Колона суцільного перерізу К7

1. Призначення та опис конструкції

Колони - елементи конструкції, що працюють на стиск або на стиск з поздовжнім вигином.

Колони служать для передачі навантаження від вище розташованих конструкцій через фундаменти на грунт. Колона складається з 3 основних частин:

стрижня - основного несучого елемента колони;

оголовка, що представляє собою опору для вищерозміщеної конструкції і розподіляє навантаження по перерізу стрижня;

бази (черевика), що розподіляє зосереджене навантаження від стрижня по поверхні фундаменту і закріплює колону у фундаменті.

Центрально-стислі колони працюють на поздовжню силу, прикладену по осі колони, яка викликає рівномірне стиснення поперечного перерізу.

Суцільностінчатих колони застосовують при великих навантаженнях і невеликих висотах.

У центрально-стиснутих колонах навантаження включені або безпосередньо до центру перерізу колони, або симетрично щодо осі стрижня.

Малюнок 1 - колона суцільного перерізу

оголовок

стрижень

база

2. Вибір та обгрунтування матеріалу

Колона суцільного перерізу належить до 3 групи зварних конструкцій. По таблиці 50 додаток 1 СНіП II-23-81 * визначаємо матеріал для колони суцільного перерізу при експлуатації в кліматичному районі II3 з розрахунковою температурою експлуатації від мінус 40 ° С до мінус 50 ° С.

Для виготовлення колони суцільного перерізу прийняти сталь марки.

З 255 по ГОСТ 27772 - 88,

де, З - сталь будівельна.

255 - межа плинності Т = 255 МПа

З таблиці 51 * СНиП II-23-81 * виписуємо в таблицю 1

Таблиця 1 - Нормативні і розрахункові опори прокату

По таблиці 55 додаток 2 СНіП II-23-81 * вибираємо матеріал для зварювання, відповідної сталі і заносимо в таблицю 2.

При зварювання колони суцільного перерізу ручне дугове зварювання штучно плавиться з покриттям застосувати при виконанні складальних операцій як прихватки. Основну зварювання виконати напівавтоматом у середовищі захисного газу для колони суцільного перетину. Поясні шви великої протяжності виконати автоматичного дугового зварювання під шаром флюсу. Короткі шви виконати напівавтоматичним зварюванням у середовищі захисного газу.

Таблиця 2 - Матеріали для зварювання, відповідні маркам сталі

З таблиці 56 СНиП II-23-81 * визначаємо нормативні та розрахункові опору матеріалів швів зварних з'єднань з кутовими швами і заносимо в таблицю 3.

Таблиця 3 - Нормативні і розрахункові опори металу швів зварних з'єднань з кутовими швами

З таблиці 1 ГОСТ 27772-88 визначаємо хімічний склад прокату і заносимо в таблицю 4.

Таблиця 4 - Хімічний склад прокату

3. Розрахункова частина

Розрахунок і конструювання стрижня колони

Підбір перерізу стержня колони

Підібрати двотаврового перетину стрижня суцільний колони висотою H = 6.0 м. Колона в обох напрямках шарнірно закріплена. Колона навантажена розрахункової стискає силою N = 1500 кН. Матеріал сталь З 255 по ГОСТ 27772 - 88

Розрахункова схема колони, згідно з умовою, має вигляд, представлений-ний на малюнку 2

Малюнок 2

Отже, розрахункова довжина lef в обох напрямках lx і ly з урахуванням коефіцієнта μ = 1, що враховує закріплення кінців стрижня колони, визначається за формулою

Визначаємо необхідну площу перерізу Атр

Згідно з додатком листовий прокат завтовшки від 4 до 10 мм із сталі З 255 має розрахунковий опір Ry = 240 МПа = 24 кН / см ²

Здається в першому наближенні значенням φ0 = 0.7, чому згідно з додатком відповідає гнучкість λ0 ≈ 75

Визначаємо габарити перетину. Знаходимо необхідні радіуси інерції

Використовуючи наближені залежності радіусів інерції від конфігурації ції перерізу (для розтину на малюнку 2)

Визначаємо потрібні висоту і ширину перерізу

Для зручності автоматичної приварки поясів до стінки приймаємо

Підбір товщини стінки і поясів

Враховуючи, що на площу стінки доводиться близько 20% загальної площі перерізу, товщина стінки

Округляючи до реальної товщини листового прокату, призначаємо tw = 0.8 см = 8 мм. Тоді на долю поясів доводиться площа

Звідси необхідна товщина одного поясу

Округлити, призначаємо tf = 0.8см = 8мм. Отримані розміри проставляємо на поперечному перерізі стержня колони (рисунок 3)

Малюнок 3

Перевірка підібраного перерізу

Фактична площа (дивись малюнок 3)

Мінімальний момент інерції

Момент інерції площі перерізу стінки щодо осі y нехтуємо зважаючи малості

Мінімальний радіус інерції

Найбільша гнучкість

Згідно з додатком коефіцієнт поздовжнього вигину

Перевіримо стійкість підібраного перерізу при

Що вказує на відсутність надлишків матеріалу

Перевірка умовної забезпечення стійкості стінки і поясів

Умовна гнучкість

Місцева стійкість стінки без зміцнення поздовжніми ребрами жорсткості забезпечена, якщо виконується нерівність

Отже, зміцнення стінки поздовжніми ребрами не потрібно

У поперечних ребрах немає необхідності, якщо виконується нерівність

Стійкість поясів забезпечена, якщо виконується нерівність

Нерівність не виконується отже необхідно встановити поперечні ребра жорсткості на відстань

Розрахунок і конструювання оголовка колони

Малюнок 4 - оголовок

Визначення довжини ребра оголовка

Визначаємо товщину ребра

Конструктивно приймаємо ширину ребра

- Це розрахунковий опір зім'яту торцевої поверхні одно розрахункового опору за межею міцності,

Приймаються

Підібране ребро перевірити на зріз

Підібране перетин опорного ребра вибрано правильно. Товщину опорної плити призначаємо конструктивно в межах 10 - 20 мм, приймаємо

Розрахунок і конструювання бази колони

Розрахувати і законструйовані базу центрально - стислій колони суцільного двотаврового перерізу (малюнок 5). Стискаюча навантаження діє на колону. Матеріал фундаменту - бетон класу B10 з розрахунковим опором осьовому стиску (призмова міцність), матеріал елементів бази - сталь З 255. Зварювання напівавтоматичне зварювальним дротом марки Св - 08Г2С за

Відповідно до раніше прийнятої розрахункової схемою колони (дивися малюнок 5) передбачаємо шарнірну базу (рисунок 6)

Малюнок 5

Малюнок 6

Розрахункова стискаюча навантаження на фундамент з урахуванням ваги колони

де A - площа поперечного перерізу колони (дивися малюнок 5)

- Об'ємна вага стали,

- Коефіцієнт надійності для власної ваги металевих конструкцій,

Переймаючись встановлюємо розрахунковий опір бетону зминанню

Необхідна площа опорної плити

Ширина плити залежить від конструкції бази і розмірів поперечного перерізу стрижня колони. Щоб плита не вийшла дуже товста, її консольну частину приймаємо (рисунок 6) Товщину траверси приймаємо

Ширина плити

Що задовольняє ГОСТ 82 - 70 на універсальну сталь

Необхідна довжина плити

Округляючи приймаємо

Визначення товщини плити

Плита працює на вигин від рівномірно розподіленого навантаження (реактивного тиску фундаменту)

Розглядаючи різні ділянки плити визначаємо найбільший згинальний момент у смузі шириною 1 см

Ділянка № 1 - операніе, з чотирьох сторін. Відношенню в таблиці відповідає коефіцієнт

Згинальний момент ділянки плити опертої по чотирьох сторонах

Ділянка № 2 - операніе за трьома сторонами

У цьому випадку плита розраховується як консоль з вильотом

Згинальний момент

Ділянка № 3 - консольний

Таким чином, за великим значенням згинального моменту визначаємо товщину плити

По додатку призначаємо, що підтверджує правильність прийнятого значення розрахункового опору (додаток для листового прокату товщиною від 4 до 20 мм)

Розрахунок траверси

Висоту аркушів траверси знаходимо з умови повної передачі зусилля зі стрижня на опорну плиту через зварні шви (при розрахунку по металу шва)

Прикріплення траверси до колони виконується напівавтоматичним зварюванням у вуглекислому газі зварювальним дротом марки Св - 08Г2С

Розрахункові характеристики

- Коефіцієнт залежить від умов зварювання за додатком,;

- Катет шва,;

- Розрахунковий опір металу шва за додатком для зварювального дроту Св - 08Г2С,;

- Непровар і кратер,;

Перевіряємо допускаемую довжину шва

Округляючи приймаємо

Проводимо перевірку міцності траверси на вигин і зріз.

Навантаження на одиницю довжини одного листи траверси

Згинальний момент в місці приварки до колони

Поперечна сила

Момент опору перетину листа

Нормальне напруга

Дотичне напруження

Міцність траверси забезпечена з великим запасом. Розрахунковий опір прийнято за додатком виходячи з товщини траверси

Дотичне напруження

тобто міцність ребра забезпечена

Перевіряємо шви, що прикріплюють ребро до колони. При двох кутових швах товщиною

тобто, міцність швів забезпечена

Розрахунок швів, що прикріплюють елементи бази до плити

Необхідна товщина швів, що прикріплюють листи траверси:

Ребра жорсткості

Згідно з додатком виходячи з товщини плити, конструктивно приймаємо, що цілком компенсує трохи завищену довжину швів.

Висновок

Вибір марки сталі, для центрально - стислій колони суцільного перерізу виконують з урахуванням кліматичного району, в якому конструкція буде монтуватися, експлуатуватися, а також з урахуванням характеру навантаження, товщини прокату, застосовуваного в колоні.

Отримані розрахункові значення розмірів елементів колони округляємо в більший бік до значення, відповідного ГОСТ 27772 - 88 та ГОСТ 8240 - 89.

У курсовому проекті перевірена стійкість колони на міцність і жорсткість, розраховані оголовок, стрижень і база колони.

Список літератури

Блінов А. Н., Лялін М. В. Зварні конструкції. Підручник лад издат 1990

ГОСТ 27772 - 88 прокат для будівельних зварних конструкцій. Загальні технічні умови. Введення 01.01.89 до 01.01.99 - М; Видавництво стандартів 1988 - 2БС

СНіП. Норми проектування сталевих конструкцій. Держбуд СРСР. Введення 01.01.87. На заміну СНіП; СНіП

ГОСТ 82 - 70. Прокат сталевий, гарячекатаної, широкосмуговий універсальний сортамент.

Методичні рекомендації до курсового проектування з предмету "Зварні конструкції" для середніх спеціальних навчальних закладів.