- •Предисловие
- •Задание на проектирование (заполняется на отдельном листе)
- •2. Содержание, объем, порядок выполнения и оформления курсовой работы
- •Исходные данные для выполнения курсовой работы
- •3. Проектирование балочной клетки
- •Компоновка балочной клетки
- •Компоновка и выбор оптимальных значений шага балок настила (пролета настила) и пролета балок настила.
- •Значение коэффициента а в формуле (3.7)
- •Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций
- •Определение массы элементов балочной клетки
- •Расчет главной балки
- •3.5. Расчет центрально-сжатой колонны
- •Приложения
- •Спецификация металла
- •Ведомость отправочных марок (или «Требуется изготовить»)
- •Расчет узлов балочной клетки
- •Пояснительная записка к курсовой работе на тему:
- •Выполнил ст. Гр. Пгс-
- •1. Компоновочные решения балочных клеток
- •1.1. Балочная клетка нормального типа:
- •1.2. Балочная клетка усложненного типа:
- •2. Расчет балочной клетки нормального типа
- •2.1. Расчет стального настила балочной клетки нормального типа
- •2.2. Расчет балки настила балочной клетки нормального типа
- •3. Расчет балочной клетки усложненного типа
- •3.1. Расчет стального настила балочной клетки усложненного типа
- •3.2. Расчет балки настила балочной клетки усложненного типа
- •3.3. Расчет второстепенной балки балочной клетки усложненного типа
- •4. Расчет главной балки
- •4. Расчет центрально-сжатой сквозной колонны – не надо
- •Литература для курсовой работы
3.5. Расчет центрально-сжатой колонны
3.5.1. Подсчет нагрузок на колонну и определение расчетного усилия производится в соответствии с принятой конструктивной схемой площадки. Нагрузки считаются приложенными к колонне центрально.
При определении расчетного усилия в колонне вводятся соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке, установленные нормами для постоянной и временной нагрузок.
3.5.2. Расчет сплошной колонны производится в следующем порядке:
а) выбирается тип сечения колонны (из листов; прокатных профилей);
б) определяются расчетные длины колонны относительно двух осей с учетом заглубления базы в соответствии с принятой конструктивной схемой площадки и заданными ее размерами. При этом опирание колонны на фундамент, как правило, считается шарнирным, поскольку обычная база центрально-сжатой колонны не обеспечивает достаточного защемления стержня в его основании;
в) рассчитывается ориентировочно требуемая площадь поперечного сечения колонны по формуле:
где расчетное усилие в колонне;
коэффициент продольного изгиба;
расчетное сопротивление стали сжатию.
Для предварительного назначения коэффициента нужно задаться гибкостью колонны в пределах 80…90;
г) по расчетным длинам колонныии принятой гибкости определяется требуемая величина радиуса инерции сечения колонны:
;;
д) находятся минимальные требуемые генеральные размеры сечения по формулам:
;;
где ивысота и ширина сечения колонны;
икоэффициенты для определения радиусов инерции (см. [1, с. 181, 190, 195]);
е) по установленным генеральным размерамикомпонуется сечение колонны в соответствии с найденной выше требуемой площадью сечения.
В сплошных колоннах из листов размеры последних должны назначаться с учетом условий местной устойчивости (см. [7, п. 6.10-6.15]). Кроме того, размеры листов должны соответствовать стандартным для универсальной стали (см. [2, с. 352, табл. 10]); для принятого сечения колонны определяются геометрические характеристики по максимальной гибкости определяют.
ж) производится проверка несущей способности принятого сечения колонны по формуле:
где наименьший коэффициент продольного изгиба.
Если при проверке окажется, что подобранное сечение колонны неудовлетворительное (недонапряжение более 5% или перенапряжение), то необходимо заново подобрать сечение колонны. При этом величиной нужно задаваться так, чтобы:
где величина коэффициента продольного изгиба, которой задались ранее;
величина коэффициента продольного изгиба корректируемого сечения.
3.5.3. Расчет сквозной колонны (из двух ветвей, соединенных планками) производится в такой последовательности (см. [1, с. 194]):
а)определяются расчетные длины колонны (см. выше);
б)из расчета на устойчивость относительно материальной оси х-х [1, рис. 8.15] находят требуемую площадь сечения колонны и требуемый радиус инерции по формулам:
;;
для чего задаются гибкостью в пределах 80…90;
в) по требуемой площади и радиусу инерции подбирается по сортаменту примерно соответствующий им профиль из швеллеров или двутавров;
г)производится проверка устойчивости колонны относительно материальной оси х-х по формуле:
;
при необходимости сечение корректируется;
д)определяется минимальное расстояние между ветвями из условия равноустойчивости колонны относительно осей х-х и у-у [1, рис. 8.4].
Задавшись , но менее, определяют требуемую гибкость.
Затем находят соответствующий ей радиус инерции:
;
и искомое расстояние между ветвями:
;
е)после окончательного подбора сечения производится проверка устойчивости колонны относительно свободной оси у-у по формуле:
где коэффициент принимается по приведенной гибкости.
ж) расчет планок производится на условную поперечную силу(в кН), определяемую для конструкций из стали С235 по формуле (см. [8, п. 5.8*]) или приближенно:
при Ry= 210 МПа и А в см2.
Ширина планок принимается в пределахдля сварных колонн идля клепаных, гдеширина колонны.
Толщина планки принимается от 6 до 10 мм в пределах:
Ширина планок проверяется из условия прикрепления их к ветвям колонны, причем в месте прикрепления действует поперечная сила:
;
изгибающий момент:
;
где поперечная сила, приходящаяся на систему планок, расположенных в одной плоскости;
расстояние между осями ветвей;
расстояние между центрами планок.
Расчет прикрепления планок к ветвям колонны (см. [1, с. 195]).
3.5.4. Базы колонн при не фрезерованном торце стержня конструируются с траверсами из листов или швеллеров. Расчет таких баз производится в соответствии с указаниями курса (см. [1, с. 200-203]).
а) Расчет плиты
После того, как выбран тип базы, устанавливают расчетом размеры плиты в плане и ее толщину.
Требуемая площадь плиты:
где расчетная нагрузка на колонну;
расчетное сопротивление материала фундамента, обычно принимается в пределах 0,30…0,80 кН/см2, в соответствии с маркой бетона, назначаемой не менее В20.
Плита работает как пластинка на упругом основании, воспринимающая давление от траверс и диафрагм. Однако в расчете это обстоятельство обычно не учитывается и давление под плитой принимается равномерно распределенным.
Ширина плиты определяется по конструктивным соображениям:
где расстояние между ветвями траверсы, т. е. Ширина или высота колонны;
толщина траверсы;
свободный выступ плиты за траверсу, обычно принимаемый равным 2-6 см.
Затем находим длину плиты:
Если получается, что , то следует переходить к уширенной базе.
Плита рассчитывается как пластина, опертая на ветви траверсы и диафрагмы и нагруженная равномерно распределенным реактивным давлением фундамента . В соответствии с конструкцией базы (башмака) плита может иметь несколько участков.
Расчетные изгибающие моменты для различных участков определяются по формулам:
для плит опертых на 4 канта:
для плит опертых на 3 канта:
где коэффициенты, зависящие от отношения стороны(более длинной)
к стороне (более короткой), определяются по таблице [1];
давление на 1 см2плиты.
При отношении сторон плита рассчитывается как однопролетная балочная, и изгибающие моменты определяются по формулам:
при свободном опирании ;
при упругом защемлении (в клепаном башмаке) .
При опирании на 2 канта, соприкасающихся под углом несколько в запас, можно принимать: размер по диагонали между кантами; размерравным расстоянию от вершины угла до диагонали. Изгибающий момент в консольном участке плиты.
Толщина плиты определяется по формуле:
, гдепри;при.
Обычно толщина плиты принимается в пределах 20…40 мм; если толщина плиты получается больше, конструкция башмака нерациональна и ее следует изменить.
б) Расчет траверс, диафрагм и ребер
Усилие со стороны колонны передается на траверсы через сварные швы. Размещение швов требуемой длины определяет высоту траверсы, которая обычно с избытком отвечает условию ее прочности.
Суммарная длина швов для одной траверсы определяется по формуле:
или(при двух траверсах),
где полное расчетное усилие на колонну.
При этом толщина шва принимается не более.
Траверса проверяется на изгиб в месте прикрепления к стержню колонны и по середине.
Прикрепление диафрагмы к ветвям траверсы рассчитывается несколько в запас прочности на усилие:
где расстояние между диафрагмами;
расстояние между ветвями траверсы.
Прикрепление консольных ребер к стержню колонны рассчитывается на момент и поперечную силу:
и,
где расстояние между консолями в соответствии с линиями раздела;
длина консоли.
Швы, прикрепляющие консоли к стержню колонны, рассчитываются на нормальные напряжения от изгиба, срезывающие напряжения от поперечной силы, а также в зависимости от типа швов:
а) для угловых швов на равнодействующие напряжения:
или;
б) для стыковых швов на приведенные напряжения:
.
3.5.5. При фрезерованном торце стержня колонны опорная плита обычно принимается квадратной со стороной (см. [1, с. 203-204]).
,
где расчетное сопротивление материала фундамента.
Сварные швы, крепящие колонны к плите, рассчитываются на усилие 0,15N.
Требуемую толщину опорной плиты определяют, рассматривая работу неукрепленного трапециевидного свеса плиты, как консоли (см. [1, с. 203]) (при ), или заменяя сечения стержня колонны и опорной плиты равновеликими по площади кругами (при), рассматривают круглую пластинку под воздействием круглого штампа, для которой имеются готовые решения (таблицы см. [1, с. 204]).
3.5.6. Приняв по заданию или выбрав тип сопряжения балок с колоннами, приступают к конструированию и расчету оголовка колонны (см. [1, с. 204-206]).
Расчетная часть на этом заканчивается и далее на основе полученных результатов выполняется графическая часть включающая чертежи КМ (конструкции металлические) и разрабатываемые на их основе чертежи КМД (конструкции металлические деталировка). Примеры оформления графической части приведены в приложении 6.