Проектирование металлической балочной конструкции

Атр = 1309·103·0.95/2·0.686·240·106·1 = 37.77 см².

Используя сравнительно постоянную зависимость между радиусом инерции и габаритами сечения, оцениваем ориентировочные размеры швеллера.

ix,тр = Lef,x/ λз, (4.2.2)

где Lef,x = Lef,y = lг

lг = H к + 0.5м = 7.8 + 0.5 = 8.3 м,

ix,тр = 830/80 = 10.375

см;

По сортаменту ГОСТ 8240-89 принимаем два швеллера № 30

А0 = 40.5 см2 ; Ix0 = 5810 см4;

Iy0= 327 см4; b = 100 мм;

t = 11 мм; ix0 = 12 см;

h = 300 мм; iy0 = 2.84 см;

z0 = 2.52 см; s = 6.5 мм;

Задаваясь гибкостью отдельной ветви относительно собственной оси λз = 35 и шириной планки ds = 250 мм, находим количество планок на колонне:

m ³lг/(λ1·i1 + ds) – 1, (4.2.3)

где i1= iy0,

λ1= λз,

m ³ 830 /(35·2,84 + 25) – 1 = 5,672

m =6,

lв= lг/(m+1) – ds, (4.2.4)

lв= 830/(6+1) – 25 = 96.571 см ≈ 94 см,

λ1 = lв/ i1,(4.2.5)

λ1 = 94/ 2.84 = 33.099,

λx= Lef,x/ix0,(4.2.6)

λx= 830/12 = 69.167.

Для нахождения ширины сечения используют условие равноустойчивости:

λx= Lef,x=Öλy2 + λ12

λy=Öλx2–λ12,(4.2.7)

λy =Ö69.1672 – 33.0992 = 60.733,

iy,тр=Lef,y/ λy,(4.2.8)

iy,тр = 830/ 60.733 = 13.66,

Используя известную зависимость между радиусом инерции и габаритом сечений, находят значение:

bтр = iy,тр / 0.44,(4.2.9)

bтр = 13.66 / 0.44 = 31.059 см,

b = 31 см.

Принятый размер b должен обеспечивать необходимый зазор между кромками полок ветвей:

b ³ 2·bf + 100 мм,

b ³ 2·100 + 100 = 300 мм,

Конструирование планок:

Для обеспечения работы колоны, как безраскосной фермы планки должны обладать достаточной изгибной жесткостью относительно свободной оси х-х. Высота планки:

ds = (0.5÷0.8)·b (4.2.10)

ds = (0.5÷0.8)·310 = 190 мм.

Длина планки ls назначается такой, чтобы нахлест на каждую ветвь был не менее 5t, где t - наименьшая толщина соединяемых элементов. Толщину планок назначают в пределах 6…12 мм. таким образом, чтобы обеспечить ее местную устойчивость:

ts = (1/10…1/25)·ds (4.2.11)

Принимаем: ts= 8 мм; ds = 180 мм; ls = 250 мм.

4.3 Проверка сечения сквозной колонны

Для принятого сечения определяем фактические геометрические характеристики А, Ix, Iy, ix, iy и проводим проверки.

А =2·А0 =2·40.5 = 81 см²; (4.3.1)

Ix = 2·Ix0 =2·5810 = 11620 см4; (4.3.2)

Iy = 2• [Iy0 + A0 ·(b1/2)2] = 2· [327+40.5· (25.96/2)2] = 14300 см4; (4.3.1)

ix = iх0 = 12 см; (4.3.3)

iy = ÖIy/A = Ö 14300/81 = 13.287 см. (4.3.1)

λy= Lef,у/ iу (4.3.4)

λy = 830/13.287 = 62.467

λх= Lef,х/ ix (4.3.5)

λх = 830/12 = 69.167;

Проводим проверки прочности гибкости и общей устойчивости стержня колоны.

Проверка общей устойчивости выполняется по формуле:

N·γn /φmin·A £ Ry·γс, (4.3.6)

где φmin – определяется по максимальной величине λx, λy;

принимаем φmin = 0.758, тогда:

1309·103·0.95/0.758·81 = 202.5 МПа < 240 МПа.

Проверка выполняется, тогда автоматически выполняется проверка прочности.

Проверку гибкости колонн, производим по формулам:

λx = Lef,x/ix £ |λ|, λy = Lef,y/iy £ |λ|, (4.3.7)

где |λ| - предельная гибкость колонн, определяем по СНиПу II-23-81*:

|λ| = 180 – 60·α, (4.3.8)

α = N·γn /Ry·γc·A·φmin = 1309·103·0.95/240·106·1·81·10-4·0.758 = 0.844; (4.3.9)

|λ| = 180 – 60·0,893 = 129.36

тогда:

λ = 830/12 = 69.17 < 129.36; λ = 830/13.287 = 62.47 < 129.36,

гибкость колонн обеспечена.

Расчет планок центрально-жатых колон и их соединений ведут на усилия, возникающие от условной поперечной силы, которую принимают постоянной по всей длине колонны:

Qfic = 7.15∙10-6·(2330 – E/Ry)·N·γn /φ ; (4.3.10)

Qfic = 7.15·10-6· (2330-2.06∙105/240)·1309·103·0.95/0.758=17.26 кН,

где φ – коэффициент продольного изгиба, принимается в плоскости соединительных элементов по λef . Условная поперечная сила распределяется поровну между планками двух граней:

Qs = Qfic /2 (4.3.11)

Qs = 17.26/2 = 8.63 кН,

В каждой планке, как в стойке безраскосной фермы возникает поперечная сила:

Fs=Qs·l/b (4.3.12)

Fs= 8.63·103·0.25/0.31 =6.96 кН,

и изгибающий момент в месте прикрепления к ветвям:

Ms=Qs·l/2 (4.3.13)

Ms=8.63·103·0.25/2 = 1.09 кНм,

Проверка прочности планок:

σ =Ms·γn /Ws≤ Ry·γc (4.3.14)

Ws=ts·ds2/6 (4.3.15)

Ws= 0.8·192/6 =48.133 см3

σ = 1.09·103·0.95/48.133·10-6 = 39.18 МПа < 240 МПа.

Сварные угловые швы, прикрепляющие планки к ветвям колоны, рассчитываются на совместное действие усилий в планке Ms и Fs по формулам (проверка прочности по металлу):

Öσω2 + τω2 ≤ Rωf ·γωf ·γc (4.3.16)

σω= Ms·γn /Wω (4.3.17)

σω=1.09·103·0.95/30.24·10-6 = 34.24 МПа

τω=Fs·γn /Aω (4.3.18)

τω=6.96·103·0.95/10.08·10-4 = 6.56 МПа

Wω=βf · kf · lω2/6 (4.3.19)

Wω=0.7∙0.8·182/6 = 30.24 см3

Aω= βf · kf ·lω (4.3.20)

Aω= 0.7·0.8·18 = 10.08 см2

Ö34.242 + 6.562 = 34.863 ≤ 180 МПа

где βf - коэффициент проплавления углового шва βf =0,7мм.

lω - расчетная длина сварного шва:

lω=ds – 10мм (4.3.21)

lω = 190 - 10 = 180 мм.

катет шва принимается в пределах 6мм≤ Kf ≤1.2·ts Принимаем: Kf = 8 мм. Стержень колоны должен укрепляться сплошными диафрагмами, располагаемые у концов отправочного элемента и по длине колоны не реже чем через 4м. Диафрагмами служат опорные плиты базы и оголовка колоны.

4.4 Конструирование и расчет оголовка колонны

Следуя рекомендациям, располагаем главные балки на колонне сверху с передачей нагрузки на вертикальные консольные ребра.

Расчетными параметрами оголовка являются:

1. габариты консольных ребер: ширина bs, высота hs и толщина ts;

2. катеты швов крепления ребер к стенке балки kf1 и опорной плиты kf2;

3. толщина стенки стержня колонны в пределах высоты ребер.

 Скачать реферат