Расчет металлических конструкций

Содержание.

 

1. Исходные данные …………………………………………………………….…...3

2.1. Подбор сечения стержня колонны……………………………………..............4

2.1.1. Расчет стержня колонны относительно ос x-x……………........................…5

2.1.2. Расчет стержня колонны относительно оси y-y…………........................…..6

2.2. Конструирование и расчет элементов решетки………………..........…..….....6

2.3. Конструирование и расчет базы колонны………………………….............….8

2.4. Конструирование и расчет оголовка колонны…………………............…….11

5. Расчёт расхода металла на 1 м2 балочной клетки………………..….....………13

6. Список литературы…………………………………………………………....…14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

 

Колонны запроектированы стальные, на планках, из двух прокатных двутавров.

Материал конструкций колонны – С235.

Класс бетона фундамента – В7,5.

Расчетное усилие на колонну - 2108кН

Расчетная длина колонны - 10,292м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет и конструирование  элементов 

центрально сжатой сквозной колонны

 

4.1. Подбор сечения  стержня колонны

 

 

Рисунок 1 – Сечение колонны

 

Согласно исходным данным стержень колонны проектируется из двух прокатных двутавров с параллельными гранями полок на планках.

Расчетная длина колонны: .

Расчетное усилие на колонну:

Сталь для колонны С235 , при фасонного проката.

Рисунок 2 – Конструктивная и расчетная схема колонны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.1. Расчет стержня  колонны относительно оси x-x

 

Задаемся гибкостью , при этом,  при .

Требуемая площадь сечения двух двутавров по формуле:

.

Требуемый радиус инерции:

По

                                              

Проверяем двутавр 35Б2 со следующими геометрическими характеристиками: ; ; ; .

Проверим принятый двутавр на устойчивость.

Гибкость:

;

Коэффициент продольного изгиба, при и равен

Тогда получаем, что:

;

Имеем перенапряжение

                                              

что меньше 5%.

Поэтому окончательно принимаем 

I 35Б2 :     ; ; ; .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.2. Расчет стержня  колонны относительно оси y-y

 

Принимая и задаваясь гибкостью ветви , из формулы получаем:

.

С другой стороны:

 или  ;

Где ; .

Отсюда .

Принимаем .

Проверяем зазор между полками ветвей:

.

 

4.2. Конструирование  и расчет элементов решетки

 

Согласно исходным данным требуется запроектировать решетку колонны на планках.

Определяем условную поперечную силу по формуле, при ; ; ; тогда:

На одну систему планок приходится:  .

Высоту сечения планок назначаем: и толщину .

Расстояние между осями планок по высоте колонны:

Находим усилия и по формулам:

;

.

Принимаем сварные швы, выполняемые полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа  сварочной проволокой, марки Св-08Г2С диаметром менее 1,4 мм ; катет шва , принимаем коэффициенты ;

 

Рисунок 3 – К расчёту планок

 

Расчетное сопротивление углового шва по металлу шва , по металлу границы сплавления: .

Так как , то расчет сварных швов необходимо вести по металлу шва.

Проверим сварные швы, прикрепляющие планки к ветвям колонны, по формулам:

;

;

.

Условие не выполнено.

Увеличим ширину планки до 250 мм, т.е. . Тогда изменится расстояние между осями планок:

;

возрастут усилия в сварных швах:

;

;

Изменятся напряжения:

;

;

.

 

 

 

 

Увеличим ширину планки до 280 мм, т.е. . Тогда изменится расстояние между осями планок:

;

возрастут усилия в сварных швах:

;

;

Изменятся напряжения:

;

;

В итоге напряжения в сварных швах снизились за счет увеличения их длины.

.

Вычислим следующие величины:

 

Условие выполнено.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3. Конструирование  и расчет базы колонны

 

Принимаем класс бетона В7,5, что соответствует прочности бетона на сжатие .

Расчетное сопротивление бетона смятию:

Требуемая площадь плиты в плане:

Ширину плиты «В» назначаем конструктивно, принимая толщину траверс по , консольный свес плиты , :

 

Рисунок 4 – План базы колонны

 

Принимаем

Тогда длина плиты будет:

Полная ширина сечения колонны:

 

принимаем ,

Фактическая площадь плиты , что больше требуемой, равной .

Фактическое давление фундамента на плиту:

 

Согласно принятой конструкции плита имеет 3 участка для определения изгибающих моментов:

Участок 1 – опирание плиты на 4 канта:

Отношение большей стороны плиты к меньшей: .

Изгибающий момент:

Участок 2  – консольный:

Отношение ;

Изгибающий момент:

Участок 3 – консольный:

Изгибающий момент:

Наибольшее значение изгибающего момента получилось на участке 2.

Определяем толщину плиты по формуле:

;

 – для стали С235, при листового проката.

;

                                         Рисунок 5

При этом следует ввести диафрагму толщиной 10 мм на участке 2, чтобы уменьшить требуемую толщину плиты. Тогда отношение большей стороны плиты к меньшей 

Изгибающий момент:

 

Получаем

Тогда получаем: 

Принимаем окончательную толщину плиты .

 

Сварные швы, прикрепляющие траверсы к колонне, используем такие же, как и для соединения планок:

катет шва , коэффициенты , ,

, то расчет сварных  швов необходимо вести по металлу  шва.

 

Высоту траверсы тогда получим:

 

Принимаем .

 

Рисунок 6 – К расчёту траверсы колонны

 

Проведем расчет сварных швов, прикрепляющих траверсы к плите базы. Назначим полуавтоматическую сварку проволокой диаметром 1,4 - 2,0мм, для которой ; ; .

Получаем  , то расчет выполним по металлу границы сплавления.

В расчетную длину сварных швов включаются длина швов, прикрепляющих траверсы с одной стороны, а так же длины двух шагов диафрагмы:

;

;

Тогда расчетная длина швов равна:

 

 

Требуемый катет шва:

Принимаем

 

4.4. Конструирование  и расчет оголовка колонны

 

Сварные швы для оголовка выполняются полуавтоматической сваркой так же, как и для базы колонны, т.е проволокой диаметром 1,4 - 2,0мм, для которой .

Получаем  , то расчет выполним по металлу границы сплавления.

 

 

Высота опорного ребра оголовка:

Принимаем .

Толщину ребра находим из условия смятия торца по формуле: ;

где ; – ширина опорного ребра главной балки; .

 

Назначим , тогда

Расчетное сопротивление торца смятию: ;

Следовательно

Принимаем .

Рисунок 7 – Оголовок колонны

 

Полученная толщина ребра превосходит толщину стенки двутавра, что не рекомендуется при наложении сварных угловых швов. В пределах оголовка колонны выполнить стенку можно более толстой. Определим требуемую толщину стенки из условия среза  в месте примыкания к ней опорного ребра:

  ; где .

Получаем:

 

Принимаем .

Проверим опорное ребро на срез:

Сечение горизонтального ребра принимают конструктивно, например –  200×10 мм.

Следует предусмотреть фрезерование верхнего торца колонны. В этом случае сварные швы, соединяющие верхнюю плиту с опорным ребром и с торцами ветвей колонны, принимаются конструктивно – .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5 Расчет количества планок

 

Длина участка колонны для размещения планок:

Расстояние между планками в свету: .

Расстояние от плиты до оси первой планки (то же от верха траверсы до оси соседней планки): .

Принимая эти расстояния и расстояния между осями смежных планок, можно найти требуемое число планок: . Принимаем .

Тогда расстояние между планками в свету изменится.

Принимаем 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчёт расхода металла на 1 м3 балочной клетки

 

Спецификацию металла составляем на колонну.

 

 

Таблица 1

 

Отпр.   марка	Сбор. Марка	Число		Сечение	Длина, мм	Масса, кг			Примич.
		т	н			шт.	общ.	марк.
	1	2		I40Б2	7242	478	956	1308	С235
	2	2		650 × 10	670	32	64
	3	1		300 × 10	362	9	9
	4	1		500 × 30	650	77	77
К1	5	8		340 × 10	370	10	80
	6	1		420 × 20	650	43	43
	7	1		362 × 30	540	45	45
	8	2		342 × 10	540	14	28
	9	1		200 × 10	360	6	6
							Итого :               3826 кг
							На швы 1,5%    -   56 кг

 

 

 

По данным спецификации стали (табл. 1) определяем расход стали на 1 м2 пола балочной клетки по формуле:

 

Колонна К1:

Общий расход металла на 1 м2

 

 

Список литературы

1. Металлические конструкции / Под. ред. Е.И. Беленя – 6-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 560 с.
2. Нехаев Г.А. Примеры расчёта соединений и элементов стальных конструкций. – Тула: ТулПИ, 1988. – 104 с.
3. Маршалко В.Ф., Хохлов С.В. Методические указания по выполнению курсовой работы «балочная клетка». – Тула: ТулПИ,1984. 30 с.
4. Мандриков А.П. Примеры расчётов металлических конструкций. – М.: Стройиздат, 1991. – 429 с.
5. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования. – М: Стройиздат,       1999. –  96 с.
6. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. –  М.: Стройиздат, 1986. – 35 с.
7. СТО АСЧМ 20-93 Двутавры горячекатаные с параллельными гранями полок