Подбор составного сечения стойки

^{Стойки с составным поперечным сечением применяют обычно при пов}ышенных нагрузках. Каждая из частей, образующих составное се­чение стойки, называется его ветвью. Ветви, как правило, проекти­руют из катанных профилей и соединяют между собой планками или решетками (рис.20).

Составное сечение стойки из nветвей подбирают путем последовательного приближения по требуемой площади сечения ветви , вычисленной по формуле

, (49)

г де в первом приближении принимается равным 0,4…0,6. По из ассортимента подбирают номер проката и определяют гибкость от­носительно материальной оси x-x . Ветви разносят на такое расстояние , чтобы приведенная гибкость по свободной оси y-yбыла не более гибкости по материальной оси, т.е. . Тем самым обеспечивают равноустойчивость стойки в обеих плоскостях. В пер­вом приближении можнопринимать равным 200…300 мм. Значения приведенной гибкости вычисляют по формулам:

для стоек из двух ветвей с планками

, (50)

для стоек из двух ветвей с решетками

, (51)

для стоек из четырех ветвей с планками

, (52)

для стоек из четырех ветвейс решетками

, (53)

где наибольшая гибкость всей стойки;

гибкость всей стойки относительно свободной оси у-у;

гибкость ветви на свободном участке между планками, ;

F – площадь всего сечения стойки;

и - площади поперечного сечения раскосов решетки;

и – коэффициенты, принимаемы в зависимости от величины угла α между раскосами решетки и ветвью: при α = 30° k=45; при α=40° k=31; при α=45…60° k=27.

Подобранное сечение проверяют по формулам (43), (44), (45) и (47) в зависимости от условий нагружения стойки. Если проверка по­казывает, что действующие в ветвях стойки напряжения отличаются более чем на 5% от , то необходимо изменить или конструкцию сечения, или расстояние между ветвями стойки. После этого следует снова произвести проверку.

Проектирование соединительных элементов стойки

Размеры соединительных элементов стойки назначают из условия их прочности. Расчет выполняют на поперечную силу (нагрузку) – реальную или условную. В качестве расчетной принимают наибольшую из них. Реальная поперечная сила может возникнуть как реакция в случае загрузки стойки, например по схеме рис.19,а. В случае центрально-сжатой стойки поперечные силы отсутствуют, и тогдаследует вести расчет на условную поперечную силу, величину кото­рой определяют в зависимости от площади всего поперечного сечения стойки и материала:

класс стали величина

38/23 20F

44/29 30F

45/33 40 F

60/45 50 F

70/60 60 F

85/75 70F

Проектирование соединительных элементов в стойке сплошного поперечного сечения. Если стойка имеет сплошное поперечное сечение, то соединительными элементами являются сварные швы (см.рис.19, б, в). Их целесообразно конструировать непрерывными.

Необходимый катет шва рассчитывают по формуле

(54)

где Q – поперечная сила;

– момент инерции поперечного сечения стойки относительнооси y-y(см. рис.19,б, в);

S– статический момент площади пояса (см. рис.19, в) отно­сительно вертикальной оси, проходящей через центр тя­жести сечения.

В любом случае величина катета шва должна быть не менее 4 мм, ес­ли наименьшая толщина соединительных элементов больше 4 мм.

П роектирование соединительных элементов в стойке составного поперечного сечения. Размеры соединительных планок и соединитель­ной решетки определяют соответственно из расчета их на изгиб и устойчивость. Расстояние между осями соединительных пла­нок или центрами узлов решетки выбирают равным (30…40) , где – наименьший радиус инерции сечения ветви. Длина планки b(рис.21,а) определяется расстоянием между ветвями стойки и дли­ной швов, необходимых для прикрепления планки к ветвям. Планка должна быть жесткой, поэтому ширина планки толщина планки , где – расстояние между ветвями в свету.

Выбранная ширина планки должна быть не менее рассчитанной по формуле

(55)

Величина нахлестки планкиа = 40…50 мм. Катет угловых швов для прикрепления пластинки назначают равным (0,5…0,8) . Проч­ность этих швов проверяют по формулам

(56)

(57)

(58)

Если условие (58) не выполняется, то необходимоувеличить длину нахлестки или катет шва и вновь произвести проверку.

Ветви стоек, помимо планок, соединяют между собой диафрагма­ми, расположенными перпендикулярно оси стойки (см. рис.20). На­значение диафрагм – препятствовать скручиванию профиля, которое может произойти из-за смещения одной ветви сечения относительно другой. Количество диафрагм зависит от длины стойки и должно быть не менее двух. Расстояние между диафрагмами не должно превышать 4 м. Геометрические размеры диафрагм зависят от расстояния между ветвями и от поперечного сечения стойки. Толщина диафрагмы равна толщине соединительной планки.

Сечение уголков соединительной решетки (см. рис.21, би в)подбирают по требуемой площади поперечного сечения

, (59)

где D– сжимающее усилие в уголке (раскосе 1 или распорке 2).

Усилие в раскосе

; (60)

усилие в распорке решетки

, (61)

где - коэффициент продольного изгиба, зависит от гибкостиуголка.

Уголок приваривают к ветвям стойки понезамкнутому контуру угловыми швами с катетомК≥4 мм. Требуемую длину нахлесточного шва рассчитывают по формуле

(51)

Назначение и расчет стыков стойки

При значительной высоте стойки возникает необходимость в конструировании стыков стойки. Соединять стойки по высоте можно следующими способами:

1) встык с прямыми швами (рис.22,а,б), Напряжения, возни­кающие в таких соединениях, как правило, меньше допускаемого по устойчивости φ[σ], поэтому прочность такого соединения не проверяется;

2 ) встык с накладками (рис.22,в). В качестве накладок обыч­но используют соединительные пластинки в стойках составного сече­ния. Верхнюю (или нижнюю) половину швов, передающих нагрузку с ветви стойки на накладку, проверяют по напряжению от нагрузки в ветви

(63)

где – соответственно катет и длина i-ого шва

3) с прокладками (рис.22, г). Прочность швов, приваривающих сечение стойки к прокладке, проверяют по формуле

(64)

Проектирование оголовка и базы стойки,

Оголовок стойки служит опорой для вышележащей конструкции и распределяет сосредоточенную нагрузку на стойку равномерно по ее сечению.

П ри опирании вышележащей конструкции (балки, фермы) на стойку наиболее простым и удобным для монтажа является крепление че­рез плиту (рис.23), которая приваривается к верхнему торцу стойки по периметру. Толщина опорной плиты определяется из конструктив­ных соображений и обычно принимается равной 16…25 мм. Размеры пли­ты в плане также выбираются конструктивно. Катет швов для привари­вания опорной плиты к стойке рассчитывают по формуле

, (65)

где R – полное давление на оголовок;

L – длина периметров швов,

База стойки служит для распределения сосредоточенного давле­ния от стойки равномерно по площади опирания и обеспечивает за­крепление нижнего конца стойки в соответствии с принятой расчет­ной схемой. Стойки привариваются к плитам; места их соединения усиливаются постановкой элементов жесткости, которые называются траверсами (рис.24). Траверсыодновременно могут служить соедини­тельными элементами, усиливающими сопряжение. В направлении, пер­пендикулярном траверсам, располагаются ребра жесткости. Требуемую площадь опоры плиты при отсутствии изгибающего момента в стойке рассчитывают по формуле

, (66)

где N – расчетное усилие в стойке;

[σ]_р – допустимое давление на фундамент

[σ]_р=0,5…1,3 МПа для кирпича [σ]_р=5…7 МПа для бетона.

О тношение L/b(см. рис.24, а) зависит от общей компоновки конструкции. Если L/b>2, то усиление траверсами производитсятолько в направлении большого размера, если L/b ≤ 2, то в обоих направлениях.

В случае внецентренно-сжатой стойки размеры опорной плиты рас­считывают следующим образом. Задавшись, из конструктивных сообра­жений, одним из размеров, например шириной b, определяют длину плиты

(67)

При раздельных базах рассчитывают размеры плиты для наиболее нагруженной ветви, остальные плиты берут таких же размеров. Толщи­ну плиты в большинстве случаев принимают не менее 20 мм, толщину траверсы – 0,5…0,8 толщины плиты. Высота траверсы обычно равна (1/6…1/3)L. Плита крепится к фундаменту с помощью анкер­ных болтов диаметром d= 20…30 мм. Для удобства монтажа анкер­ные болты заводят в специальные проушины, ширина которых на 10 мм больше диаметра болта (см. рис.24, б).На болты надевают шайбы толщиной 20…30 мм и завертывают гайки.