5

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«Северо-Кавказский Федеральный университет»

Методические указания

по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Металлические конструкции, включая сварку»

для студентов специальности

08.03.01 «Промышленное и гражданское строительство», Часть 3

Ставрополь, 2016

М етодические указания составлены в соответствии с требованиями ГОС ВПО по направлению подготовки 08.03.01 Строительство «Промышленное и гражданское строительство» и программы дисциплины «Металлические конструкции, включая сварку».

В третьей части методических указаний к курсовому проекту по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку» приводятся рекомендации по обоснованию расчетных схем центрально-сжатых колонн, их типов сечений и сопряжений. Компоновка и расчет стержней составных сплошных сварных и сквозных центрально-сжатых колонн, а также баз и оголовков колонн разных типов.

Методические указания могут быть использованы при проведении практических занятий и выполнении самостоятельной работы студентов. В методических указаниях особое внимание уделено повышению эффективности и качества проектирования металлических конструкций, технико-экономическому обоснованию принимаемых решений.

Составители: Гаврилова А.И., ст. препод.

Скориков С.В., к.т.н., доцент

Рецензент: Рожков П.В., к.т.н., доцент

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………….4

2. Цели и задачи курсового проекта……………………………...…………..4

3. Формулировка задания и его объем……………….....……….……………..4

4. Основное содержание курсового проекта по разделам, последовательность и порядок их выполнения...………...............……………4

3. Центрально-сжатая колонна……………………………..………………….4

4.3.1 Сечения составных центрально-сжатых колонн…………………………4

2. Обоснование закреплений колонн, расчетных схем и расчетных длин…………………………………………………………………………..…….5

4.3.3 Выбор типа сечения колонны………………………………...………….10

4.3.4 Подбор и проверки сечения сплошной колонны……………...………..14

4.3.5 Определение размеров сечения сквозной колонны………………...…..18

4.3.6 Конструирование и расчет базы колонны……………...……………….26

4.3.7 Конструирование и расчет оголовка колонны………….………...…….42

4. Указания на технико-экономическое обоснование принимаемых существенных инженерных решений…………..………………………………55

5. Общие требования к курсовому проекту ………………...…....…………55

6. Рекомендации по организации работ над курсовым проектом, примерный календарный план его выполнения............………………......................………56

7. Порядок защиты и ответственность студента за выполнение задания по курсовому проекту ……………………….……………………....................…..56

8. Список основной и дополнительной литературы ……………...…………57

Выполнению курсовому проекту по металлическим конструкциям предшествует изучение студентами таких дисциплин, как «Механика», «Сопротивление материалов», «Строительная механика».

Знания этих дисциплин и являются той базой, которая помогает студенту в выполнении курсового проекта, относящейся к блоку специальных дисциплин.

2. Цели и задачи курсового проекта

Целями и задачами третьей части курсового проекта являются развитие умения и навыков проектирования центрально-сжатой колонны и ее узлов путем выполнения инженерных расчетов, составления технико-экономического обоснования принимаемых решений, оформления графической части работы.

3. Формулировка задания и его объем

Задание на курсовой проект и его объем см. первую часть методических указаний.

4. Основное содержание курсового проекта по разделам, последовательность и порядок их выполнения

4.3 Центрально-сжатая колонна

4.3.1 Сечения составных центрально-сжатых колонн

В курсовом проекте рекомендуется запроектировать колонну составного сечения; сплошностенчатую, двутаврового сечения, составленную из трех листов (рис. 3.1 а), или сквозного сечения (рис. 3.1 б,в,г). Такие сечения наиболее распространены в металлостроительстве, они достаточно рациональны в конструктивном и экономическом отношениях и позволяют ознакомить студентов с проектированием современных металлических конструкций.

Ветви сквозных колонн выполняются из прокатных швеллеров, двутавров или уголков и соединяются планками (рис. 3.3 а). При расстоянии между ветвями b > 800 мм, ветви лучше соединять решеткой из уголков. В курсовом проекте можно использовать планки и при B > 800 мм.

4.3.2 Обоснование закреплений колонн, их расчетных схем и расчетных длин.

Закрепления колонн должны соответствовать условиям эксплуатации и должны обеспечивать наиболее рациональные конструктивные решения. Для закрепления колонн используются их жесткие соединения с фундаментом, связи, балки, жесткие настилы.

Расчетная схема зависит от способа закрепления колонны в фундаменте конструкции связей, а также способа прикрепления балок и настила (рис. 3.2).

В том случае, когда возможна установка связей, например, при неограниченной высоте перекрытия, и когда установка связей экономически целесообразна, например, когда расстояние между колоннами небольшое, меньше ( геометрическая длина колонны, определяемая по формуле (3.2)), целесообразно закрепить хотя бы верхние части колонн от смещения, присоединив их с помощью связей к соседним фундаментам. Верхнюю часть

колонны в этом случае можно принимать шарнирно закрепленной от смещения (рис.3.2,а,б), так как шарнирное опирание балок, принятое нами ранее, и присоединение связей практически не препятствует повороту. Для упрощения конструкции базы и монтажа в этом случае целесообразно принимать шарнирное соединение колонны с фундаментом (рис. 3.2,а). Жесткое сопряжение колонны с фундаментом (рис. 3.2,б) может быть целесообразным в том случае, когда гибкость колонны велика, например, когда ее сечение подбирается по предельной гибкости.

Для уменьшения расчетных длин колонн при расстоянии между ними меньше 0,7 может оказаться целесообразным закрепление от смещения не только их верхних, но и средних частей (рис. 3.2 в).

3.1

Рисунок 3.1 – Сечения составных колонн: а) – сплошное двутавровое из трех листов; б) – сквозное двухветвевое из швеллеров; в) – сквозное двухветвевое из двутавров; г) – сквозное четырехветвевое из углов: 1 – пояс; 2 – стенка; 3 – сварные швы; 4 – ветви; 5 – планки

Рисунок 3.2 – Конструктивные и расчетные схемы закрепления колонн

Если установка связей невозможна (например, при ограниченной высоте перекрытия) или нерациональна (например, расстояние между колоннами больше ), то при шарнирном сопряжении балок и колонн их верхнюю часть при одинаковой загруженности колонн следует рассматривать как незакрепленную от смещения (свободную) (рис. 3.2 г), так как при одновременной потере устойчивости колонны не будут подкреплять друг друга. Для обеспечения геометрической неизменяемости системы в этом случае необходимо жесткое соединение хотя бы части колонн с фундаментом. Обычно для унификации все колонны соединяются с фундаментами в рассматриваемом направлении жестко.

Если (см. рис. 1.1 и 1.2), то для уменьшения расчетной длины колонны при ограниченной высоте перекрытия целесообразно уменьшить возможный поворот верха колонны с помощью связей, устанавливаемых в габарите строительной высоты перекрытия (рис. 3.2 д,ж). Наиболее просто это выполняется в плоскости, перпендикулярной плоскости главных балок, так как часть строительной высоты перекрытия, не использованная в этой плоскости для размещения главных балок, позволяет законструировать д

Рисунок 3.2 – Конструктивные и расчетные схемы закрепления колонн

остаточно жесткие по сравнению с колоннами связи. Если их погонная жесткость в 5 и более раз больше погонной жесткости колонн (что обычно вполне возможно при ), можно считать, в первом приближении верх колонны закрепленным от поворота на уровне нижней распорки связей. В этом случае при жестком соединении колонны с фундаментом достигается существенное уменьшение расчетной длины (рис. 3.2 д), однако, иногда может оказаться рациональным и шарнирное соединение колонны с фундаментом (рис. 3.2 ж).

После подбора сечения колонн и связей по значениям , указанным на рис. 3.2 д или 3.2 ж, следует по п. 6 СНиП [2] уточнить значение . По согласованию с руководителем курсовой работы уточнение можно не выполнять.

Следует иметь в виду, что рекомендуемые закрепления колонн могут оказаться нерациональными и недостаточными при получающихся малых и больших гибкостях.

Часто бывает целесообразно принимать отличающиеся расчетные схемы колонны в плоскости главных балок и в перпендикулярной плоскости.

Расчетные длины колонны в плоскости главных балок и перпендикулярной плоскости определяются по формулам:

,

(3.1)

где , , , – соответственно расчетные и геометрические длины в двух взаимноперпендикулярных плоскостях;

, – коэффициенты приведения геометрических длин колонны к расчетным длинам, принимаемые в зависимости от расчетных схем во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 3.2).

Геометрическую длину колонны для случаев, когда ее средняя часть не закреплена связями (рис. 3.2 а,б,г,д,ж), можно определять по формуле:

, (3.1.1)

где – отметка низа главной балки (рис.1.1; 1.2); H_l=H - t_n – h₁ – h -a, (м)

здесь H – отметка верха настила (см. задание);

t_n – толщина настила (см. п. 4.1.1, часть 1);

h₁ – высота сечения прокатной балки настила (см. приложения 4.5, часть 1, h₁=h);

h – высота сечения главной балки (часть 2);

a = 0,02 м (часть 2, п. 4.2.16);

– отметка низа плиты базы колонны (рис. 1.1; 1.2), принимается на 0,4 0,6 ниже нулевой отметки. Для рассматриваемой далее конструкции базы колонны с ребрами или траверсами в курсовом проекте можно принять в запас = 0,6 м.

Геометрические длины колонны для случаев, когда ее средняя часть закреплена связями (рис. 3.2 в), принимают равными расстояниям между точками закрепления связями. При шарнирном соединение колонны с фундаментом рационально принимать равные расстояния от средних узлов связей до концов колонны.

Так как обычно пролет главных балок больше шага колонн в перпендикулярном направлении, и расчетная длина в плоскости главных балок не менее расчетной длины колонны в перпендикулярной плоскости, то обычно

, а . (3.2)