Подбор сечения нижней части колонны

Нижнюю часть колонны проектируем сплошной несимметричного сечения. Принимаем сплошное составное сечение с подкрановой ветвью из двутавра и наружной полкой из листа. Высота сечения h1=1000 мм. Для двутаврового сечения r_x»0.42h и r_x»0.35h. Действующие на ветви колонны усилия составляют (комбинация усилий для ветвей):

- для расчёта подкрановой ветви

М₁= -418,84 кН·м; N= -334,18 кН;

- для расчёта шатровой ветви

М₂= 255,9 кН·м; N= -737,5 кН

Расчётная длина нижней части колонны в плоскости действия моментов l_efx1=20,82 м, из плоскости действия моментов l_efу1=11,28 м.

Из условий обеспечения общей устойчивости колонны из плоскости действия момента (из плоскости рамы), высоту прокатного двутавра назначаем в пределах , что соответствует гибкости λ=60…100.

При Н₁=11,28м, высота двутавра должна быть в пределах

Назначаем двутавр №30Б1 со следующими геометрическими характеристиками:

Гибкость , чему соответствует

Принимаем

Определим предельную гибкость

;
.

В первом приближении принимаем h=1.5 (для двутавра h=1.2…1.7);

По табл. 74 [2] j_e=0.597.

принимаем α=0,5

Проверка устойчивости нижней части колонны в плоскости действия момента

По табл. 73 [2] коэффициент формы сечения:

Приведенный относительный эксцентриситет:

По таблице 74[2] φ_е¹ = 0.301; φ_е² = 0.343

Проверка устойчивости из плоскости действия момента.

Для определения m_x, найдём максимальный момент в пределах средней трети расчётной длины нижнего участка колонны:

При этом

Поэтому согласно п.5.31 [2]:

φ_y =0.289 (при λ_y= 150) по табл. 72 φ_с =0.598 (при λс= 94)

Тогда:

Поскольку , то стенку необходимо укрепить поперечными рёбрами жёсткости, расположенными на расстоянии (2.5…3) h_w. Устанавливаем рёбра на равных расстояниях с шагом 2.5 м. Размеры рёбер: b_h=h_w/30+ 40=984/30+ 40=72.8мм; мм.

Принимаем b_h=75 мм, t_s= 5 мм.

Проведем проверку местной устойчивости пояса: отношение расчетной ширины свеса поясных полок к толщине должно подчиняться условию:

Таким образом, выше приведенное условие примет вид: 16,47 < 16,7, следовательно, местная устойчивость пояса обеспечена.

Рисунок 6.3 Поперечное сечение подкрановой части колонны

6.2. Конструирование и расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом (см. табл. 5.2):

а) М = 65 кНм; N = -67 кН;

б) М = -49 кНм; N = -149 кН

Давление кранов D_max = 465 кН.

Прочность стыкового шва (ш.1 по рис. 6.4) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.

Принимаем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70^* в углекислом газе по ГОСТ 8050-85.

Расчетное сопротивление сварного соединения (23 кН/см²); коэффициент условия работы шва γ_с = 0,95.

1) Первая комбинация M и N:

наружная полка:

,

где .

внутренняя полка:

.

2) Вторая комбинация M и N

наружная полка:

,

внутренняя полка:

.

Толщина стенки траверсы определяется из условия ее смятия.

Расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (имея в виду наличие пригонки):

,

где - нормативное значение временного сопротивления для листовой стали С235 по ГОСТ 27772-88 при t = 2÷20 мм и t от 20 до 40 мм [2];

γ_m = 1.025 – коэффициент надежности по материалу.

Тогда:

,

где , (b_s – ширина опорного ребра подкрановой балки – см. рис. 6.4).

Принимаем t_tr = 8 мм (равной толщине стенки колонны).

Усилие во внутренней полке верхней части колонны (вторая комбинация M и N):

Определяем длину шва крепления внутренней полки верхней части колонны к стенке траверсы (ш. 2 по рис 6.4). Примем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой Св-08А по ГОСТ 2246-70^*, d = (1.4÷2) мм, (табл. 38^* [2]), β_f = 0.9; β_z = 1.05 (табл. 34^*[2]); R_wf = 180МПа, . При этом условие:

; МПа,

162<180<189 выполняется и, следовательно, расчет можно вести только по металлу шва:

см.

6,1 см < cм.

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш. 3 по рис 6.4) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы (1,2,3,5,7).

кН

Здесь 0.9 учитывает, что N и M взяты для второго основного сочетания нагрузок.

Требуемая длина шва:

см

12,69 см < cм

Требуемую высоту траверсы определяем из условия прочности стенки подкрановой ветви

см.

t_w = 5,8 мм - толщина стенки двутавра № 30Б1.

Принимаем h_tr = 500 мм

Поверим прочность траверсы как балки, нагруженной N, M и D_max. Нижний пояс траверсы принимаем из листа 280х10 мм, верхние горизонтальные ребра – из двух листов 130х10 мм..

Геометрические характеристики траверсы:

- положение центра тяжести сечения:

см

- момент инерции относительно центральной оси «х»:

см⁴

- момент сопротивления для наиболее удаленной точки сечения от центральной оси «х».

см³

Максимальный изгибающий момент в траверсе M_tr при комбинации усилий «б»:

кНсм

Нормальное напряжение в траверсе:

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов:

где к – коэффициент, учитывающий неравномерную передачу давления D_max.

Касательные напряжения:

Рисунок 6.4 Узел сопряжения верхней и нижней части колонны

6.3 Конструирование и расчет базы колонны

Для сплошной колонны применяем общую базу. Для лучшей передачи момента на фундамент база внецентренно-сжатой колонны развивается в плоскости действия момента.

Определение размеров опорной плиты

Задаёмся шириной опорной плиты:

(кратно 50мм)

где c = 50 мм;

b_c – 296 мм – ширина нижней части колонны;

t_тр – толщина траверсы, принимаем t_тр = 10 мм.

Длину опорной плиты определяем исходя из условия возникновения под плитой в бетоне фундамента нормальных напряжений:

где - расчётное сопротивление бетона фундамента на сжатие.

Для бетона класса В 12,5 a=1, R_b = 9,5 МПа;

примем φ_b=1,3

где A_ф – площадь верхнего обреза фундамента;

A_р – площадь опорной плиты.

Расчётное сочетание усилий: M₁ = 274 кНм, N₁ = -556кН;

где y = 0,75 – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение

напряжений в бетоне.

Округляя длину опорной плиты кратно 50 мм, принимаем размер исходя из конструктивных соображений L=100+2·10=120 см.

A_p= B·L = 45´120 =5400 см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

кН/см²;

Из условия работы опорной плиты на изгиб рассматриваем различные условия опирания и определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1 (консольный свес с₁=(45-29,6-2·1)/2= 6.7 см):

Участок 2 (консольный свес с₂=10 см):

Участок 3 (плита опертая на четыре стороны: b/a= 98.6/21.7= 4.5>2, ):

Принимаем для расчёта М_max= М₃=6,47 кНсм.

Требуемая толщина плиты:

где - т.к. t<40мм

Принимаем t_пл=1.4 см (с учетом припуска на фрезеровку).

Расчёт и конструирование траверсы

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к колонне. В запас прочности все усилия в колонне передаём на траверсы через 4 угловых шва. Принимаем полуавтоматическую сварку сварочной проволокой Св-08А по ГОСТ 2246-70^*, d = (1.4÷2) мм, (табл. 38^* [2]), β_f = 0.9; R_wf = 180МПа, , :

<

Принимаем h_tr = 300 мм (с учетом возможных непроваров по концам швов).

Крепление траверс к плите принимаем угловыми швами ручной сваркой электродами Э46 по ГОСТ 9467-75, для которых ;

Условие выполняется, поэтому расчет ведем по металлу шва.

где см, (1см – учитывает возможный непровар по длине каждого из швов)

8 мм; мм

Принимаем мм

Проверяем прочность траверсы, работающей на изгиб

кНсм

кНсм

см³

Принимаем h_tr = 300 мм,

Рисунок 6.5 Траверса
6.4 Расчет анкерных болтов

Расчетные значения изгибающего момента и нормальной силы, действующие в уровне верхнего обреза фундамента в соответствии с таблицей.

М = 168 кНм

N = -68 кН

Требуемая площадь сечения нетто анкерных болтов, устанавливаемых в базе колонны, определится из выражения

см²

где R_ba=185 МПа (18,5 кН/см²) – расчетное сопротивление растяжению анкерных (фундаментных) болтов из стали ВСт3кп2 по ГОСТ 535-88

Площадь поверхности сечения одного болта составит

см²

где n=2 – принятое число анкерных болтов в базе с одной стороны.

В соответствии с таблицей 62 принимаем анкерные болты диаметром d=30мм, для которых см² > см²

Длина заделки болта в бетон фундамента должна быть не менее 1300мм.

Плитка под анерные болты

Плитка под анкерные болты работает на изгиб как свободно лежащая на траверсах балка, нагруженная по середине пролета сосредоточенной силой:

кН

Просвет между траверсами составляет мм

Максимальный изгибающий момент в плитке:

кНсм

Требуемый момент сопротивления сечения плитки:

см³

где R_y=220МПа принят по таблице как для стали С235 по ГОСТ 27772-88 при толщине листового проката св.20 до 40 мм.

коэффициент условия работы

Назначаем сечение из одной плитки шириной 250 мм и толщиной 30 мм с одним отверстием диаметром мм под болт 36мм.

Фактический момент сопротивления (нетто) плитки:

см³ > см³

Напряжение в плитке по ослабленному сечению составляет

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. – М.: ЦИТР Госстроя СССР, 1986. – 36 с.

2. СНиП II-23-81^*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. – М.: ЦИТР Госстроя СССР, 1990, 2001. – 96 с.

3. СНиП 2.03.01.-84^*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. – М.: ЦИТР Госстроя СССР, 1989. – 80 с.

4. Металлические конструкции: Общий курс. Учеб. для вузов / Г.С.Ведерников, Е.И.Беленя, В.С.Игнатьева и др.; Под ред. Г.С.Ведерникова. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760 с.

5. Металлические конструкции. В 3 т. Т 2. Конструкции зданий: Учеб. для строит. вузов / В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов, Г.И.Белый и др.; Под ред. В.В.Горева. – М.: Высш. шк., 1999. – 528 с.

6. А.И.Колесов. Расчет стальных рам одноэтажных промзданий. Методич. указания по курсовому и дипломному проектированию для специальности 1202 “ПГС” заочного и вечернего обучения. Вып. 1. Компановка каркаса и статический расчет поперечной рамы. – Горький: ГИСИ, 1984. – 82 с.

7. Б.Б. Лампси. Методические указания к выполнению курсового прокета по курсу «Металлические конструкции» для студентов направления 550100 – «Строительство» с ориентацией на специальность 290300 «Промышленное и гражданское строительство» - Н.Новгород: ННГАСУ, 2004. -81с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: