Расчет металлической колонны

! ПЗ по колонне.doc

Требуется подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны однопролетного производственного здания. Ригель имеет жесткое сопряжение с колонной.
- для верхней части колонны: в сечении 1-1 N=52246 кН М=3083 кНм Q=5237 кН в сечении 2-2 М=63556 кНм.
- для нижней части колонны: N1=82521 кН М1=-228 кНм N2=18047 кН М2=5711 кНм Qmax=24731 кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны .
Материал колонны - сталь марки С255.
Определение расчетных длин колонны
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам:
где - коэффициенты расчетной длины нижнего и верхнего участков колонны.
Так как и то коэффициенты и будут равны: .
Таким образом для нижней части колонны ; для верхней .
Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно: .
Подбор сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимаем виде сварного двутавра высотой hB =1000 мм.
Определим требуемую площадь сечения по формуле:
где - коэффициент надежности по назначению; - коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии.
Для симметричного двутавра где - радиус инерции - ядровое расстояние.
Относительный эксцентриситет:
Примем в первом приближении тогда коэффициент влияния формы сечения будет равен:
Приведенный относительный эксцентриситет:
Требуемая площадь сечения:
1 Компоновка сечения
Принимаем толщину полок 8 мм.
Тогда высота стенки будет равна:
При и из условия местной устойчивости:
Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично принимаем и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенками шириной по см.
Требуемая площадь полки:
Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки .
Проверяем пояс из условия обеспечения местной устойчивости:
2 Геометрические характеристики сечения
Полная площадь сечения:
Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:
Момент сопротивления:
Выполним проверку устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента.
Значение коэффициента при :
Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента:
Для определения mX найдем максимальный момент средней трети расчетной длины стержня.
Так как mX=135 то коэффициент с равен:
Определим значения и :
Так как то в расчетное сечение включаем только устойчивую часть стенки.
Местная устойчивость стенки колонны обеспечивается.
Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное состоящее из двух ветвей соединенных решеткой. Высота сечения hн=1000 мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из двутавра наружную – составного сварного сечения в виде швеллера.
Определяем ориентировочное положение центра тяжести. Принимаем z0=5 см.
Усилие в подкрановой ветви:
Усилие в наружной ветви:
Определяем требуемую площадь ветвей задаваясь коэффициентом продольного изгиба ; (сталь марки С255 фасонный прокат).
Для подкрановой ветви
По сортаменту подбираем двутавр 23Б1 (h=2273 мм b=100 мм d=54 мм t=79 мм A=262 см2 Ix=2660 см4 Iy=176 см4 ix=941 см iy=242 см).
Для наружной ветви (листовой прокат):
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем 212 мм. Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения встык с полкой надкрановой части колонны принимаем равной 8 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов равна 250 мм.
Требуемая площадь полок:
Из условия местной устойчивости полки швеллера
Геометрические характеристики ветви
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:
Отличие от первоначально принятых размеров мало поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
1 Проверка устойчивости ветвей
Проверяем устойчивость каждой ветви как центрально сжатого стержня из плоскости рамы (относительно оси y).
Условие выполняется.
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:
Принимаем разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.
Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы.
2 Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны .
Условная поперечная сила:
Расчет решетки проводим на .
Усилие сжатия в раскосе:
Требуемая площадь раскоса:
где - расчетное сопротивление для фасонного проката из стали марки С255; - коэффициент условий работы (сжатый уголок прикрепляемый одной полкой).
Примем уголок L160х10.
Aр=314 см2 imin=319 см
Максимальная гибкость раскоса:
Геометрическая длина раскоса:
Напряжения в раскосе :
Условие соблюдается.
3 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Определим геометрические характеристики всего сечения.
Приведенная гибкость:
где =27- коэффициент зависящий от угла наклона раскосов.
Условная приведенная гибкость:
Для комбинаций усилий догружающих наружную ветвь (сечение 4-4) N2=18047 кН; М2=5711 кНм.
Для комбинации усилий догружающих наружную ветвь (сечение 3-3) N1=82521 кН; М1=-228 кНм.
Устойчивость колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Рисунок 1 – Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные усилия в сечении над уступом: ;.
Прочность стыкового шва (ш1) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.
Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:
Длина сминаемой поверхности:
где - ширина опорных ребер балок; - толщина стенки плиты.
Усилие во внутренней полке верхней части колонны:
Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (ш2):
Применяем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08А d=14-2 мм ; . Назначаем ; ; ; .
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь в которую заводим стенку траверсы.
Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш3) составляем комбинацию усилий дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.
N=8889 кН; M=63556 кНм2
Коэффициент 09 учитывает что усилия N и M приняты для 2-го основного сочетания нагрузок.
Требуемая длина шва:
Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определяем высоту траверсы по формуле:
где - толщина стенки 23 Б1; RСР=14кНсм2 – расчетное сопротивление срезу фасонного проката из стали С255.
Проверим прочность траверсы как балки нагруженной усилиями N M Dmax. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 420х12 мм верхние горизонтальные ребра – из двух листов 180х12 мм.
Найдем геометрические характеристики траверсы.
Положение центра тяжести сечения траверсы:
Максимальный изгибающий момент в траверсе М=63556 кНм2 при N=8889 кН.
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов:
Расчет и конструирование базы колонны
Рисунок 2 – База колонны
Проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):
) N=18047 кН М=5711 кНм (для расчета базы наружной ветви);
) N=19317 кН М=32437 кНм (для расчета базы подкрановой ветви).
Определим усилия в ветвях колонны.
1 База наружной ветви
Требуемая площадь плиты:
По конструктивным соображениям свес плиты должен быть не менее 4 см. Тогда .
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно: .
При толщине траверсы 10 мм .
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1 (консольный свес ):
Участок 2 (консольный свес ):
Участок 3 (плита опертая на четыре стороны; ; ):
Участок 4 (плита опертая на четыре стороны; ; ):
Принимаем для расчета .
Требуемая толщина плиты:
для стали марки С255.
Принимаем (2 мм – припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А d=14-2 мм; kш=8 мм.
2 Проверка прочности траверсы
Прикрепления рассчитываем по металлу шва принимая катет угловых швов :
Проверяем допустимую длину шва:
Требование к максимальной длине швов выполняется.
Крепление траверсы к плите принимаем угловыми швами .
Проверяем прочность швов:
Швы удовлетворяют требованиям прочности. При вычислении суммарной длины швов с каждой стороны шва не учитывалось по 1 см на непровар.
Приварку торца колонны к плите выполняем конструктивными швами так как эти швы в расчете не учитывались.
Наименование профиля
Наплавляемый металл 1%
Беленя Е.И. Металлические конструкции – М.: Стройиздат – 1986;
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования.

колонна мое.cdw

Проектирование металлической
Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны