Реферат: Сварная колонна

Содержание

Задание ………………………………………………………………….…….2

Расчет сварной колонны ……………………………………………….….…3

Расчет верхней части колонны ………………………………………………3

Расчет нижней части колонны ………………………………………………5

Расчет и конструирование узлов колонны ………………………………….8

Список использованной литературы ……………………………………….13

Спецификация ……………………………………………………………….14

Задание

Рассчитать и спроектировать сварную ступенчатую колонну промышленного одноэтажного здания для поддержания кровли и подкрановых путей. Колонна закреплена к фундаментальной опоре болтами жестко с соблюдением нераскрытия стыка.

/>

Рис.1. Расчетная схема колонны

Исходные данные

/>

Расчет сварной колонны

Несущие элементы внецентренно сжатой сварной колонны будем выполнять из низкоуглеродистой спокойной стали Ст3сп ГОСТ 380-88.

Расчет верхней части колонны

Расчетная длина верхней части колонны

/>,

где />— коэффициент приведения длины; при шарнирном закреплении верхнего конца и жестком сочленении верхней и нижней ветвей колонны принимаем />

/>

Определяем ориентировочно требуемую площадь сечения верхней части по формуле

/>,

где />— коэффициент продольной устойчивости, />при />;

/>— расчетное сопротивление металла, из которого проектируется колонна; />([2], с.98);

/>— коэффициент неполноты расчета, />([1], с.4)

/>

Примем верхнюю ветвь колонны в виде сварного широкополочного двутавра.

Назначим высоту поперечного сечения двутавра с учетом длины />в пределах 300…600 мм.

/>

Принимаем высоту двутавра />; толщину стенки />; толщину полок />

/>

Рис.2. Поперечное сечение верхней ветви колонн

Сечение колонны:

пояса – 2 листа 250×16 мм, площадью 2×25×1,6 = 80 см2;

стенка – 1 лист 300×12 мм, площадью 30×1,2 = 36см2

Площадь верхней части колонны />

Находим геометрические характеристики принятого сечения

/>

При этом должно выполняться соотношение />

/>

Проверим правильность выбранных размеров сечения по формуле

/>

где />— площадь фактически принятого сечения;

/>— коэффициент продольности изгиба ветви относительно оси />с учетом действительных значений />

/>

/>

/>

/>

Местная устойчивость полок двутавра будет обеспечена, если

/>,

где />для стали С38/23 при />([1], с.6)

/>

Местная устойчивость стенки будет обеспечена, если

/>

/>

Расчет нижней части колонны

Нижняя часть колонны воспринимает, кроме сжимающей силы, значительный изгибающий момент. Колонна составного сечения работает как ферма с параллельными поясами.

Колонну изготавливаем из прокатных двутавров. Фасонный прокат выбираем по ГОСТ 8239-72.

/>

Рис.3. Схема продольных усилий в ветвях колонны.

Определяем продольные усилия в ветвях колонны в момент действия трех сил (Р1, Р2, Р2) по формуле

/>

Расчетная длина стержней нижней ветви плоскости колонны

/>,

где />

/>

Назначим двутавр № 45 ГОСТ 8239-72:

--PAGE_BREAK--

/>

Назначим наибольший размер сечения />

/>

Рис.4. Сечение нижней части колонны

Тогда продольные усилия в ветвях колонны при действии двух сил (Р1и Р2) определяем по формулам:

/>,

где />

/>

Требуемая площадь ветвей колонны

/>

Площадь сечения назначенного двутавра № 45 />

Проверим устойчивость обеих ветвей в плоскости колонны по формуле:

/>,

где />— коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии, взятый из таблиц в зависимости от гибкости ветви на расстоянии между узлами планки

/> → />

/>

Устойчивость ветвей из плоскости колонны

/>,

где />— коэффициент продольного изгиба ветви относительно оси />, с учетом расчетной длины ветви />

/> → />

/>

Устойчивость в плоскости действия момента

/>,

где />;

/>

/>— коэффициент продольного изгиба, определяемый по условной приведенной гибкости

Так как у нас прямая решетка, />, то />

/>

Расчет соединительных планок

Определяем

/>,

где />— наибольший момент;

/>

При расчете соединительных планок будем использовать наибольший момент />

/>

В расчетах будем использовать большее значение />

Высота планок />. Принимаем />. Толщина планок />

Наибольшая длина ветви />

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Принимаем расстояние между центрами планок />, что при высоте планки />дает расчетную длину ветви />.

Усилия в планках:

/>,

где />— расстояние между центрами тяжести ветвей, />

/>

Задаемся толщиной швов, прикрепляющих планки к ветвям, />и проверяем их прочность. Для этого сначала находим напряжения в шве от изгиба и среза:

/>

Равнодействующее напряжение

/>

Расчет и конструирование узлов колонны

Оголовок колонны

Давление />передается на плиту оголовка, толщину которой конструктивно назначаем />. С плиты оголовка давление передается на вертикальные ребра оголовка колонны.

Необходимую площадь вертикальных ребер оголовка колонны из условия смятия определим по формуле:

/>

Конструктивно принимаем сечение ребра 160×12 мм, площадь двух ребер 2×16×1,2 = 38,4 см2. Назначаем толщину швов, соединяющих опорные ребра со стенкой колонны 8 мм, и из этого условия находим требуемую длину ребра по формуле:

/>

Проверяем ребро и стенку колонны на срез по формулам:

/>

Так как напряжения среза в ребре и стенке колонны превышают />, увеличим длину ребра до 550 мм.

/>

Расчет и конструирование стыка верхней и нижней частей колонны

Наибольшая вертикальная сила, действующая на траверсу,

/>

При этом каждая полка верхней ветви передает на траверсу

/>

Траверса работает как двутавровая балка, нагруженная двумя вертикальными силами.

Конструктивно высоту траверсы назначаем в пределах />.

Принимаем />; толщину вертикального ребра />.

Находим толщину швов, соединяющих ребра с траверсой, по формуле:

/>

Принимаем толщину швов />.

Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 450×10 мм, а верхний пояс – из листа 300×20 мм.

Найдем геометрические характеристики траверсы и проверим ее на прочность.

Положение центра тяжести сечения траверсы:

/>

/>

/>

/>

Расчетные усилия в траверсе как у балки, опирающейся на ветви, от нагрузки с верхней части колонны будут:

Давление траверсы на подкрановую ветвь

/>

Изгибающий момент у грани верхней части колонны

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Расчетная поперечная сила траверсы с учетом части давления от подкрановой балки на траверсу

/>,

где />

/>

Напряжения в траверсе от изгиба и среза:

/>

/>

Крепление вертикального листа траверсы к подкрановой ветви проверяем на силу />.

Требуемую толщину швов определим по формуле:

/>

Принимаем эти швы толщиной />.

База колонны

Расчетное продольное усилие в ветви />. Требуемая площадь опорной плиты по формуле:

/>,

где />— расчетное сопротивление бетона при местном смятии; />— для бетона марки М100

/>

Назначаем размеры плиты 540×500 мм; фактическое напряжение под опорной плитой:

/>

Изгибающий момент в консольном участке плиты по формуле:

/>

Момент на участке плиты, опертом по четырем сторонам, по формуле:

/>

Требуемую толщину плиты определяем по наибольшему моменту по формуле:

/>

Принимаем толщину плиты />.

/>

Назначаем сечение траверс высотой 400 мм из листа толщиной 14 мм и проверяем ее прочность как однопролетной балки, опирающейся на полки колонны. Равномерно распределенная нагрузка на траверсу

/>

Момент в середине пролета

/>

Поперечная сила

/>

Геометрические характеристики траверсы:

/>

/>

Прочность траверсы:

/>

Швы, прикрепляющие траверсу к полкам колонны, рассчитываем на сдвигающее усилие:

/>

Требуемая толщина швов

/>

Анкерные болты

Принимаем ([2], с.226) четыре болта диаметром />с площадью нетто 4×7,58=30,32 см2. Длина нарезанной части болта 90 мм, длина заделки болта в бетон 1300 мм.

Список использованной литературы

1.Дружинин Н.В., Селиванов М.И. Расчет и проектирование внецентренно сжатой сварной колонны: Метод.указания по выполнению домашнего задания № 3 по курсу «Расчет и проектирование сварных конструкций»/ Под ред. Н.В.Дружинина. – М.: Изд-во МГТУ, 1991. – 12с., ил.

2.Васильев А.А. Металлические конструкции: Учеб. Пособие для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1979. – 472с., ил.