Проектирование и расчет сварной ступенчатой колонны промышленного одноэтажного здания для поддержания кровли и подкрановых путей

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. 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:

2. 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; ; - коэффициент неполноты расчета, .

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 250Ч16 мм, площадью 2Ч25Ч1,6 = 80 см2;

стенка - 1 лист 300Ч12 мм, площадью 30Ч1,2 = 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 .

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:

Назначим наибольший размер сечения

Рис. 4. Сечение нижней части колонны

Тогда продольные усилия в ветвях колонны при действии двух сил (Р1 и 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 .

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:

3. 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 160Ч12 мм, площадь двух ребер 2Ч16Ч1,2 = 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 450Ч10 мм, а верхний пояс - из листа 300Ч20 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:

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 540Ч500 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:

сварной траверс двутавр поперечный

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.

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

Размещено на Allbest.ru