Рассчитать и спроектировать сварную стойку сплошного сечения L – 14м

Введение 

   Металлические конструкции широко применяются  при возведении различных 

зданий  и сооружений, благодаря значительной прочности и плотности металла,

эффективности соединений элементов, высокой степени  индуктивности изготовления и монтажа, возможности сборности и разборности элементов металлических конструкций, обладают газо - и водонепроницаемостью, обеспечивают скоростной монтаж зданий и сооружений и ускоряют ввод их в эксплуатацию. Основной недостаток стальных конструкций - подвержение коррозии. В зависимости от вида конструкции и их сочетаний различают стержневые и сплошные системы. К стержневым системам, состоящим из балок и колонн относятся: каркасы зданий и сооружений, мосты, перекрытия зданий в виде арок или куполов, ангары, мачты, стойки ЛЭП, эстакады, краны и другие конструкции. К сплошным системам относятся различные виды листовых конструкций. 

 

1. Описание конструкции 

  Колонна служит для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундамент на грунт.

Колонна состоит из трёх основных частей стержня ,оголовка и базы.

Стержень - основной несущий элемент колонны.

Оголовок - представляющей собой опору для вышележащих конструкций и распределяющего нагрузку по сечению стержня.

База - распределяет сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента и закрепляющей колонну в фундаменте.

Центрально сжатые колонны работают на предельную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения.

Центрально сжатые колонны бывают как сплошно ступенчатыми, так и решётчатыми, сплошностенчатые колонны применяют при больших нагрузках и небольшихших высотах, а решётчатые, напротив, при малых нагрузках и больших высотах 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Выбор материала конструкции 

  Материал СтЗпс- ГОСТЗ 80-94 сталь углеродистая обыкновенного качества. Назначение: несущие, не несущие элементы сварных и не сварных конструкций, работающие при положительных температурах, несущие элементы сварных конструкций работающие при переменных нагрузках в области температур от -20°С, поставка с гарантируемой свариваемостью, показана в таблице 1

Свариваемость : свариваемость без ограничений, способы сварки: РД, РАД, АФ, МП, ЭШ и КТ. 
 

Таблица1- Массовая доля элементов СтЗпс % по ГОСТ380-94              [ 2, с 63 ] 

 
 

Таблица2- Механические свойства стали СтЗпс                                        [ 2, с 64 ] 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

Рисунок 1. Схема закрепления колонны

3. Расчет и конструирование сечения колонны

3.1    Для заданной схемы закрепления коэффициент приведения  стержня длинны принимается  из условия  закрепления μ=0,7

3.2    Из условий прочности и устойчивости колонны определить требуемую

площадь её поперечного  сечения.

Атр ≥

где F - продольная сила 350кН

φ - коэффициент продольного изгиба – 0,5

  – предельное напряжение мПа 180 мПа ст3

Атр= мм²

3.3    По требуемой определить площадь профиля 
         Апр=Атр/2

         Апр=2778/2= 1389мм²=13,89 см²

3.4    По значению площади профиля определить номер швеллера

      № 14

          H=140мм                                

 b=58мм

  ix=5.60cm 
iy=1.70см

  Z₀=1.67см 
А=15.6см²

5.    Определить гибкость стержня относительно материальной оси х     

         λ=μ1/iх ≤ λ.пред

         где μ – коэффициент приведённой  длины  

        l – длина  стрежня, см

         iх – радиус инерции  профиля  относительно по  материальной оси, мм

         λ.пред – предельная  гибкость, для основной  колонны равна  100

         λ=0,17*14 / 0,056 =175 
         λпред для ст. 3 = 100

         λ=175 > λпред 100

т.к. условие не выполняется выбираем  швеллер № 16

h=160мм            

b=64мм

ix=6,42cм

s= 5

t=8.0

А=18,1 см²

λ= 0,17*14 / 0,0642=152,6 > λпред

условие не выполняется, выбираем швеллер № 18

h=180

b=74

s=5,1

t=9,3

Ax=22,20

ix=7,32

λ=0,7*14 / 0,0732=133,8 > λпред

выбираем  швеллер №20

h=200

b=76

s=5,2

t=9,0

Ax=23,4

ix=8,07

λ =0,7*14 / 0,0807=121,4 > λпред

выбираем  швеллер №22

h=220

b=82

s=5,4

t=9,5

Ax=26,7

ix=9,8

Z₀=2,47

λ =0,7*14 / 0,098=99 < λпред

принимаем швеллер №22

6.   Проверить прочность сечения

    σ=N/φ₂*2A≤

      σ =350*10³ / 0,5*2*2670=131< 171мПа

      условие выполняется  

7. Конструирование сечения

1. Для определения длинны ветви (расстояние между планками) следует предварительно задаться гибкостью ветви в пределах

λв=(30 : 40)

2. Из формулы λ_в=lв iв определить длину ветви в пределах L_в=λ_в*iв,

  где i_в- радиус инерции ветви,    мм(iв=iy1=2,47)

  1_в=3,5*2,47=86,45см=8,65м

   по ГОСТ 82-70 принять 8,8м

3. Расстояние между ветвями определяется, исходя из условий равноус- тойчивости

           λ_пр=

         λ_пр= =401мм

  где λпр- приведённая гибкость, которая учитывает гибкость сжатия относительно

  свободной оси λу и гибкость ветви λв

λ_у= мl/iу

λ_у=0,7х14/0,0247=396  принимаем 400мм

4. Расчет соединительных планок

   4.1  Определение условной поперечной силы

 Q усл=2А

   Q усл=2*2*2670=5340Н

   4.2  Перерезывающая сила, действующая на одну планку

 T=Q усл*1в/2В₀

Bo=B+2Zo=80+2*24,7=131,4=0,131 м

Т=5340 х 8,65/0,131 х 2=176кН

3. Изгибающий момент действующий на одну планку

M_пл=Q усл*1в/4

М_ПЛ=5,34 х 10 ³ х 8,65/4=11,5 кНм

4. Задать размеры планки

h_пл.(0.5-0.75)

h_пл=0.5х400=200мм=0,2м

δ_пл=h_пл/30

δ_пл=200/30=6,7мм

принять 7мм

   4.5  Проверить прочность планки

   

          _пл = 11.5х10³/46х10^-6=150<171

W_nn=δ_плh²_пл/6=7х200²х/6=46х10³мм³=46см³=46х10⁶м

Условие выполняется

    4.6  Количество пар планок

     n=1/1_в

     n=14/8,8 = 2 пары планок

    5. Расчёт сварных швов

            

             м_пл/w_пл£

             t_ир = T/A_ш=Т/d_шх 1_ш£R_српл

             11.5х10³/46х10 ^-6=150

              R_ср=0.6R=0.6х210=126 МПа

            t_ср=176х10³/0,007х0,02=120МПа<126МПа

             s_экв= =170,6<171 

6. Расчет  базы колонны
0. Определить  требуемую площадь плиты

      А_тр ≥N/R_ф.

где R_ф. - расчётное сопротивление 
R_ф. (4.5-10)мПа 
А_тр=350х10³/10 х 10⁶=3,5 м²

   6.2 Размеры плиты назначают конструктивно, но так чтобы А_пл ≥ А_{т пл} 
          а =1.5м ,

    b =1.5м

Толщина плиты принимается δ =40 мм

    А_пл=2,25<А_тр 
  7. Расчет траверсы

   7.1 Толщина траверсы принимается 
       δ_тр=(10-20мм) 
       δ_тр =(0.5-0.8) δ пл 
       δ_тр =0.5 х 40=20мм