Стальные конструкции рабочей площадки

курсовая работа

8. Расчет колонны

Рисунок 8. Схема определения геометрической длины колонны

Рассчитываемая колонна является сквозной, составного сечения из двух швеллеров. Расчетная схема колонны представляет собой балку на шарнирных опорах.

Определим геометрическую длину колонны:

Определим расчетную длину колонны:

Определим расчетную нагрузку, действующую на колонну:

8.1 Расчёт колонны относительно материальной оси

Рисунок 9. Профиль колонны

Зададимся гибкостью колонны в зависимости от нагрузки: (по опыту проектирования).

Определяем коэффициент продольного изгиба в зависимости от гибкости и расчетного сопротивления стали .

Подбираем сечение стержня, рассчитывая его относительно оси . Определяем требуемую площадь сечения:

В соответствии с сортаментом принимаем два швеллера №40 со значениями и близкими к требуемым:

№ профиля

h, мм

A, см2

ix, см

Ix, см4

g, кг/м

iy, см

Iy, см4

b, см

s, см

t, см

40

400

61,5

15,7

15220

48,3

3,23

642

11,5

0,8

13,5

С учетом выбранного швеллера гибкость относительно оси :

.

Коэффициент продольного изгиба для =2,237:

Проверяем устойчивость относительно оси :

условие выполнено.

8.2 Расчет относительно свободной оси

Определяем расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости в двух плоскостях: . Принимаем гибкость ветви , а затем определяем требуемую гибкость по формуле относительно свободной оси :

В соответствии с типом принятого сечения расстояние между ветвями b определяется из выражения iy = 0.44 b

Полученной гибкости соответствует радиус инерции:

.

Определяем расстояние между ветвями:

.

Полученное расстояние должно быть не менее двойной ширины поясов двутавров с зазором:

- примем величину .

Просвет между ветвями: b1 = b - 2bf = 50 - 211,5 = 27 см

8.3 Проверка сечения относительно свободной оси

Момент инерции относительно оси :

.

Радиус инерции сечения относительно свободной оси:

.

Гибкость стержня относительно свободной оси:

Приведенная гибкость колонны:

, отсюда

Устойчивость колонны относительно свободной оси:

Окончательно принимаем x = 65,210, y = 76,259

8.4 Расчет планок

Рисунок 10. Схема расположения планок и сечение колонны

Устанавливаем размеры планки:

Планки заводим на ветви на 50 мм

Ширина планки:

Высота планки:

Толщина планки:

Расстояние между планками:

Расчетная длина между планками:

Определяем расчетные усилия, действующие на одну планку:

Поперечная сила и изгибающий момент, действующие на планку одной грани:

Принимаем приварку планок к полкам двутавров угловыми швами . Так как прочность угловых швов при будет меньше прочности планки, то достаточно выполнить проверку прочности сварных швов. Присоединение планок осуществляется ручной сваркой электродами Э42 (в расчете учитываем только вертикальные участки шва).

Площадь и момент сопротивления сварного шва:

; где - коэффициент, принятый по

Напряжения в шве от момента и поперечной силы:

;

.

Равнодействующее напряжение:

Прочность конструкции обеспечена

8.5 Расчет оголовка колонны

Опирание балок на колонну принято сверху. Поэтому оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок.

Определяем величину катета сварного шва по металлу шва:

По металлу границы сплавления:

Ввиду большой толщины сварного шва торец колонны и ребро необходимо фрезеровать. В этом случае давление от балок будет передаваться непосредственно через опорную плиту на ребро оголовка, назначается конструктивно. Принимаем .Толщину опорной плиты принимаем конструктивно .Высоту ребра оголовка определяем из условия, требуемой длины швов, передающих нагрузку на стержень колонны. Принимаем .

По металлу шва:

По металлу граница сплавления:

Принимаем

Толщину ребра оголовка определяем из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

, где

lсм = длина сминаемой поверхности, равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка.

Rp - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, принято по таблице.

Расчет БАЗЫ колонны

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилия с колонны на фундамент. Конструкцию базы принимаем с траверсами. Траверса служит для более равномерного распределения усилий от колонны на плиту и увеличивает ее несущую способность.

Бетон фундамента класса В 12,5, для которого призменная прочность [СНиП 2.03.01-84, таблица 13].

Расчетную нагрузку на базу определяем как сумму нагрузок:

- нагрузку на колонну

- вес колонны

=1.05 - коэффициент надежности по нагрузке

Определяем требуемую площадь опорной плиты базы колонны:

Ширину плиты принимаем по конструктивным соображениям:

, где

h - расстояние между траверсами, высота сечения ветви

tтр - толщина траверсы, которая из конструктивных соображений принимается как 10..16 мм, принимаем = 10 мм

c- свободный выступ плиты за траверсу, принимаемый равным 2..6 см

Длина плиты:

- принимаем .

Плита работает как пластинка на упругом основании, воспринимающая давление от ветвей, траверс и ребер. Для простоты расчета давление под плитой принимается равномерно-распределенным.

Плиту рассчитываем как пластину, нагруженную снизу равномерно - распределенным давлением и опертую на элементы сечения стержня и базы колонны (траверсы, диафрагмы, ребра).

Напряжение под плитой:

.

Определение толщины опорной плиты

В соответствии с конструкцией принятой базы, плита имеет участки: опертые на четыре канта (1), на три канта (2) и на два канта (3).

Участок №1, опертый на 4 канта: , расчетный момент определяется как для однопролетной балочной плиты по формуле:

Участок №2, опертый на 3 канта:

плита рассчитывается как консоль

Участок №3 , опертый на 1 кант:M2=M3

По максимальному моменту определяем толщину плиту:

- в соответствии с сортаментом (ГОСТ 103-76*) принимаем

Высоту траверсы находим по длине сварных швов, необходимых для прикрепления ее к стержню колонны. Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой сварочной проволокой СВ-08Г2С.

,

Расчет ведем по металлу шва, так как

При 4-х вертикальных швах с катетом высота траверсы составит:

- принимаем высоту траверсы

ПРОВЕРКА ТРАВЕРС НА ПРОЧНОСТЬ

Траверса рассчитывается, как однопролетная балка с консолями:

;

.

На максимальном участке:

.

Приварку торца ветвей колонны к опорной плите выполняем конструктивными швами 6 мм, так как эти швы в расчете не учитывались.

Делись добром ;)