- •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
- •Литература для курсовой работы
- •Содержание
- •1. Задание на проектирование 4
- •2. Содержание, объем, порядок выполнения и оформления курсовой работы 5
- •3. Проектирование балочной клетки 12
4. Расчет центрально-сжатой сквозной колонны
Требуется Выполнить расчет центрально-сжатой колонны под балочную клетку усложненного типа с размерами в плане – L х l=14,0 х 4,0 м. Отметка верха настила – Н = 12,0 метров. Заглубление колонны ниже уровня пола – -0,8 метра. Примыкание главной балки к колонне – опирание сверху. Компоновка балочной клетки приведена ниже:
Высота главной балки – 1300 мм; сечение второстепенных балок – двутавр № 30Б1; сечение балки настила – двутавр № 10. Толщина настила балочной клетки tн = 6 мм. Примыкание балки настила к второстепенной балке – опирание сверху; примыкание второстепенной балки к главной – в один уровень.
Максимальная поперечная сила на опоре главной балки – 729,82 кН.
Материал колонн – сталь С235 по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением стали Ry = 230 МПа – для фасонной стали толщиной 4 t 20 мм.
Решение. Сбор нагрузок на центрально-сжатую колонну и определение расчетных длин колонны:
|
- геометрическая длина колонны относительно свободной оси (у-у) - то же, относительно материальной оси (х-х) |
|
Поперечное сечение колонны
|
Расчетная нагрузка на центрально-сжатую колонну .
Определяем расчетные длины колонны по формуле – ,
где - геометрическая длина колонны;
- коэффициент расчетной длины; при шарнирном закреплении нижнего конца колонны к фундаменту и шарнирном примыкании главной балки к колонне и второстепенной балки к главной балке коэффициент расчетной длины равен – .
Тогда, расчетные длины колонны:
;
.
Задаемся предварительной гибкостью колонны равной и находим коэффициент продольного изгиба по таблице 72 СНиП II-23-81* при материале колонны из стали С235 по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением стали Ry = 230 МПа (для фасонной стали толщиной 4 t 20 мм).
При и Ry = 230 МПа коэффициент продольного изгиба равен (согласно табл. 72 СНиП II-23-81*).
Определяем требуемую площадь поперечного сечения ветви колонны:
,
где - (примечание табл. 6 СНиП II-23-81*).
По полученному значению требуемой площади поперечного сечения ветви колонны принимаем его сечение из прокатного двутавра - № 35Б2 с А=54,0 см2; Iх=11600 см4; Iy=653 см4; ix=14,7 см; iу=3,48 см.
Определяем гибкость колонны относительно материальной оси х-х
- табл. 19* СНиП II-23-81*,
где при и Ry = 230 МПа (табл. 72 СНиП II-23-81*);
(табл. 19* СНиП II-23-81*).
Проверяем устойчивость колонны относительно материальной оси х-х:
.
Определяем разнос ветвей из условия равноустойчивости сквозной колонны по формуле:
, где =0,41 и =0,52.
Окончательно принимаем разнос ветвей колонны (округляя в большую сторону) равным .
Определяем геометрические характеристики сечения относительно свободной оси у-у:
,
, тогда гибкость сечения – .
|
Принимаем расстояние между планками в свету равным . Тогда гибкость ветви составит Задаемся размерами планки: ширина планки – , принимаем ; толщина планки – . Определяем расстояние между центрами планок - . Определяем собственный момент инерции планки – |
|
|
|
Определяем отношение . Если данное отношение больше 5, то приведенная гибкость сквозной колонны относительно свободной оси у-у определяется по формуле:
,
в противном случае, по формуле:
, где .
Тогда .
Проверяем устойчивость колонны относительно свободной оси у-у:
- устойчивость обеспечена.
где при и Ry = 230 МПа (табл. 72 СНиП II-23-81*).
Расчет соединительных планок
Соединительные планки центрально-сжатых колонн рассчитывают на условную поперечную силу , принимаемую постоянной по всей длине стержня. Условная поперечная сила определяется по формуле , где - продольное усилие в составном стержне; - коэффициент продольного изгиба, принимаемый для составного стержня в плоскости соединительных элементов.
При допускаемом незначительном округлении значений условной силы можно принять, что при Ry = 215 МПа и при Ry = 275 МПа. Тогда для стали С235 с Ry = 275 МПа условную поперечную силу путем интерполяции можно принять равной .
Условная поперечная сила, приходящая на планку одной грани
.
Определяем усилия в планке
; .
Проверяем прочность сварного шва, прикрепляющего планку к ветви колонны:
|
По металлу шва
По металлу границы сплавления , где , ; , ; |
Сварку выполняем полуавтоматической с f = 0,7 и z = 1,0 (табл. 34 СНиП II-23-81*); расчетное сопротивление металла сварного шва – Rwf = 215 МПа (табл. 56 СНиП II-23-81*) для сварочной проволоки Св08Г2С по ГОСТ 2246-70*;
Расчетное сопротивление Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3);
Расчетная длина - ; катет сварного шва – .
Тогда прочность сварного шва, прикрепляющего планку к ветви колонны равна:
а) по металлу шва
,
где , ;
б) по металлу границы сплавления
,
где , .
Расчет и конструирование базы колонны
Базу колонны рекомендуется принимать двух типов; с ребром жесткости по плите базы и без него. К первому типу базы относится база без ребра жесткости. Ко второму типу относится база с ребрами жесткости плиты (эскизы различных типов баз представлены ниже):
Второй тип базы колонны принимаем в случае, когда при расчете толщины плиты базы она получается больше 40 мм.
Следовательно, первоначально базу принимаем первого типа.
Определяем требуемую площадь плиты базы колонны по формуле:
, где - расчетное сопротивление бетона фундамента под колонну. Принимаем бетон фундамента класса В7,5 с . Тогда:
.
Определяем ширину плиты базы колонны:
,
где - ширина консольной части плиты, принимаем ;
- толщина траверсы, принимаем ;
- высота сечения двутавра ветви колонны.
Окончательно, принимаем ширину плиты равной , тогда .
Определяем длину по формуле:
; принимаем .
Определяем напряжение в фундаменте:
.
Для определения толщины плиты базы колонны определяем изгибающие моменты в плите на каждом из его участков.
Участок 1, опертый на четыре канта:
,
где - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения ,
Следовательно, при - ,
где - большая сторона участка 1, ;
- меньшая сторона участка 1, ;
- толщина стенки двутавра ветви колонны;
- разнос ветвей колонны.
Участок 2, опертый на три канта:
,
где - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения ,
Следовательно, при - ,
где - закрепленная сторона отсека участка 2, ;
- свободная сторона отсека участка 2, .
Участок 3, консольный:
По максимальному моменту (на участке 1) определяем требуемую толщину плиты базы колонны:
,
где Ry = 220 МПа – для листовой стали С235 по ГОСТ 27772-88 толщиной 20 t 40 мм;
- коэффициент условий работы, принимаемый по п.11 табл. 6 СНиП II-23-81*).
Толщину плиты принимаем равной . Следовательно, окончательно принимаем тип базы I.
Определяем высоту траверсы базы колонны из условия работы на срез сварных швов (четыре сварных шва), прикрепляющих траверсу к ветвям колонны.
Сварку принимаем ручной, выполненную электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 со следующими расчетными характеристиками:
f = 0,7 и z = 1,0 – коэффициенты, принимаемые по табл. 34 СНиП II-23-81*;
Rwf = 180 МПа – расчетное сопротивление металла сварного шва (табл. 56) для электродов типа Э-42;
Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3 СНиП II-23-81*) - расчетное сопротивление сварного шва по границе сплавления;
и - согласно п. 11.2* СНиП II-23-81*;
- согласно прим. таблицы 6 СНиП II-23-81*.
Катет сварного шва, прикрепляющего траверсу к ветви принимаем согласно рекомендациям табл. 38 СНиП II-23-81* – .
Тогда требуемая высота траверсы составит при расчете:
а) по металлу шва
;
б) по металлу границы сплавления
.
Принимаем высоту траверсы, равной .
Определяем нагрузку на траверсу по формуле:
.
Усилия, возникающие в траверсе:
, ,
где .
Проверяем прочность траверсы:
, .
Прочность траверсы обеспечена.
Определяем катет сварного шва, прикрепляющего траверсу к плите базы колонны.
Сварку принимаем ручной, выполненную электродами Э-42 по ГОСТ 9467-75 со следующими расчетными характеристиками:
f = 0,7 и z = 1,0 – коэффициенты, принимаемые по табл. 34 СНиП II-23-81*;
Rwf = 180 МПа – расчетное сопротивление металла сварного шва (табл. 56) для электродов типа Э-42;
Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3) - расчетное сопротивление сварного шва по границе сплавления;
и - согласно п. 11.2* СНиП II-23-81*;
- согласно прим. таблицы 6 СНиП II-23-81*.
Тогда:
а) по металлу шва
;
б) по металлу границы сплавления
.
Принимаем катет сварного шва крепления траверсы к плите в соответствии с расчетом и рекомендациями таблицы 38 СНиП II-23-81* равным – .
Расчет и конструирование оголовка колонны
|
Определяем площадь опорного ребра оголовка колонны из условия смятия: , где - расчетное сопротивление смятию стали С235 по ГОСТ 27772-88 с временным сопротивлением (табл. 51, 52 СНиП II-23-81*). Тогда: . Принимаем ширину опорного ребра оголовка колонны равной: , где - ширина опорного ребра главной балки (принимается из расчета главной балки. Тогда требуемая толщина опорного ребра оголовка колонны будет равна: . |
Принимаем с учетом сортамента толщину ребра равной .
Определяем высоту диафрагмы из условия работы стенок ветвей колонны на срез
,
где - толщина стенки двутавра ветви колонны (для двутавра № 35Б2), принимаемая из сортамента;
- расчетное сопротивление стали С235 на срез.
Окончательно высоту диафрагмы принимаем равной - .
Проверяем прочность опорного ребра из условия среза по формуле:
- условие обеспечено.
Определяем толщину диафрагмы из условия среза по формуле:
, окончательно принимаем .
Определяем катет сварного шва, прикрепляющие опорные ребра оголовка к диафрагме (швы «в»):
по металлу сварного шва –
;
по металлу границы сплавления –
,
где f = 0,7 и z = 1,0 (табл. 34 СНиП II-23-81*) для ручной сварки электродами типа Э-42 по ГОСТ 9467-75 с расчетным сопротивлением металла сварного шва Rwf = 180 МПа (табл. 56);
Rwz = 0,45Run = 0,45360 = 162,0МПа (табл. 3 СНиП II-23-81*);
и - согласно п. 11.2* СНиП II-23-81*;
- согласно прим. таблицы 6 СНиП II-23-81*.
Окончательно в соответствии с расчетом и с рекомендациями таблицы 38 СНиП II-23-81* катет сварного шва крепления опорного ребра оголовка колонны к диафрагме принимаем равным .
Приложение 6.
Примеры выполнения графической части курсовой работы.