Металлические конструкции рабочей площадки

Рис. 9. Центрально-сжатая колонна:

а - конструктивная схема; б - расчётная схема; в - поперечное сечение.

2. Определение номера профиля

· Задаём оптимальную величину гибкости колонны л = 65.

· По принятой величине гибкости и табл. прил. 6 определяем коэффициент продольного изгиба (сталь С345 - по заданию): для Ry = 320 МПа

ц = (766 + 687)/2000 = 0,7265.

· Требуемая площадь сечения ветви колонны из условия устойчивости:

,

Ry назначается здесь уже для стали толщиной 10…20 мм.

· Необходимый радиус инерции сечения:

где lef - расчётная длина колонны; в соответствии с условиями закрепления lef = Hk.

· По сортаменту подбираем подходящий номер профиля (по параметрам А1 и ix) и выписываем его характеристики (если в сортаменте не оказывается подходящего швеллера, принимают двутавр):

Номер профиля: [33, площадь сечения: А1 = 46,5 см2;

Радиусы инерции относительно осей х, у:

ix = 13,1 см; iy1 = 2,97 см;

Моменты инерции относительно осей х, у:

Jx = 7980 см4; Jy1 = 410 см4;

Геометрические размеры (см. рис 7, в):

h = 330 мм, bf = 105 мм, tw = 7 мм, tf = 11,7 мм, z0 = 2,59 см.

· Площадь всего сечения: А = 2А1 = 2 46,5 = 93 см2.

· Фактическая гибкость стержня колоны относительно материальной оси:

.

· Коэффициент продольного изгиба по прил. 6:

ц = 0,74 (по интерполяции ).

· Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси:

;

.

Проверка выполняется.

3. Проверка устойчивости ветви

· Задаем оптимальную величину гибкости ветви: л1 = 30.

· Расстояние между центрами планок определяется по условию равноустойчивости:

l1 л1iy1 = 30 2,97 = 89,1 см;

принимаем l1 = 90 см (кратно 10 мм).

· Фактическая гибкость ветви:

< 40.

· Коэффициент продольного изгиба ветви по прил. 6: ц1 = 0,9166.

· Нагрузка, приходящаяся на ветвь колонны: N1 = N / 2 = 933,66 кН.

· Проверка устойчивости ветви:

;

.

Проверка выполняется.

4. Определение расстояния между ветвями

· Необходимая гибкость колонны относительно свободной оси:

· Требуемый радиус инерции сечения:

.

· Требуемая ширина сечения:

,

где 2 - отношение радиуса инерции к ширине сечения; определяется по справочной таблице (табл. 8.1 [3]): для сечения из двух швеллеров полками внутрь 2 = 0,44; из двух двутавров 2 = 0,50.

Для окраски внутренней поверхности колонны между полками ветвей необходимо обеспечить зазор не менее 10 см, поэтому ширина сечения также должна быть не менее

.

Окончательно принимаем ширину колонны b = 35 cм (кратно 10 мм).

· Расстояние между центрами тяжестей ветвей: с0 = b - 2z0 = 35 - 22,59 = 29,82 cм,

· Величина зазора между ветвями: b0 = b - 2bf = 35 - 210,5 = 14 cм > 10 см.

· Момент инерции сечения колонны относительно свободной оси:

.

· Радиус инерции сечения:

.

· Физическая гибкость:

· Приведённая гибкость:

,

поэтому проверку устойчивости колонны относительно свободной оси можно не проводить.

· Иначе определяется коэффициент продольного изгиба цy по прил. 6 и выполняется проверка устойчивости колонны относительно свободной оси из условия:

.

5. Определение высоты оголовка колонны

· Высота оголовка колонны определяется из условия прочности стенки швеллера на срез:

,

где 4 - расчётное число срезов (по 2 на каждой ветви); tw - толщина стенки швеллера; tw = 0,7 см;

Rs - расчетное сопротивление стали на срез; Rs = 0,58Ry = 0,58 33,5 = 19,43 кН/см2.

Принимаем hr = 35 см (кратно 10 мм).

6. Определение площади опорной плиты базы колонны

· Требуемая площадь опорной плиты определяется из условия сопротивления бетона фундамента местному сжатию:

где Rb - расчётное сопротивление бетона класса В15 осевому сжатию; Rb = 8,5 МПа = 0,85 кН/см2;

цb - коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона за счёт включения в работу ненагруженной части фундамента; принимаем цb = 1,2.

· Размеры опорных плит в плане принимаются из двух условий:

1) из условия обеспечения требуемой площади, необходимой для обеспечения прочности бетона фундамента;

2) из конструктивных соображений, обусловленных необходимостью обеспечения величины свесов плиты не менее 5…6 см.

· Длина плиты по конструктивным соображениям:

L = b + (10…12) cм = 35 + (10…12) cм = 45…47 cм;

принимаем L = 46 см (кратно 10 мм).

· Необходимая ширина плиты:

4 по конструктивным соображениям:

В = h + 2ttr + (10…12) cм = 33 + 2 1,2 + (10…12) cм = 45,4…47,4 cм,

где ttr - толщина траверсы; принимаем ttr = 12 мм (обычно ttr = 10…14 мм);

4 по условию обеспечения требуемой площади:

;

принимаем В = 46 см (кратно 10 мм).

· Толщина опорной плиты определяется из условия её работы на изгиб под действием реактивного отпора (давления) фундамента; в данной работе принимаем (условно) плиту толщиной 30 мм.

7. Расчёт сварных швов крепления траверсы к колонне

· Принимаем высоту траверсы htr = 40 см, тогда расчётная длина шва:

lw = htr - 1 см = 40 - 1 = 39 см.

· Требуемая величина катета шва:

,

где 4 - число швов крепления траверсы к колонне; при выполнении шва полуавтоматической сваркой расчёт осуществляется по металлу шва (см. п. 4): Rwf = 240 МПа; вf = 0,9; Rwf вf = 240 0,9 = 216 МПа.

· Принимаем kf = 0,6 см; kf > kf,min = 0,5 cм (kf,min определяется по табл. 38 СНиП [2]).

· Проверка по предельной длине шва:

lw,max = 85kf = 85 0,9 0,6 = 45,9 см > lw = 39 см.

Конструктивное решение колонны показано на рис. 10.

Список литературы

1. СНиП 2.01.07 - 85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 44 с.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 96 с.

3. СП 53-102-2004. Общие правила проектирования стальных конструкций. - М., 2005. // www.complexdoc.ru

4. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для ВУЗов. Под ред. Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат, 1986. - 560 с.

5. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для ВУЗов. Под ред. Г.С. Веденикова. - М.: Стройиздат, 1998. - 760 с.

6. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для ВУЗов. Под ред. А.Ю. Кудишина. - М.: Академия, 2006.

7. Мандриков А.П. Примеры расчёта металлических конструкций. Учебное пособие для техникумов. - М.: Стройиздат, 1991. - 431 с.

8. Строительные конструкции: Учебник для ВУЗов / Под ред. В.П. Чиркова. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 448 с.

9. Левитский В.Е. Металлические конструкции рабочей площадки: Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». - [Электронная версия].

Приложения

Приложение 1

Нормативные и расчётные сопротивления проката, МПа (по табл. 51* СНиП [2])