![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •1. Компоновочные решения балочных клеток
- •1.1. Балочная клетка нормального типа:
- •1.2. Балочная клетка усложненного типа:
- •2. Расчет балочной клетки нормального типа
- •2.1. Расчет стального настила балочной клетки нормального типа
- •2.2. Расчет балки настила балочной клетки нормального типа
- •3. Расчет главной балки
- •4. Расчет центрально-сжатой сквозной колонны
- •Литература для курсовой работы
4. Расчет центрально-сжатой сквозной колонны
ТребуетсяВыполнить расчет центрально-сжатой колонны под балочную клетку нормального типа с размерами в плане –L х l=11,0 х 5,5 м. Отметка верха настила – Н = 6,5 метров. Заглубление колонны ниже уровня пола – -0,6 метра. Примыкание главной балки к колонне – опирание сверху. Компоновка балочной клетки приведена ниже:
Высота главной балки – 1200 мм; сечение балки настила – двутавр № 33. Толщина настила балочной клетки tн = 10мм. Примыкание балки настила к главной балке – в один уровень.
Максимальная
поперечная сила на опоре главной балки
–
1199,935кН.
Материал колонн – сталь С235 по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением стали Ry= 230 МПа – для фасонной стали толщиной 4t20 мм.
Решение.Сбор нагрузок на центрально-сжатую колонну и определение расчетных длин колонны:
|
|
|
Поперечное сечение колонны
|
Расчетная нагрузка
на центрально-сжатую колонну
.
Определяем расчетные
длины колонны по формуле –
,
где
-
геометрическая длина колонны;
-
коэффициент расчетной длины; при
шарнирном закреплении нижнего конца
колонны к фундаменту и шарнирном
примыкании главной балки к колонне и
второстепенной балки к главной балке
коэффициент расчетной длины равен –
.
Тогда, расчетные длины колонны:
;
.
Задаемся
предварительной гибкостью колонны
равной
и находим коэффициент продольного
изгиба
по таблице 72 СНиП II-23-81* при материале
колонны из стали С235 по ГОСТ 27772-88 с
расчетным сопротивлением сталиRy= 230 МПа (для фасонной стали толщиной 4t20 мм).
При
иRy= 230 МПа коэффициент продольного изгиба
равен
(согласно табл. 72 СНиПII-23-81*).
Определяем требуемую площадь поперечного сечения ветви колонны:
,
где
-
(примечание табл. 6 СНиПII-23-81*).
По полученному значению требуемой площади поперечного сечения ветви колонны принимаем его сечение из прокатного двутавра - № 40Б3 с А=73,4 см2;Iх=20480 см4;Iy=994 см4;ix=16,7 см;iу=3,68 см.
Определяем гибкость колонны относительно материальной оси х-х
-
табл. 19* СНиП II-23-81*,
где
при
иRy= 230 МПа (табл. 72 СНиПII-23-81*);
(табл. 19* СНиП
II-23-81*).
Проверяем устойчивость колонны относительно материальной оси х-х:
.
Определяем разнос ветвей из условия равноустойчивости сквозной колонны по формуле:
,
где
=0,41
и
=0,52.
Окончательно
принимаем разнос ветвей колонны (округляя
в большую сторону) равным
.
Определяем геометрические характеристики сечения относительно свободной оси у-у:
,
,
тогда гибкость сечения –
.
-
Принимаем расстояние между планками в свету равным
. Тогда гибкость ветви составит
Задаемся размерами планки: ширина планки –
, принимаем
; толщина планки –
. Принимаем
=10мм
Определяем расстояние между центрами планок -
.
Определяем собственный момент инерции планки –
Определяем отношение
.
Данное отношение больше 5, приведенная
гибкость сквозной колонны относительно
свободной оси у-у определяется по
формуле:
,
Тогда
.
Проверяем устойчивость колонны относительно свободной оси у-у:
- устойчивость
обеспечена.
где
при
иRy= 230 МПа (табл. 72 СНиПII-23-81*).
Расчет соединительных планок
Соединительные
планки центрально-сжатых колонн
рассчитывают на условную поперечную
силу
,
принимаемую постоянной по всей длине
стержня. Условная поперечная сила
определяется по формуле
,
где- продольное
усилие в составном стержне;- коэффициент продольного изгиба,
принимаемый для составного стержня в
плоскости соединительных элементов.
При допускаемом
незначительном округлении значений
условной силы можно принять, что
приRy= 215
МПа и
приRy= 275
МПа. Тогда для стали С235 сRy= 275
МПа условную поперечную силу путем
интерполяции можно принять равной
.
Условная поперечная сила, приходящая на планку одной грани
.
Определяем усилия в планке
;
.
Проверяем прочность сварного шва, прикрепляющего планку к ветви колонны:
|
По металлу шва По металлу границы сплавления
|
Сварку выполняем полуавтоматической с f = 0,7 иz= 1,0 (табл. 34 СНиПII-23-81*); расчетное сопротивление металла сварного шва –Rwf = 215 МПа (табл. 56 СНиПII-23-81*) для сварочной проволоки Св08Г2С по ГОСТ 2246-70*;
Расчетное сопротивление Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3);
Расчетная длина
-
;
катет сварного шва –
.
Тогда прочность сварного шва, прикрепляющего планку к ветви колонны равна:
а) по металлу шва
,
Где:,
;
б) по металлу границы сплавления
,
Где:,
.
Расчет и конструирование базы колонны
Базу колонны рекомендуется принимать двух типов; с ребром жесткости по плите базы и без него. К первому типу базы относится база без ребра жесткости. Ко второму типу относится база с ребрами жесткости плиты (эскизы различных типов баз представлены ниже):
Второй тип базы колонны принимаем в случае, когда при расчете толщины плиты базы она получается больше 40 мм.
Следовательно, первоначально базу принимаем первого типа.
Определяем требуемую площадь плиты базы колонны по формуле:
,
где
-
расчетное сопротивление бетона фундамента
под колонну. Принимаем бетон фундамента
класса В7,5 с
.
Тогда:
.
Определяем ширину плиты базы колонны:
,
где
- ширина консольной части плиты, принимаем
;
- толщина траверсы,
принимаем
;
- высота сечения
двутавра ветви колонны.
Окончательно,
принимаем ширину плиты равной
,
тогда
.
Определяем длину по формуле:
;
принимаем
.
Определяем напряжение в фундаменте:
.
Для определения толщины плиты базы колонны определяем изгибающие моменты в плите на каждом из его участков.
Участок 1, опертый на четыре канта:
,
где
-
коэффициент, определяемый в зависимости
от отношения
,
Следовательно,
при
-
,
где
-
большая сторона участка 1,
;
-
меньшая сторона участка 1,
;
- толщина стенки
двутавра ветви колонны;
- разнос ветвей
колонны.
Участок 2, опертый на три канта:
,
где
-
коэффициент, определяемый в зависимости
от отношения
,
Следовательно,
при
-
,
где
-
закрепленная сторона отсека участка
2,
;
-
свободная сторона отсека участка 2,
.
Участок 3, консольный:
По максимальному
моменту (на участке 1)
определяем требуемую толщину плиты
базы колонны:
,
где Ry= 220 МПа – для листовой стали С235 по ГОСТ 27772-88 толщиной 20t40 мм;
- коэффициент
условий работы, принимаемый по п.11 табл.
6 СНиП II-23-81*).
Толщину плиты
принимаем равной
.
Следовательно, окончательно принимаемтип базы I.
Определяем высоту траверсы базы колонны из условия работы на срез сварных швов (четыре сварных шва), прикрепляющих траверсу к ветвям колонны.
Сварку принимаем ручной, выполненную электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 со следующими расчетными характеристиками:
f = 0,7 иz= 1,0 – коэффициенты, принимаемые по табл. 34 СНиПII-23-81*;
Rwf = 180 МПа – расчетное сопротивление металла сварного шва (табл. 56) для электродов типа Э-42;
Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3 СНиПII-23-81*) - расчетное сопротивление сварного шва по границе сплавления;
и
- согласно п. 11.2* СНиПII-23-81*;
- согласно прим.
таблицы 6 СНиП II-23-81*.
Катет сварного
шва, прикрепляющего траверсу к ветви
принимаем согласно рекомендациям табл.
38 СНиП II-23-81*
–.
Тогда требуемая высота траверсы составит при расчете:
а) по металлу шва
;
б) по металлу границы сплавления
.
Принимаем высоту
траверсы, равной
.
Определяем нагрузку на траверсу по формуле:
.
Усилия, возникающие в траверсе:
,
,
где
.
Проверяем прочность траверсы:
,
.
Прочность траверсы обеспечена.
Определяем катет сварного шва, прикрепляющего траверсу к плите базы колонны.
Сварку принимаем ручной, выполненную электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 со следующими расчетными характеристиками:
f = 0,7 иz= 1,0 – коэффициенты, принимаемые по табл. 34 СНиПII-23-81*;
Rwf = 180 МПа – расчетное сопротивление металла сварного шва (табл. 56) для электродов типа Э-42;
Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3) - расчетное сопротивление сварного шва по границе сплавления;
и
- согласно п. 11.2* СНиПII-23-81*;
- согласно прим.
таблицы 6 СНиП II-23-81*.
Тогда:
а) по металлу шва
;
б) по металлу границы сплавления
.
Принимаем катет
сварного шва крепления траверсы к
плите в соответствии с расчетом и
рекомендациями таблицы
38 СНиП II-23-81* равным –.
Расчет и конструирование оголовка колонны
|
Определяем площадь опорного ребра оголовка колонны из условия смятия:
где
Тогда:
Принимаем ширину опорного ребра оголовка колонны равной:
Тогда требуемая толщина опорного ребра оголовка колонны будет равна:
|
Принимаем
с учетом сортамента толщину ребра равной
.
Определяем высоту диафрагмы из условия работы стенок ветвей колонны на срез
,
где
- толщина стенки двутавра ветви колонны
(для двутавра № 40Б3), принимаемая из
сортамента;
- расчетное
сопротивление стали С235 на срез.
Окончательно
высоту диафрагмы принимаем равной -
.
Проверяем прочность опорного ребра из условия среза по формуле:
- условие обеспечено.
Определяем толщину диафрагмы из условия среза по формуле:
,
окончательно принимаем
.
Определяем катет сварного шва, прикрепляющие опорные ребра оголовка к диафрагме (швы «в»):
по металлу сварного шва –
;
по металлу границы сплавления –
,
где f = 0,7 иz= 1,0 (табл. 34 СНиПII-23-81*) для ручной сварки электродами типа Э-42 по ГОСТ 9467-75 с расчетным сопротивлением металла сварного шваRwf = 180 МПа (табл. 56);
Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3 СНиПII-23-81*);
и
- согласно п. 11.2* СНиПII-23-81*;
- согласно прим.
таблицы 6 СНиП II-23-81*.
Окончательно в
соответствии с расчетом и с рекомендациями
таблицы 38 СНиП II-23-81* катет
сварного шва крепления опорного ребра
оголовка колонны к диафрагме принимаем
равным.