Министерство общего и профессионального образования РФ
Кафедра строительных конструкций
Курсовой проект по дисциплине
"Металлические конструкции"
2009 г.

Реферат
В курсовом проекте выбрана схема проектируемой балочной площадки; произведен расчет стального настила; подобраны и проверены балки настила; рассчитана наиболее нагруженная главная балка площадки; определены расчетные усилия и произведена компоновка сечения с наибольшим изгибающим моментом и на расстоянии  от опоры.
Произведена расстановка ребер жесткости и проверена местная устойчивость стенки. Рассчитана опорная часть балки, поясные швы. Произведен расчет монтажного стыка главной балки; наиболее нагруженной колонны; оголовка колонны; базы колонны.
Все расчеты произведены в соответствии с нормативной документацией.

Содержание
Исходные данные
1.     Выбор схемы балочной клетки
2.     Расчет стального настила
3.     Компоновка балочной клетки
4.     Определение высоты и размеров главной балки
5.     Расчет соединения поясов со стенкой
6.     Изменение сечения балки по длине
7.     Правка местной и общей устойчивости элементов главной балки
8.     Расстановка ребер жесткости
9.     Расчет монтажного стыка главной балки
10.   Расчет опорной части главной балки
11.   Подбор и компоновка сечения сквозной колонны
12.   Расчет базы колонны
13.   Расчет оголовка колонны
Литература

Исходные данные
1.  Шаг колонн в продольном направлении, А = 15 м.
2.  Шаг колонн в поперечном направлении, В = 6 м.
3.  Габариты площадки в плане, 3А×3В.
4.  Отметка верха настила – 11 м.
5.  Величина полезной нагрузки, р = 22 кН/м².
6.  Допустимый относительный прогиб настила ¹/₂₀₀.
7.  Тип колонны: сквозная.

1. Выбор схемы балочной клетки
Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки подразделяются на 3 типа: упрощенные, нормальные и усложненные. В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственно на балки, располагаемые параллельно короткой стороне перекрытия, затем на вертикальные несущие конструкции (стены, стойки). В балочной клетке нормального типа балки настила опираются на главные балки, а те на колонны или другие конструкции. В усложненной балочной клетке балки настила опираются на вспомогательные, которые крепятся к главным балкам.
Толщина настила зависит от полезной нагрузки:
при полезной нагрузке 10 кПа – t_н = 6 мм
при полезной нагрузке 10 – 20 кПа – t_н = 8 мм
при полезной нагрузке более 20 кПа – t_н = 10 мм.
Тип балочной клетки выбирают путем анализа различных вариантов, сравнивая расход металла, технологические требования.
2. Расчет стального настила

t_н – толщина настила; f – прогиб; l_н – допустимый пролет; а.б.н. – шаг балок настила

При временной распределенной нагрузке 22 кПа принимаем толщину настила 10 мм.
Толщина настила на изгиб с распором можно вычислить приближенно из условия заданного предельного прогиба по формуле:
 где
Е₁ – цилиндрическая жесткость настила.
При коэффициенте Пуассона ν = 0,3 (для стали) Е₁ определяется по формуле:



3. Компоновка балочной клетки
Сравним 2 варианта компоновки балочной клетки:
I вариант.
Пролет главной балки делим на 19 промежутков по 78,9 см.
Определяем вес настила, зная, что 1м² стального листа толщиной 10 мм весит 78,5 кг.
g = 78,5 кг/м² = 0,785 кН/м²
Нормативная нагрузка на балку настила:
qⁿ = (pⁿ + gⁿ)·a = (22 + 0,785)·0,789 = 28,88 кН/м = 0,29 кН/см
Расчетная нагрузка на балку настила:

q = (n_p·pⁿ +n_g·gⁿ)·a = (1,2·22 + 1,05·0,785)·0,789 = 21,48 кН/м
Расчетный изгибающий момент для балки настила длинной 6 м:

Требуемый момент сопротивления балки:

Принимаем двутавр №30 по ГОСТ 8239–72, имеющий: I = 7080 см⁴, W =472, вес g = 36,5 кг/м, ширину полки 13,5 см.
Проверяем на прогиб:
f = (5/384)·ql⁴/EI

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прогиба и прочности, т. к. W = 597 см³ > W_тр = 390,5 см³.
Общую устойчивость балок настила проверять не надо т. к. их сжатые пояса надежно закреплены в горизонтальном направлении приваренным к ним настилом.
Определяем расход металла на 1м² перекрытия: настил – 78,5 кг/м², балки настила g/a = 42,2/0,789 = 53,5 кг/м².
Весь расход металла: 78,5 + 53,5 = 132 кг/м² = 1,32 кН/м².


Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 1 – Схема блочной клетки (нормальный вариант)
II вариант (усложненная компоновка)

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 2 – Схема блочной клетки (усложненный вариант)
Принимаем настил, как и в I варианте.
Расстояние между балками настила а = 600/8 = 75 см < 78 см.
Пролет балки настила l = 3,75 м.
Нормативная и расчетная нагрузка на нее:
q^н = (22 + 0,785)·0,750 = 17,1 кН/м = 0,171 кН/см.
q = (1,2·22 + 1,05·0,785)·0,75 = 20,42 кН/м
Расчетный изгибаемый момент и требуемый момент сопротивления балки


Примем I 20, имеющий: I = 1840 см⁴, W = 184 см³, g = 21 кг/м.
Проверяем только прогиб балки, т. к. W = 184 см³ > W_тр = 145 см³.

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и прогиба.
Определяем нормативную и расчетную нагрузку на вспомогательную балку:


Определяем расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления вспомогательной балки:


Принимаем I 55, имеющий: I = 55150см⁴; W = 2000 см³
ширину и толщину полки
b = 18 см, t = 1,65 см, g = 89,8 кг/м
Т.к. W = 2000см³ > W_тр = 1873 см³, проверяем балку на прогиб

Затем проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета, в сечении с наибольшими нормальными напряжениями. Их сжатый пояс закреплен от поперечных смещений балками настила, которые вместе с приваренным к ним настилом образуют жесткий диск. В этом случае за расчетный пролет следует принимать расстояние между балками настила l₀ = 75 см.
Исходя из условий формулы

   в сечение l/2;
при τ = 0 и с₁ = с получаем

Подставляя значения δ в формулу, получаем:

Поскольку 5,62 > 4,17, принятое сечение удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости и прогиба.
Суммарный расход металла
78,5 + 21/0,75 + 89,8/3,75 = 133,455 кг/м²
По расходу материала I вариант выгоднее.
4. Определение высоты и размеров главной балки

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 3 – Расчетная схема и усилия в главной балке



Найдем усилия:



Минимальная высота сечения сварной балки из условия жесткости при f/l =1/200 должна быть (см. с. 91 (II)):
h_min/l = 1/30, откуда
h_min = 1500/30 = 50 см
При расчете по эмпирической формуле толщина стенки составит
t_ст = 7 + 3·500/1000 = 8,5 мм.
Принимаем таблицу стенки 10 мм (четного размера).
Оптимальная высота балки при t_ст = 10 мм будет:

где k = 1,15 – для сварных балок.
Назначаем высоту балки 170 см.
Проверяем принятую толщину стенки из условия действия касательных напряжений:
t_ст = 3Q/2hR_sγ_c = 3·1275000/2·170·13500·1 = 0,8 см < 1 см,
т.е. условие удовлетворяется.

Проверяем условие, при соблюдении которого не требуется постановка продольных ребер в стенке

Принятая стенка толщиной 10 мм удовлетворяет прочности на действие касательных напряжений и не требует постановки продольного ребра для обеспечения местной устойчивости.
Подбираем сечение сварной балки:
I = W (h/2) = 20787·(170/2) = 1766895 см⁴
I_ст = t_ст·h_ст³/12 = 1·(170 – 2t_n)³/12 = 1·(170 – 2·2)³/12 = 381191 см⁴ –
момент инерции стенки.
где h_ст = h – 2t_n = 170 – 2·2 = 166 см.
t_n = 2 см – принимаемая толщина полки.
Момент инерции полок:
I_n = I – I_ст = 1766895 – 381191 = 1385704 см⁴.
h₀ = h – t_n = 170 – 2 = 168 см –
расстояние между центрами тяжести полок.
Площадь сечения одной полки
A_n = 2I_n/h₀² = 2·1385704/168² = 98 см².
Ширина полки b_n = A_n/t_n = 98/2 = 49 см.
Принимаем сечение полок 500×20 мм.
Проверяем принятую ширину (свес) поясов b_n по формуле, исходя из обеспечения их местной устойчивости:


условие удовлетворяется тоже, при упругопластической работе сечения балки

где h_cn = h – 2t_n = 170 – 2·2 = 166 см.
Проверяем принятое сечение на прочность
Фактический момент инерции
I = (t_ст – h_ст³/12) + 2a²A_n = (1·166³/12) + 2·84² ·100 = 1792391 см⁴,
где a = h₀/2 = 168/2 = 84 см.
Фактический момент сопротивления
W = I/(h/2) = 1792391/85 = 21087 см³.
Напряжение по формуле составит
σ = M/W = 4781·10⁵/21087 = 226,7 < 230 МПа = R_yγ_c,
условие удовлетворяется.
Проверяем касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки
τ = QS/It_ст = 1275000·11844/1792391·1 = 8425 Н/см² = 84 МПа < R_sγ_c = =135 МПа.

где S – статический момент полусечения
S = A_n·(h₀/2) + (A_ст/2)·(h_ст/4) = 100·84 + (1·166·166/2·4) = 11844 см³
Полная площадь сечения баки
А = 166·1 + 2·100 = 366 см²
Масса 1 м балки (без ребер жесткости):
а = 366·100 (7850/10⁶) = 287 кг/м, а с ребрами жесткости 1,03·287 =
= 296 кг/м.
5. Расчет соединения поясов со стенкой
Сдвигающее усилие Т, приходящееся на 1 см длины балки составит:
T = τ·t_ст =QS_n/I = 1275·8400/1792391 = 6 кН,
где S_n – статический момент пояса (сдвигаемого по стыку со стенкой) относительно нейтральной оси:
S_n = A_n·(h₀/2) = 10·84 = 8400 см³.
Сдвигающая сила Т воспринимается двумя швами, тогда минимальная толщина этих швов при длине l_w = 1 см, будет
k_f ≥ QS_n/n·I·(βR_w)·γ_c = T/2·(βR_w)·γ_c = 6000/2·1·1·16200 = 0,185 см,
где (βR_w) – меньшее из произведений коэффициента глубины проплавления (β_f или β_z) на расчетное сопротивление, принимаемое по условному срезу металла на границе сплавления шва (Rwzγwz); при γwt = γwz = = 1 и для автоматической сварки проволокой d = 2 мм марки СВ – 08А (по ГОСТ 2246 – 70*) βf = 0,9 имели
βfRwfγwf = 0,9·180·1 = 162 МПа.
Принимаем конструктивно минимальную толщину шва kf = 7 мм, рекомендуемую при толщине пояса 17 – 22 мм (см. табл. 3.3. с. 62 [II]).
6. Изменение сечения балки по длине

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 4 – К изменению сечения по длине
Место изменения сечения принимаем на расстоянии ¹/₆ пролета от опоры. Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Разные сечения поясов соединяем сварным швом встык электродами Э42 без применения физических методов контроля.
Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:
x = l/6 = 15,6 = 2,5 м
M₁ = [qx·(l – x)]/2 = [170·2,5·(15 – 2,5)]/2 = 2656 кН·м = 265600 кН·см
Q₁ = q·(l/2 – x) = 170·(15/2 – 2,5) = 850 кН

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:


Определяем требуемый момент инерции поясов (I_ст = 381191 см⁴)
I_n1 = I₁ – I_ст = 1154725 – 381191 = 773534 см⁴
Требуемая площадь сечения поясов
A_n1 = 2I_n1/h₀₁ = 2·773534/168² = 54,8 см²
Принимаем пояс 280×20 мм, A_n1 = 56 см²
Принимаемый пояс удовлетворяет рекомендациям
b_n1 > 18 см, b_n1 >170/10 = 17 cм
Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:
I₁ = I_ст + 2b₁t_n·(h₀/2)² = 381191 + 2·28·2·(168/2)² = 1171463 cм⁴
W₁ = 2I₁/h = 2·1171463/170 = 13782 cм³
σ_max = M₁/W₁ = 265600/13782 = 19,3 кН/см² < R^св = 0,85·23 = 19,55 кН/см²

7. Проверка общей и местной устойчивости элементов главной балки
1) Проверка прочности балки.
Проверяем максимальные нормальные напряжения в поясах в середине балки:
σ = M_max/C₁W = 478100/1,1 = 20,6 кН/см² < R = 23 кН/см²
Проверяем максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:


Проверяем местные напряжения в стенке под балкой настила
σ_m = F/t_ст·l_м =128,88/1·17,5 = 7,36 кН/см² < R,
где F = 2·21,48·6/2 = 128,88 кН – опорные реакции балок настила
l_м = b + 2t_n = 13,5 + 2·2 = 17,5 см – длина передачи нагрузки на стенку банки.
Проверяем приведенные напряжения в месте изменения сечения балки (где они будут максимальны):


где


Проверки показали, что прочность балки обеспечена.
2) Проверяем общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет l₀ – расстояние между балками настила в середине пролета балки, где учтены пластические деформации:
и

где , так как τ = 0 и С₁ = С
В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго и δ = 1)

Проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.
3) Проверка прогиба не производится, так как h = 170 > 50 см = h_min


Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 5 – Схема монтажного стыка главной балки
8. Расстановка ребер жесткости
Определяем необходимость постановки ребер жесткости:

λ_ст = 2,2 – при действии местной нагрузки на пояс балки.
Вертикальные ребра жесткости необходимы. Кроме того, в зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила, т. к. местные напряжения в стенке в этой зоне не допустимы. Определяем длину зоны использования пластических деформаций в стенке по формуле:

Определяем средние значения М и Q на расстоянии х = 157,9 см. от опоры под балкой настила

M₂ = [qx·(l – x)]/2 = [170·1,579 (15 – 1,579)]/2 = 1801 кН·м = 180100 кН·см
Q = q·(l/2 – x) = 170·(15/2 – 1,579) = 1006,5 кН
Определяем действующие напряжения:

где W = 20787 см³ из определения высоты и размеров главной балки.

σ_м = 7,36 кН/см² (из расчета балки на устойчивость)
Определяем критические напряжения:

где h₀ = h_cт, λ_усл = λ_ст = 4,9
 R_ср = 13,5 кН/см²
Размеры отсека a₁/h₀ = M = 0,95 и δ_м/σ = 7,36/8,46 = 0,86


По таблице 7.6. (с. 158 [I]) при δ = 1,9; a/h₀ = 0,9 предельное значение σ_м/σ = 0,109
Расчетное значение σ_м/σ = 0,86 > 0,109
σ_кр определяем по формуле:

где с_кр = 33,1 по табл. 7.4 (с. 155 [I]) при δ = 1,9
Определяем σ_мкр

где
с₁ = 11 по табл. 7.5 (с. 156 [I]) при δ = 1,9
a₁/2h_ст = 157,9/2·166 = 0,47
Подставляем все значения в формулу

Устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер жесткости на расстоянии а₁ = 157,9 см возможна.
Определяем размеры ребер жесткости ширина b_p = h_ст/30+40 = 1660/30 + 40 = 95 мм
Примем b_p = 120 мм
толщина
Примем t_p = 7 мм

9. Расчет монтажного стыка главной балки

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 6 – Схема опорной части главной балки
Стык делаем в середине пролета балки, где М = 4781 кН·м и Q = 0.
Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 20 мм из стали «селект», имеющий по таблице 6.2 ; обработка поверхности газопламенная. Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения:

где
 γ_б = 0,85:
т. к. разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше 1 мм;
М = 0,42 и γ_н = 1,02;
Принимая способность регулирования натяжения болта по углу закручивания, k = 2 – две плоскости трения.
Стык поясов. Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 500×12 мм и 2×220×12 мм, общей площадью сечения
A_n = 1,2·(50 + 2·22) = 112,8 см² > A_n = 100 см²
Усилие в поясе определяем по формуле:
M_n = MI_n/I = 4781·1385704/1792391 = 3696 кН·м

N_n = M_n/h₀ = 3696/1,68 = 2200 кН
где I, I_n, h₀ – из расчета главной балки
Количество болтов для прикрепления накладок рассчитываем по формуле:
n = N_n/Q^ВБ = 2200/132 = 16,6
Принимаем 16 болтов.
Стык стенки. Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 320×1560×8 мм.
Определяем момент, действующий на стенку
М_ст = MI_ст/I = 4781·381191/1792391 = 1016 кН·м
Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:
a_max = 1660·2·80 = 1500
Находим коэффициент стыка
 = M_ст/ma_maxQ^ВБ = 101600/2·150·132 = 2,56
Из таблицы 7.8 (с. 166 [I]) находим количество рядов болтов по вертикали k.
при  = 2,56 k = 13
Принимаем 13 рядов с шагом 125 мм.
Проверяем стык стенки по формуле:



Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса
А_п.нт = 2,0·(50 – 2·5,785) = 86,86 см² > 0,85 А_n = 0,85·100 = 85 см²
Ослабление пояса можно не учитывать.
Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями
 = 112,8 – 4·2·1,2·5,785 = 57,2 см² < 0,85A_n = 85 см².
Принимаем накладки толщиной 18 мм
 = 1,8·(50+2·22) – 4,2·1,8·5,785=85,9 cм² >0,85A_n = 85 см²
10. Расчет опорной части главной балки
Опорная реакция балки F = 1275 кН
Определяем площадь смятия торца ребра

где R_см.т. = 35,5 кН/см² = 355 МПа (прил. 4 [I]).
Принимаем ребро 280×14 мм,
А_р = 28·1,4 = 39,2 см² >35,9 см². Проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

А_ст = А_Р + t_cт·b_ст = 39,2 + 1·19,45 = 58,65 см²
I_z = 1,4·28³/12 + 19,45·1³/12 = 2562 cм⁴

λ = h_ст/iz = 166/6,6 = 25,1 по приложению 7 (I) φ = 0,947

Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой С_В – 08Г₂. Предварительно находим параметры сварных швов и определяем минимальное значение β . По таблице 5.1 (I) принимаем  = 215 МПа = 21,5 кН/см²; по прилож. 4 (I) – =165 МПа = 16б5 кН/см², по табл. 5.4. (I)
β_ш = 0,9; β_с = 1,05
β_ш·  = 0,9·21,5 = 19,3 кН/см² > β_c·  = 1,05·16,5 = 17,32 кН/см²
Определяем катет сварных швов по формуле:

Принимаем швов k_м = 7 мм.
Проверяем длину рабочей части шва:
l_м = 85·β_с·k_м = 85·1,05·0,7 = 62,5 см < h_cт = 166 см
Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.
11. Подбор и компоновка сечения сквозной колонны
Постоянная нагрузка от собственного веса колонны – 1,5 кПа. Расчетное усилие в стержне колонны:

N = 1,01·(n_p·p + n_g·g) ·A·B = 1,01·(1,2·22 + 1,05·1,5) ·15·6 = 2540 кН
Длина колонны: l₀ = 11 – 0,01 – 0,3 – 1,72 = 8,97 м
Зададимся гибкостью λ = 60 и находим φ = 0,785 (по прил 7 [1]), площадь сечения
A_тр = N/(φ·R) =2540/0,785·28 = 115,5 см²,
где R = 28 кН/м² – расчетное сопротивление для стали марки В_ст 3nc6 – 2 радиус инерции:
i_mp = l₀/λ = 897/60 = 14,95
По сортаменту ГОСТ 8240 – 72* принимаем два швеллера 40 со значениями А = 2·61,5 = 123 см³; i_x = 15,7 см.
Рассчитываем гибкость относительно оси х
λ_х = 897/15,7 = 57; φ_х = 0,800 (прил. 7)
Проверяем устойчивость относительно оси х
σ = N/φA = 2540/0,8·123 = 25,8 кН/м² < R = 28 кН/см²

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 7 – Сечение сквозной колонны

Расчет относительно свободной оси.
Определяем расстояние между ветвями колонны из условий равноустойчивости колонны в двух плоскостях λ_пр = λ_х, затем требуемую гибкость относительно свободной оси у-у по формуле:

Принимаем гибкость ветви равной 30 и находим
Полученной гибкости соответствуют радиус инерции i_y = 897/48 = 18,7 см; и требуемое расстояние между ветвями b = i·y/0,44 = 18,7/0,44 = 42 см
Полученное расстояние должно быть не менее двойной ширины полок швеллеров плюс зазор, необходимый для оправки внутренних поверхностей стержня b_тр = 2·115 + 100 = 330 мм < 42 см, следовательно принимаем ширину колонны = 420 мм.
Проверка сечения относительно свободной оси.
Из сортамента имеет: I₁ = 642 см⁴; i₁ = 3,23 см; z₀ = 2,68 см.
I_y = 2·[642 + 61,5·(21 – 2,75)²] = 42250 см⁴
Расчетная длина ветви l_b = λ₁·i₁ = 30·3,23 = 97 см
Принимаем расстояние между планками 97 см м сечение планок 10×250 мм, тогда
I_пл = 1·25³/12 = 1302 см⁴
Радиус инерции сечения стержня относительно свободной оси

Гибкость стержня относительно свободной оси
λ_у = 897/18,5 = 48,5
Для вычисления приведенной гибкости относительно свободной оси надо проверить отношение погонных жесткостей планки и ветви
I_пл/b_0: I₁/l_в = I_пл·l_в/I₁b₀ = 1302·122/642·36,5 = 6,7 >5
Здесь b₀ = 42 – 2·2,75 = 36,5 см – расстояние между ветвями в осях.
Приведенную гибкость вычисляем по формуле при отношении погонных жесткостей планки и ветвей более 5.

Т.к. λ_пр = λ_х, напряжение можно не проверять, колонна устойчива в двух плоскостях.

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 8 – К проверке сечения относительно свободной оси
Расчет планок
Расчетная поперечная сила:
Q_усл = 0,27А = 0,27·123 = 33,21 кН
Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани.

Q_пл = Q_усл/2 = 33,21/2 = 16,6 кН
Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки
М_пл = Q_пл·l_b/2 = 16,6·122/2 = 1012 кН·см
F_пл = Ql_b/b_a = 16,6·122/36,5 = 55,5 кН
Принимаем приварку планок к полкам швеллеров угловыми швами с катетом шва k_ш = 0,8 см.
= 200 МПа, β_ш = 0,8
Необходима проверка по металлу шва. Расчетная площадь шва
А_уш = k_ш·l_ш = 0,8·(25 – 2·0,8) = 18,72 см²
Момент сопротивления шва
W_ш = k_ш·l²_ш/6 = 0,8·(25 – 2·0,8)²/6 = 73 см³
Напряжение в шве от момента и поперечной силы:
σ_уш = М_пл/W_ш = 1012/73 = 13,86 кН/см²
τ_уш = F_пл/А_уш = 55,5/18,72 = 2,9 кН/см²
Проверяем прочность шва по равнодействующему напряжению:

Размеры планки 320×250×10

12. Расчет базы колонны
Требуемая площадь плиты из условия смятия бетона найдем по формуле:

где R_см.б = γ·R_b, для В 12,5 => R_b = 7,5 МПа: γ = 1,2
R_cм.б. = 1,2·7,5 = 9 МПа
Принимаем плиту размером 55×60 см
А_пл = 55×60 = 3300 см²; σ_ф = N/A_пл
σ_ф = N/A_пл = 2540/3300·10^-1 = 7,7 МПа < R_см.б = 9 МПа
Толщину плиты принимаем из расчета отдельных участков.
М = σ_ф·а²/2 = 770·9²/2 = 31185 Н·см = 0,31 кН·м
Проверим работу среднего участка плиты 1, заключенного между ветвями и опертыми по четырем сторонам. Отношение сторон составит
b/a = 404/400 = 1,01
Требуемый момент сопротивления сечения плиты составит W = M/R_yγ_c = = 31185/20500 = 1,52 см³,
где R_y = 205 МПа – при толщине листов 21 – 40 мм.
При толщине табл. 5.5 (с. 137 II) вычисляем изгибающие моменты для полос шириной 1 см
М_а = α₁·σ_ф·а² = 0,05·770·40² = 61600 Н·см
М_в = α₂·σ_ф·а² = 0,048·770·40² = 59136 Н·см

при b/a = 1,01; α₁ = 0,05; α₂ = 0,048     
Требуемую толщину плиты определяем по М_а:

Принимаем плиту толщиной 40 мм.
Высота листов траверсы:
h = N/β_f·k_ш·R_ушγ_с·n_ш = 2540000/0,7·1·18000·1·1·4 = 50,3 см
где k_ш = 10 мм, n = 4 – число швов.
Принимаем высоту траверсы = 50 см.
Анкерные болты принимаем конструктивно диаметром 24 мм.
Размеры фундамента в плане принимают на 15 – 20 см в каждую сторону от опорной плиты.
L_Ф×В_Ф = 80×90 см

условие прочности фундамента соблюдаются. Глубина заделки анкеров диаметром 24 мм должна быть не менее 850 мм.

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 9 – Схема базы колонны

13. Расчет оголовка колонны

Рисунок  SEQ Рисунок \* ARABIC 10 – Схема оголовка колонны
Принимаем толщину опорной плиты оголовка 20 мм.
При k_ш = 0,8 см, высота ребра составит:
h_p = N/4β_f·k_ш·R_уш·γ_уш·γ_с = 2540000/4·0,7·0,8·18000·1·1 = 62 см.
Принимаем высоту ребра 62 см.
Длина ребра l_p = 320 мм = z
l_p = 28 + 2 + 2 = 32 см
Толщина ребра:
t_p = N/l_p·R_s = 2540000/0,32·33200 = 2,4 см
Принимаем t_p = 25 мм
R_s = 332 МПа
z – расчетная длина распределения местного давления опорных ребер балки.
Проверяем напряжение в швах, прикрепляющих ребра оголовка к плите при k_ш = 12 мм.

σ = N/β_f·h_ш·Σl_ш = 2540000/0,7·1,2·154 = 19635 Н/см² = 196,35 МПа < < R_уш·γ_уш·γ_с = 200 МПа,
где Σl_ш = 2·42 + 2·(40 – 5) = 154 см
Ветви колонны приваривают к опорной плите швами толщиной 6 – 8 мм.
Размер плиты оголовка назначаем конструктивно 500×460 мм.

Литература
1.  Металлические конструкции. Учебник для вузов. Под редакцией Е.И. Беленя – М.: Стройиздат, 1986 г.
2.  Примеры расчета металлических конструкций. Учебное пособие для техникумов. Мандриков А.П. – М.: Стройиздат, 2001 г.
3.  Методические указания. Сост. И.В. Слепнев. Краснодар, 2006 г.