1,2.) Для бетона класса В15 R_пр = 0,7 кН/см². – расчетное сопротивление бетона на смятие R_см.б=g×R_пр=1,2 × 0,7=0,84 кН/см²

 см².

Принимаем плиту размером 650×560 мм. Тогда  см²

 кН/см²<R_см.б

Рисунок 24 – Схема участка плиты 2 Рисунок 25 – Схема участка плиты 3

Находим изгибающие моменты на единицу длины d = 1 см на разных участках плиты.

Участок 1 рассчитываем как балочную плиту, так как отношение сторон b/a=460/203 = 2,26 > 2

кН×см/см.

 

Участок 2 (консольный) рис 24:

кН×см/см.

 

Участок 3 работает так же, как консольный, так как отношение сторон 420/80=5,25>2. Свес консоли на 20 мм больше, чем на участке 2 для размещения анкерных болтов.

 кН×см/см

Толщину плиты подбираем по наибольшему моменту M₁, M₂, M₃ из условия

.

Момент сопротивления полоски плиты шириной d=1 см равен

,

откуда, учитывая, что дли стали C235 при  мм

 кН/см²,  см = 32 мм.

Принимаем t_пл = 35 мм.

Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Соответствующие характеристики:

 кН/см²,  кН/см², b_f=0,7, b_z=1,0.

Расчет выполняем по металлу шва, так как (3,2<4,08) Учитывая условие находим требуемую величину катета шва k_f из условия

см = 9,2 мм.

Принимаем k_f = 10 мм. При этом требуемая длина шва составит мм., поэтому высоту траверс принимаем 600 мм.

Крепление траверсы К_f=8мм принимаем конструктивно, так как применен фрезеровочный торец колоны.

6. Список рекомендуемой литературы

1.Металлические конструкции /Под ред. Ю.И. Кудишин. Академия 2006. – 680 с.

2.Узлы балочных площадок: Метод. указ. / Моск. инж.-строит. ин-т им. В.В. Куйбышева. – М.: ШСИ, 1980. – Ч.1.