В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая по Металлическим конструкциям. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания.

Курсовая по Металлическим конструкциям. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания.

Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет.

Кафедра Строительных конструкций и материалов.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: "Металлические конструкции"

Тема: Проектирование стального каркаса одноэтажного

промышленного здания.

Выполнил студент гр. 3011/1 (подпись)

Руководитель к.т.н., доц (подпись) Тимофеев Н.М.

" "____________2002 г.

Санкт-Петербург

2002

Содержание

1 Введение

1. Статический расчет поперечной рамы каркаса промышленного здания

1.1 Определение нагрузок на поперечную раму

1.2 Определение расчетных усилий в сечениях рамы от действия нагрузок

1.3 Определение усилий в сечениях рамы при расчетных сочетаниях нагрузок

1.4 Построение эпюр M, N, Q; их анализ.

1.5 Определение расчетных усилий для подбора сечения стержня колонны в плоскости действия момента

1.6 Определение усилий в сечениях рамы при расчётных сочетаниях нагрузок

2. Проектирование стропильной фермы заданного очертания

2.1 Определение генеральных размеров фермы

2.2 Определение усилий в элементах фермы

2.3 Подбор сечений стержней стропильной фермы

2.4 Конструирование и расчет узлов фермы

3. Проектирование составной внецентренно сжатой колонны сплошного сечения

3.1 Подбор сечения из условия общей устойчивости

3.2 Расчет на ЭВМ

3.3 Проверка прочности ствола колонны

3.4 Конструирование и расчет базы колонны с двухстенчатым траверсом

1 Введение.

Цель работы: В рамках выполнения курсового проекта по Металлическим конструкциям сделать статический расчет поперечной рамы каркаса одноэтажного однопролетного промышленного здания без крановой нагрузки.

Содержание проекта:

- по заданным исходным данным: основным геометрическим размерам поперечника рамы, шагу колонны, заданному типу покрытия, конструкции стенового ограждения, климатическим условиям, типу местности и виду сопряжения фермы с колонной – определить расчетные нагрузки на раму и в расчетных сечениях определить три компонента внутренних усилий M, N, Q.

- Произвести расчет каркаса рамы на ЭВМ для ряда соотношений жесткостей ригеля и колонны.

- На основе анализа результатов определить расчетные значения M, N, Q для расчета сплошной колонны.

2. Статический расчет поперечной рамы каркаса промышленного здания.

На поперечную раму каркаса промышленного здания без крановой нагрузки от мостового крана действуют: постоянные нагрузки от веса конструкции, кратковременные нагрузки от веса снегового покрытия и давления ветра нормально фахврку.

a. Определение нагрузок на поперечную раму.

Постоянная нагрузка от веса шатра.

Постоянная нагрузка на раму каркаса создается весом конструкций покрытия (плиту покрытия, утеплитель, гидроизоляция, профильный настил, прогоны, фермы, связи и т.д.). На колонны непосредственно действуют нагрузки от веса снеговых панелей, собственного веса колонн.

Покрытия производственных зданий (в том числе и зданий энергетических объектов) подразделяются на: на утеплительные покрытия отапливаемых зданий и на не утепленные покрытия не отапливаемых зданий и зданий избыточным тепловыделением установленного в нем основного оборудования.

Конструкции покрытия условно можно разделить на ограждающие и несущие.

К ограждающим конструкциям относится: ЖБ плиты, металлические плоские или профилированные листы корытного сечения, расположенные на них элементы гидро и пароизоляции. В последнее время нашло применение покрытие, состоящие из готовых блоков заводского изготовления (покрытие типа «сэнгвич»).

Конструкция кровли.

Основное назначение кровельного покрытия – защита помещения от атмосферных воздействий. По конструкциям различают два вида покрытий: беспрогонное и по прогонам. В данном проекте используется покрытие по прогонам.

Покрытие по прогонам

Конструкция покрытия показана на рисунке.

1. Защитный слой из гравия на битумной мастике.

2. Трехслойный гидроизоляционный ковер на кровельной мастике.

3. Защитный слой из одного слоя рубероида на мастике.

4. Утеплитель.

5. Пароизоляция:1 слой рубероида на битуме.

6. Стальной профильный настил.

7. Прогон сплошного сечения.

8. Стропильная ферма.

Нагрузки от веса покрытия приведены в табл.1

Вид нагрузки Норм. Кг/м2 ?f Расч. Кг/м2 1 Защитный слой из гравия на битумной мастике. 30 1,3 40 2 Трехсл. гидроизол. ковер на кровельной маст. 15 1,3 20 3 Защитн. слой из одного слоя рубер.на мастике. 6 1,3 8 4 Утеплитель толщ. h и плотностью ? ?h=2.5 1.3 3.25 5 Пароизоляция: 1 слой руберойда на битуме. 4 1.3 5 6 Стальной профильный настил. 10 1.05 11 7 Прогон сплошного сечения пролёта 6м. 5 1.05 5,5 8 Стропильная ферма. 15 1,05 17 9 Связи. 3 1,05 4 Итого gн 90,5 g 113,75

В проекте можно принять h= 0,05 м ,?=50 кг/м3

Очевидно, что линейная нагрузка на ригель рамы от веса шатра собирается с грузовой полосы. Ширина которой равна расстоянию между соседними фермами. В случае нашего курсового проекта без подстропильных ферм ширина грузовой полосы равна шагу колонны В. Тогда линейная нагрузка на ригель от собственного веса шатра:

q =g*b, кг/м.

q = 113.75*6 = 682,5кг/м

В - шаг колонны.

Постоянная нагрузка от веса колонн

и типового ограждения

В зданиях без мостовых кранов колонны имеют, как правило, постоянное сечение по длине. В данном случае колонна представляет собой сварной двутавр.

Собственный вес колонны принимается из опыта проектирования

qкн = 150... 250кг/м

для пролета 6м qкн=150кг/м

Расчетная линейная нагрузка от собственного веса колонны:

qк = ?*qкн, кг/м.

Где ?f = 1,2 коэффициент надежности по нагрузке

qк = ?f*qкн = 150*1,2 = 180 кг/м.

Нагрузка qк приложена по оси колонны.

Нагрузка от стенового ограждения

Нагрузку от веса панелей полагаем распределённой равномерно по всей длине колонны.

В качестве стенового ограждения примем однослойные плиты из ячеистого бетона

Толщина плит принимается стандартной ? = 0,3м. Плотность ячеистого бетона ? = 1100 кг/м3.

Нормативная линейная нагрузка от веса стенового ограждения:

qст.н = ?*В*1*? кг/м.

qст.н = 1980 кг/м.

Расчетная нагрузка: qст. = ?f * qст.н кг/м.

где ?f = 1,1 коэффициент надежности по нагрузке

qст. = 2178 кг/м.

Кратковременные нагрузки

Снеговая нагрузка.

Расчетная линейная снеговая нагрузка на ригель рамы от всего снегового покрова находится по формуле:

P = ?f*?n*?*?т*р0*В, кг/м.

P = 1,6*1*1*1*150*6 = 1440кг/м.

где р0- вес снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемой в зависимости от района строительства объекта.

Для 4 снегового района = 150кг/м2.

р0 определено на основе статистической обработки многолетних метеонаблюдений.

?т - коэффициент, учитывающий сдувание снега с покрытия здания. В курсовом проекте ?т = 1

? - коэффициент, зависящий от профиля покрытия (степени крутизны крыши). Для курсового проекта ?=1. В курсовом проекте не учитывается увеличение снеговой нагрузки на покрытие от снеговых “мешков”.

?f - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по таблице или графику в зависимости от gн/ р0. Если gн/ р0 = 90,5/150 = 0,6, то ?f = 1,6.

?n – коэффициент надежности по назначению сооружения, зависящий от класса объекта. В курсовом проекте ?n = 1.

Таким образом, для условий курсового проекта:

P = ?f*р0*В, кг/

P = 1,6*150*6 = 1440,кг/м.

Ветровая нагрузка.

Расчетное ветровое давление на 1м2 площади вертикальной стены объекта на высоте H над уровнем поверхности земли определяется по формуле:

g = ?f*kп* Cx*g0, кг/м.

где ?f = 1,4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

-

- g0 - нормативный скоростной напор на высоте 10м над поверхностью земли, принимаемый по таблице в зависимости от района строительства

Для IV ветрового района qо = 48кг/м2.

Скоростной напор – это давление, которое оказывает воздушный поток на высоте 10м. над уровнем земли на плоскую поверхность расположенную вертикально и нормально к направлению потока.

Cx - коэффициент, характеризующий аэродинамические св-ва здания и принимаемый по СНиП 2.01.07-85. В данном случае Cx = 0,6.

Кп – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте, зависит от высоты и от типа местности. Принимается по таблице7 методического пособия. В данном случае для Н = 11,2, Кп = 1,05.

g = 1,4*48*0,6*1,05 = 42,4 кг/м.

Ветровая нагрузка на поперечную раму

Расчетная линейная ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны ( со стороны активного давления)

с заветренной стороны

Для упрощения расчетов эпюра нагрузки qмг может быть заменена ступенчатой qст, в которой усреднена нагрузка в пределах каждой из зон высотой до 10м. Допускается еще большее упрощение, когда нагрузка усредняется в пределах высоты колонны (от фундамента до отметки от нижнего пояса фермы)

Тогда:

Ветровая нагрузка, действующая на здание выше от ригеля, заменяется равнодействующими W и W , которые прикладываются в верхних узлах рамы на уровне от нижнего пояса фермы:

где - значение на отметке середины высоты опорной стойки фермы можно принять по табл.7 для высоты

Определение усилий в сечениях рамы

каркаса здания

Жёсткое сопряжение ригеля с колонной.

Расчетная схема рамы

При жестком примыкании к колонне фермы переменной высоты (переменной жесткости), рис. а, расчетная схема рамы может быть сведена к раме с ригелем постоянной жесткости, рис. б

Эта жесткость сплошного ригеля определяется из равенства угловых деформаций фермы и условного ригеля рис. в

Ip = kэIф , где kэ- коэффициент перехода к эквивалентному моменту инерции сплошного ригеля, принимается из графиков или по зависимости

Кэ=0,21+0,8*h0/f

В курсовом проекте задано жёсткое примыкание плоской фермы к колонне. Расчётная схема может быть сведена к раме с ригелем постоянной жёсткости. Данная конструкция является три раза статически неопределимой.

Вычислим отношение погонных жестокостей ригеля ip и колонны ik.

к = ip / ik

Зададимся значением I = 15. Для коэффициента к получаем:

к = (Jp/l)/(Jk/L) = I((H/L)) = 15*(11,2/24) = 7.

В расчёте требуется определить значения усилий и моментов в сечениях 1 – 1, 2 – 2, 3 – 3 и 4 – 4 от постоянных нагрузок, от снеговой и ветровой нагрузок.

Усилия от постоянной нагрузки

k= I((H/L)

Примем I=15 k = 7.

Усилия в сечениях рамы от веса шатра.

MA = MB = M1 = M2= ql2/(12(k+2)) =682,5*242/(12*(7+2)) = 3640 кгм = 3,6 Тм

MС = M D= M3 = M4 = -2 M1 = ? 7280 кгм = ? 7,3 Тм

HA = HB = ql2/(4H*(k+2 )) = 682,5*242/(4*11,2*(7+2) =975 кг = 0,98 Т

Q = |HA | = 0,98 Т

В колонне в сечении х: Mqст = Mq к= 0

Только от веса шатра Nq = -q*l/2 =-684*24/2 = -8190 кг = -8,2 Т ;

Только от веса стен и колонн Nqст+qk = -(qст+qk)*x = const ;

Сечение 1 ,2 x = (ho+H) = 2,2+11,2 = 13,4 м Nqст+qk = -(2178+180)*13,4 = - 31718

N= - 31,7 Т ;

Сечения 3 ,4 x = ho = 3,2 м Nqст+qk = -(2178+180)*3,2 = - 7546 кг N = - 7,6 Т ;

В ригеле: Npриг = - HА= -0,98 Т Mpмах = + q*l2/8 ??MC? = 41860 кг = 41,9 Т

Усилия от снеговой нагрузки

MA = MB = M1 = M2 = pl2/(12*(k+2)) = 1440*242/(12*(7+2) = 7680 кгм = 7,7 Тм

MС = MD = M3 = M4 = -2 M1 = -15360 кгм =-15,4 Тм

HA = HB = pl2/(4H*(k+2)) = 1440*242/(4*11,2*(7+2)) = 2057 кгм = 2,1 Т

VA = VB = pl/2 = 1440*24/2 = 17280 кг = 17,3 Т

Np = - VА = -17,3 Т; Qp = |HA| = 2,1 Т

Нормальная сила в ригеле:

Npриг = - HА = -2,1 Т

Mpмах = + p*l2/8-|MC| = 88320 кгм = 88,3 Тм

Усилия от ветровой нагрузки

MA = M1 = -(H2/24)*(5qэ+3q'э)-H/4*(W+W') =

= -11,22/24*(5*291,6+3*218)-11,2/4(740,9+555,6 ) = -14623,4 кгм = -14,6 Тм

MB=M2=(H2/24)*(3qэ+5q'э)+H/4*(W+W')=11,22/24(3*291,6+5*218,7)+11,2/4(741+555,6)= =13865,2 кгм =13,9 Тм

MC=M3=(H2/24)*(qэ+3q'э)+H/4*(W+W')=11,22/24(291+3*219)+11,2/4(741+556)=8558кгм= =8,6 Тм

MD=M4=-(H2/24)*(3qэ+q'э)-H/4*(W+W')=11,22/24(3*292+218,7)-11,2/4(741+556)=

=-9616,3 кгм= - 9,6 Тм

HA = (H/4)*(3qэ+q'э)+0.5*(W+W') = 11,2/4(3*292+219)+0.5(471+556) = 3061 кг= 3,1 Т

HB = (H/4)*(qэ+3q'э)+0.5*(W+W')=11,2/4(292+3*219)+0,5(741+556) =3302 кг= 3,3 Т

VA = VB = (H2/6*l) * (qэ+q'э) + (H/2*l) * (W+W') = (11,22/24*6) * (292+219) + +11,2/2*24*(741+556) = 298 кг = 0,2 Т

Npриг = - HА +W+ qэ = -3710+741+292 = -26678 кг = -2.7 Т.

Определение усилий в сечениях рамы при расчётных сочетаниях нагрузок.

Расчётные усилия моменты, продольные усилия и перерезывающие силы в сечениях рамы 1, 2, 3, 4 от каждой из нагрузок раздельно приведены в таблице 12. Ручной счёт и расчёт на BASIC совпадают.

Определение расчётных усилий для подбора сечения стержня колонны в плоскости действия

момента (в плоскости рамы) и из её плоскости.

В таблице 12 (продолжение) приведены расчётные усилия в сечениях рамы в трёх сочетаниях нагрузок:

* 1-е сочетание: суммарная постоянная + снеговая нагрузки;

* 2-е сочетание: суммарная постоянная + ветровая нагрузки;

* 3-е сочетание: суммарная постоянная + 0,9*(снеговая + ветровая) нагрузки.

Расчётное сочетание определено по соотношению:

| Nп |=N/2 ± |M/h|,

где: N – сжимающее усилие в рассматриваемом сечении,

М – момент в том же сечении,

h – высота сечения колонны (принято h = 0.5м)

Анализ усилий и моментов показывает, расчётное сечение - в сечении 4 рамы, то есть правая колонна, 3-е сочетание нагрузок, верхняя треть расчётной длины:

М = 29.5тм

N = 30.5т

Q = 3,7т

Для проверки прочности колонны из плоскости действия изгибающего момента определяется максимальный момент и сжимающая сила в средней трети расчётной длины верхней половины колонны и в средней трети расчётной длины нижней половины колонны, так как колонна имеет одну распорку. Значения момента и сжимающей силы можно определить по формулам или графически

* Значения момента и сжимающей силы для проверки прочности колонны из плоскости действия момента:

М?1/3 = 20.8тм

N?1/3 =35.7т

2 Проектирование стропильной фермы

заданного очертания

2.1 Определение усилий в элементах фермы.

И инженерных расчётах применяют следующую методику определения усилий в стержнях стропильных ферм. Вначале определяют усилия от вертикальной нагрузки, рассматривая ферму как свободно опёртую. Упругое прикрепление фермы к колоннам учитывают путём приложения к опорам шарнирно опёртой фермы рамных изгибающих моментов и продольной силы, которые берут из таблицы расчётных усилий колонны в верхних сечениях.

При расчёте фермы на вертикальные нагрузки предполагают, что в узлах – идеальные шарниры, стержни прямолинейны и их оси пересекаются в центре узлов. Внешние силы передаются на ферму в узлах. В стержнях возникают только осевые усилия.

2.1.1 Определение усилий в каждом стержне фермы от единичной нагрузки, приложенной к узлам верхнего пояса левой половины фермы.

В курсовом проекте при определении усилий в стержнях фермы используется табличный метод расчёта на единичные узловые нагрузки, заданные на половине фермы (таблица 2.1).

По таблице 2.1 заполняются графы 3 и 4 таблицы 2.2.

Графа 6 таблицы 2.1 заполняется суммой значений граф 3 и 4 – получаем усилия в стержнях фермы от единичных нагрузок по всей ферме.

2.1.2 Определение узловой нагрузки.

* Узловая нагрузка собственного веса

Gузл = abg,

где: а = 3м – длина панели по верхнему поясу,

В = 6м – шаг колонн

g = 113.75кг/м2 - нагрузка от веса покрытия (табл. 1)

Gузл = 2,05т

* Узловая снеговая нагрузка

Р = ?f ? В ?т р0 Ва

Р = 1,4*1*150*1*6*3 = 3.8т

2.1.3 Определение усилий в стержнях фермы от расчётной узловой нагрузки

Определение усилий в стержнях приведено в таблице 2.

* В гр. 6 – приведены усилия от нагрузки собственного веса покрытия, полученные умножением усилий от единичных нагрузок (гр. 5) на значение узловой нагрузки G.

* В гр. 7 – приведены усилия от снеговой нагрузки, полученные умножением усилий от единичных нагрузок (гр. 5) на значение узловой нагрузки Р. Для раскоса "д-е" в гр. 7 пишем два значения усилий: первое снег на всей ферме и второе, когда снег на правой половине фермы, полученное умножением значения гр. 4 на Р. Таким образом получили значения усилия от снеговой нагрузки: положительное и отрицательное.

* В гр 8 – приведены усилия "Н" от опорного момента (см. табл 12*):

* Н? = М?/h0 = 13.5т

Отрицательный момент Моп даёт растяжение в верхнем поясе (+) и сжатие в нижнем (-). Влияние опорного момента сказывается только в крайних панелях.

* В гр 9 – заполняем продольной силой в ригеле. Продольная сила действует как сжимающая на нижний пояс фермы. Сжимающая сила:

* N= 3.1т

* В графе 10 представлены расчётные усилия в элементах фермы, получены суммированием усилий от узловых нагрузок, момента и продольной силы в ригеле.

Верхний пояс – сжатие по всем панелям, максимальное сжатие в центральной панели.

Нижний пояс – растяжение по всем панелям. В крайней панели два случая: собственный вес (гр 6) минус сжимающее усилие от момента в ригеле (гр 8)и продольной силы в ригеле (гр 9) ветровой нагрузки и собственный вес (гр. 6) плюс усилие от снеговой нагрузки (гр 7) минус продольная сила в ригеле.

Раскосы – имеют расчётные усилия постоянного знака, сжаты или растянуты.

2.3 Подбор сечений стержней стропильной фермы.

1. Общие данные: ?п =0,95; сталь – С255; Ry?=Ry / ?n=2421кг/см2;

?п – коэфф., учитывающий степень ответственности объекта.

Nор= 48 т. ==> ?ф=12 мм.

По нормам расчетная длина ВП в плоскости фермы принимается равной расстоянию между узлами ВП

Расчетная длина из плоскости фермы зависит от размещения связей по ВП ферм и от вида кровельного покрытия. В данном проекте она принимается равной длине панели

Максимальное усилие в верхнем поясе: Nmax= - 44,4 т.

[?]-=120;

Покрытие по прогонам ==> l0=300 cм.; lx=?x? l0=1?300=300 cм.;

l1=600 см.; ly=2?lх=1?300=600 см.;

Принимаем сечение №1 и проводим расчет методом последовательных приближений.

Задаемся ?0=110==>по графику ?0=0,51, тогда:

?0 – гибкость стержня; ?0 – коэфф. продольного изгиба.

Атреб=Nmax / (?0?Ry???c)=44400/(0.51?2421)=40,7 cм2

?c - коэфф. условия работы элемента

По сортаменту берем 2 уголка: 2 ? ? 140х90х10. А? ? =44,4 cм2

rх=2,56 см; ry=6,84см ; ==> ?x = lx / rx = 300 / 2,56=117.2

?y = ly / ry = 600 / 6,84 =87.7

?max=117.2 ==> ?min=0.5; ?max=117.2<[?]-=120;

Проверка: ?=Nmax / (?min? А? ???c)=

=44400/(0.5?44.4?1)= 2070 кг/ cм2

К=?/Ry? = 2070 /2421=0.85 ==> недогруз 5% ==>

сечение выбрано правильно

Расчетная длина НП равна расстоянию между центрами узлов, т.е. длине панели lx = l0 =d

Расчетная длина из плоскости фермы равна расстоянию между узлами НП, закрепленными пространственными связями от горизонтальных смещений из плоскости фермы ly=l1 и зависит от схемы размещения этих связей.

Подбор сечения нижнего пояса.

Nmax=48 т.; [?]=400

l0 =600 cм.; lx=?x? l0 =1?600=600 cм.;

l1=1200 см.; ly=?y?l1=1?1200=1200 см.;

Атреб=Nmax / (Ry???c)= 48000/(2421?1)=19,83 cм2

По сортаменту берем 2 уголка: 2 ? ? 100х63х7, А? ? = 22,2 cм2

rx=1,78; ry=5,02; ==> ?x = lx / rx = 600 / 1,78 =337,1

?y = ly / ry = 1200 / 5,02 =239

?max=337,1<[?]= 420;

Проверка: ?=Nmax / ( А? ???c)= 48000/(22,2?1)= 2162,2 кг/ cм2

К=?/Ry?=2162,2/2421=0.89 ==> недогруз 4% ==>

сечение проходит по прочности и по гибкости

Подбор сечения опорного раскоса со шпренгелем.

Nmax= -32,6 т. [?]-=120;

l0 = 390/ 2=195cм.; lx=?x? l0 =1?195 = 195 cм.;

L1 = 390см.; ly = ?y?l1 = 1?390 = 390 см.;

Задаемся ?0=90==>по графику ?0=0,65, тогда:

Атреб=Nmax / (?0?Ry???c)= 32600/(0.65?2421?1)= 22,2 cм2

По сортаменту берем 2 уголка:

2 ? ? 100?63х7. А? ? =22,2cм2

rx=1,78; ry= 5,02; ==> ?x = lx / rx = 195 / 1,78 =109,6

?y = ly / ry = 390 / 4,02 =77,7

?max=109,6==> ?min=0,51; ?max=109,6<[?]-=120;

Проверка: ?=Nmax / (?min? А? ???c)=

=32600/(0.68?22,2?1)=2679,3кг/ cм2

К=?/Ry?=2679,3/2421=1,05 ==> недогруз 5% ==>

сечение выбрано правильно

Подбор сечения раскосов.

Растянутый (б-в);

Nmax = 18,2 т.; [?] = 400

l0=390cм.; lx=?x? l0 =0,8?390= 312 cм.;

l1=390 см.; ly=?y?l1=1?390=312см.;

Атреб = Nmax / (Ry???c)=18200/(2421?1)=7,52 cм2

По сортаменту берем 2 уголка: 50х4 А? ? = 7,78 cм2,

rx=1,54; ry= 2,51; ==> ?x = lx / rx = 312 / 1,54=202,6

?y = ly / ry = 312 / 2,41 =124,3

?max=202,6<[?]=+421;

Проверка: ?=Nmax / ( А? ???c)=18200/(7,78?1)= 2339,3т кг/ cм2

К=?/Ry?=2339/2421=0.97 ==> недогруз 2%

Раскос (г-д);

Nmax= 13,9 т. [?]-=150;

l0 = 390cм.; lx = ?x? l0 =0,8?390 =312 cм.;

l1= 390см.; ly=?y?l1=1?390= 390см.;

Задаемся ?0=100 ==>по графику ?0=0,58, тогда:

Атреб = Nmax / (?0?Ry???c)=13900/(0.58?2421?0,8)= 12,4cм2

По сортаменту берем 2 уголка: 2 ? ? 80х6. А? ? =18,76 cм2

rx=2,47; ry=3,72; ==> ?x = lx / rx = 312 / 2,47 = 126,3

?y = ly / ry = 390 / 3,72 = 105

?max = 126,3 ==> ?min = 0,4; ?max= 126,3 <[?]- = 150;

Проверка: ?=Nmax / (?min? А? ???c) = 13900/(0.4?18,76?0,8)= 1848,1кг/ cм2

К=?/Ry???c =1848,1/1840=1

Сжато – растянутый раскос (д-е).

N-=max= -6,85т.; N-+max= +5,82т.; [?] = 150.

l0 = 390 cм.; lx = ?x? l0 = 0,8?390 = 312 cм.;

l1 = 390 см.; ly = ?y?l1 = 1?390 = 390 см.;

Расчёт производится по сжатию с проверкой на растяжение:

Подбираем сёчение по предельной гибкости [?]= = 150.

rтреб.x= lx/?x = 2.08, rтреб.y= ly/?y = 2.6. Тип 1.

По сортаменту берем 2 уголка: 2 ? ? 70х5 А? ? = 18,7cм2

rx=2,16; ry=3,30;

?x = lx / rx = 312 / 2,16 = 144,4

?y = ly / ry = 390 / 3,30 =118,2

?max = 144,4 ==> ?min = 0,32; ?max= 144,4 <[?]- = 150;

Проверка: ?=Nmax / (?min? А? ???c) = 6500/(0,32?18,7?0,8)= 1430,9 кг/ cм2.

Проверка выбранного сечения на растяжение: ?=Nmax / А? ? = 5820/ 18,7 = 311,23 кг/ cм2

Запас по прочности большой, а по гибкости на пределе.

Подбор сечения сжатых не опорных стоек.

Стойка (в-г);

N= - 5,9 т. [?]-=157,8;

Подбор ведётся по предельной гибкости.

L0= 275cм.; lx=?x? l0 = 0,8?275 = 220cм.;

L1= 275см.; ly=?y?l1=1? 275= 275см.;

rтреб.x= lx/[?] = 1,39, rтреб.y= ly/[?] = 1,74.

По сортаменту берем 2 уголка: 2 ? ? 70х50х5 А? ? = 12,2cм2

rx= 1,43; ry= 3,83;

?x = lx / rx = 220 / 1,43 = 153,8,

?y = ly / ry = 275 / 3,83 = 71,8

?max = 153,8 ==> ?min = 0,33; ?max= 153,8 <[?]- = 157,9

Проверка: ?=Nmax / (?min? А? ???c) = 5900/(0,33?12,2)= 1465кг/ cм2.

К=?/Ry???c =1465/1840 = 0,8. В сечении недогруз.

Опорная стойка (2-а);

N= -2,95 т. [?]-= 200;

L0=220 cм.; lx=?x? l0 = 0,8?220 = 176cм.;

L1=220 см.; ly=?y?l1=1?220 = 220 см.;

rтреб.x= lx/[?] = 0,88, rтреб.y= ly/[?] = 1,1.

По сортаменту берем 2 уголка: 2 45х5 А = 8,58cм2

rx= 1,37; ry= 2,42;

?x = lx / rx = 176 / 1,37 = 128,5,

?y = ly / ry = 220 / 2,42 = 91.

?max=128,5 ==> ?min=0.4; ?max=128,5<[?]-= 220;

Проверка:?-=Nmax/(?min?А? ???c) = 2950/(0.4?8,58) =859,6кг/ cм2

К=?/Ry???c = 859,6/1936 = 0,44.

Подбор сечения центральной монтажной стойки.

N= 1,45 т. [?]-= 400;

L0=320 cм.; lx=?x?l0 = 1?320 = 320 cм.;

L1=320 см.; ly=?y?l1 = 1?320 = 320 см.;

rтреб.x= lx/[?] = 0,8, rтреб.y= ly/[?] = 0,8.

По сортаменту берем уголок: 45х5 А = 8,58cм2

rx= 1,72; ry= 0,89;

?x = lx / rx = 320/ 1,72 =186

?y = ly / ry = 320 / 0,89 =132,2

Проверка: ?-=Nmax/(А??c)=1450/(8,58?0.8) = 211кг/ cм2

К = ?/Ry???c = 211/1840 = 0,12.

Расчет узлов стропильной фермы.

По расположению на ферме, конструкции и характеру работы узлы условно делят на опорные, промежуточные и укрупнительные; по месту изготовления – на заводские и монтажные.

Основной принцип проектирования узлов фермы – оси всех стержней должны пересекаться в одной точке – центре узла.

Сварной габарит для фасонки ?ф = 12мм. будет равен а = 50мм (смотри табл.6 стр.27 пособия).

Расчётные длины lОW ТР и по перу lПWТР находится по формулам:

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C , lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C .

где ? - коэф – т, зависящий от формы уголка,

N – расчётное усилие в стержне,

?f - коэф – т глубины проплавки. Для ручной сварки ?f = 0,7.

Кf – катет шва назначается в зависимости от ?ф и ?у. 4мм? К0f ? 1,2*?min ??ф и ?у?

4мм? Кпf ? ?у – 2мм.

?C - коэф – т условия работы конструкции ?C = 1.

Для стали С255 и электрода Э42 RWf = 1850 кг/см2.

Расчет промежуточных узлов.

Верхний пояс.

Узел1:

PАСКОС: а-б

N = 32600 кг

4мм ? К0f ? 1,2*?min = 1,2*0,7 = 0,8 КfО = 8 мм – катет шва по обушку;

4мм? Кпf ? ?у – 2мм. Кпf ? 0,7-0,2 = 0,5 см КfП= 5 мм – катет шва по перу.

?О=0,75; ?П=0,25 – коэфф., неравномерности распределения усилий

?f= 0,7 - коэфф., глубины проплавления по металлу шва для полуавт. сварки.

RWf =1850– расчетное сопротивление углового сварного шва по металлу шва

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO* RWf *?C=0.5*0.75*32600 / 0.7*0.8*1850=11,8 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*32600 / 0,7*0,5*1850=6,3 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,8+1=12,8 cм.

lПТР= lПW ТР +1=6,3+1=7,3 cм.

б-в

N=18200 кг

КfО= 6 мм; КfП=4 мм ; ?О=0,7; ?П=0,3

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.7*18200 / 0.7*0.6 *1850= 8,2 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,3*18200 / 0,7*0,4*1850= 5,3 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 8,2 +1= 9,2 cм.

lПТР= lПW ТР +1=5,3 +1=6,3 cм.

4-в.

N= 39500 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.

3-а

N= 13500 кг

КfО=10 мм; КfП=8 мм ; ?О=0,75 ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*13500 / 0.7*1*1850=3,9 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*13500 / 0,7*0,8*1850= 1,6 см.

lOТР= lОW ТР + 1=3,9+1=4,9 cм.

lПТР= lПW ТР +1=1,6+1=2,6 cм. lПТР = 4 cм

Узел2:

5-г

N= 39500 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.

4-в.

N= 39500 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.

в-г

N=5900 кг

КfО=6 мм; КfП=4 мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*5900 / 0.7*0.6*1850= 2,9 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*5900 / 0,7*0,4*1850= 1,9 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 2,9 +1= 3,9 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1= 1,9 +1= 2,9 cм. lПТР = 4 cм

Узел3:

5-г

N= 39500 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.

6-е

N= 44400 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*44400 / 0.7*0,8*1850=,16,1 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*444000 / 0,7*0,6*1850= 7,1 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 16,1 +1= 17,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1= 7,1 +1= 8,1 cм.

г-д

N= 13900 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; ?О=0,7; ?П=0,3

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.7*13900 / 0.7*0,8*1850 = 4,7 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,3*13900 / 0,7*0,6*1850= 3,7 см.

lOТР= lОW ТР + 1 = 4,7+1= 5,7 cм.

lПТР= lПW ТР + 1 = 3,7 + 1 = 4,7 cм.

д-е

N= 6850 кг

КfО= 6 мм; КfП=4 мм ; ?О=0,7 ?П=0,3

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.7*6850 / 0.7*0,6*1850= 3,1 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,3*6850 / 0,7*0,4*1850 = 2 см.

lOТР= lОW ТР + 1=3,1+1=4,1 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1=2+1=3 cм. lПТР = 4 cм

Нижний пояс.

Узел1:

PАСКОС: а-б

N = 32600 кг

4мм ? К0f ? 1,2*?min = 1,2*0,7 = 0,8 КfО = 8 мм

4мм? Кпf ? ?у – 2мм. Кпf ? 0,7-0,2 = 0,5 см КfП= 5 мм

?О=0,75; ?П=0,25, ?f= 0,7

RWf =1850

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO* RWf *?C=0.5*0.75*32600 / 0.7*0.8*1850=11,8 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*32600 / 0,7*0,5*1850*0.95=6,3 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,8+1=12,8 cм.

lПТР= lПW ТР +1=6,3+1=7,3 cм.

б-в

N=18200 кг

КfО= 6 мм; КfП= 4 мм ; ?О=0,7; ?П=0,3

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.7*18200 / 0.7*0.6 *1850= 8,2 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,3*18200 / 0,7*0,4*1850= 5,3 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 8,2 +1= 9,2 cм.

lПТР= lПW ТР +1=5,3 +1=6,3 cм.

1-б.

N= 27800 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; ?О=0,75; ?П=0,25.

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*27800 / 0.7*0.8 *1850= 10,1 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*27800 / 0,7*0,6*1850= 4,5 см.

lOТР= lОW ТР + 1 = 10,1 +1 = 11,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1 = 4,5 +1 = 5,5 cм.

1-д

N= 48000 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; ?О=0,75; ?П=0,25.

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*48000 / 0.7*0.8 *1850= 17,4 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*48000 / 0,7*0,6*1850= 7,7 см.

lOТР= lОW ТР + 1 = 17,4 +1= 18,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1 = 7,7 +1 = 8,7 cм.

в-г

N=5900 кг

КfО=6 мм; КfП=4 мм ; ?О=0,75; ?П=0,25

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO*RWf*?C=0.5*0.75*5900 / 0.7*0.6*1850= 2,9 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*5900 / 0,7*0,4*1850= 1,9 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 2,9 +1= 3,9 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1= 1,9 +1= 2,9 cм. lПТР = 4 cм

Конструирование и расчёт верхнего опорного узла.

N= 13500 кг

Верхний пояс: 140х90х10

4мм ? К0f ? 1,2*?min = 1,2*12 = 14 КfО = 14 мм

4мм? Кпf ? ?у – 2мм. Кпf ? 10-0,2 = 0,8 см КfП= 8 мм

?О=0,75; ?П=0,25, ?f= 0,7

RWf =1850

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO* RWf *?C=0.5*0.75*13500 / 0.7*1,4*1850= 2,8 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*13500 / 0,7*0,8*1850= 1,6 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 2,8 +1= 3,8 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1= 1,6 +1= 2,6 cм. lПТР = 4 cм

Высота фланца: t = 28,5см.

Расчёт швов, крепящих фасонку к фланцу.

Кf = 14мм

Lw = t – 1 = 27,5см.

Условие

Принимаем болты 40Х “селект” (4штуки)

Расчёт фланца:

Толщина фланца:

Проверка фланца на изгиб.

Конструирование и расчёт нижнего опорного узла.

N= 27800 кг

Нижний пояс: 100х63х7

4мм ? К0f ? 1,2*?min = 1,2*0,7 = 8 КfО = 8 мм

4мм? Кпf ? ?у – 2мм. Кпf ? 8-2 = 0,6 см КfП= 6 мм

?О=0,75; ?П=0,25, ?f= 0,7

RWf =1850

lОW ТР=0.5*?O*N / ?f*KfO* RWf *?C=0.5*0.75*27800 / 0.7*0,8*1850= 10,1 см.

lПWТР=0,5*?П*N / ?f*KfП *RWf*?C=0,5*0,25*27800 / 0,7*0,6*1850= 4,5 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 10,1 +1= 11,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1= 4,5 +1= 5,5 cм.

Раскос : а-б lOТР= 12,8см. lПТР= 6,2см.

Высота фланца: t = 31см.

Расчёт угловых швов, соединяющих фасонку и фланец.

Расчёт фланца.

Толщину фланца принимаем 20мм, как и в верхнем опорном узле. Болты теже.

Требуемая толщина по условию смятия:

Высота фланца: t = 31см

Опорный столик.

Привариваем к колонне двумя швами, катет каждого из них принимаем:

Длина столика:

Конструирование и расчёт нижнего укрупнительного узла.

Конструируем нижний укрупнительный узел так, чтобы все болты были равно растянуты, т.е. болтовое соединение должно быть симметрично относительно центра узла. Задаёмся числом болтов 4.

Опорные усилия на каждый:

Задаёмся маркой ВПБ – 40 “селект”.

Расчётное сопротивление растяжению материала ВПБ Rbh = 0.7*Rbun.

Rbun – наименьшее временное сопротивление болтов разрыву и зависит от марки стали.

Проверка несущей способности фланцевого соединения.

1. По несущей способности болтов:

где - несущая способность болтов на растяжение.

2. По сварному шву:

3. По изгибу:

Конструирование и расчёт верхнего укрупнительного узла.

Верхний укрупнительный узел вычерчивается без расчётов.

Расчет колонны.

Колонны производственных зданий без мостовых кранов и с кранами грузоподъемностью до 20 т проектируют сплошными постоянного по высоте сечения. Сечение обычно симметричное двутавровое, скомпонованное из трех листов:

- стенки размером hСТ??СТ

- двух поясов размером bП??П

Расчетные усилия.

Значения M, Q, N определяют по расчетам поперечной рамы каркаса.

M=22,6?105 кг Q=31,6?103 кг N=3?103 кг

H=1120 см. – геометрическая длина стержня колонны

lX=H=1120 см. - расчетная длина в плоскости рамы при жестком сопряжении ригеля к колонне

lУ=0,5H=560 см. расчетная длина из плоскости фермы.

RУ=2300 кг/см2 – расчетное сопротивление стали.

Задаемся гибкостью колонны в плоскости рамы ?XН=70

Определяем ориентировочную высоту сечения колонны h=lX/0.42*?X=1120/0.42*70=38,1см

rX=0.42*h=0.43*38,1=16,4 радиус инерции,

?X=0.35*h=0.35*38,1=13,3 – радиус ядра сечения

??X=?X*?RУ/E=70*0.030=2.1 условная гибкость

eX=MX/N=2260000/31600= 71,5 см.

mXН=eX/?X=1,25*еX*?X/lX=

=1.25*71,5*70/1120= 5,6 см. – относительный эксцентриситет

по таблице определяем коэффициент ?=1,25 z=AП/АСТ=0,5

m1=?*mX=1.25*5,6= 7

Зная величину ??X и m1 по графику находим коэффициент ?НEX=0.17 и определяем требуемую площадь сечения АТРЕБ=N/?НEX*RУ*?С=31600/0.17*2300*0.95=85,1 см2

По требуемой площади компонуем сечение из трех листов

Задаем hСТ=38 см.. ?СТТР=hСТ/70=0,54см. берем ?СТ=0.8 см., hСТ/?СТ=38/0,8=47.5<80

Определяем требуемую площадь полки АП=0,5*(АТР–hСТ*?СТ)=

=0,5*(85,1 – 38*0.8)=27,4 см2

Определяем ширину полки bПТР=lУ/25=560/25=22,4 см., по сортаменту принимаем стандартную ширину – 22 см.

Определяем толщину полки

А) из условия прочности ?П=АП/bП=27,4/22=1,25 см.

Б) из условия местной устойчивости ?П=bП/(0,72+0,2*??X)*?(Е/RУ)=

=22/(0,72+0,2*2,1)*33,33=0,57 см.

По сортаменту назначаем стандартную толщину – 1,4 см.

Определение статических и геометрических характеристик

выбранного сечения.

h=hСТ+2*?П=40+2*3,0=46 см.

А=hСТ*?СТ + 2*bП*?П=38*0,8+2*22*1.4=92 см2

?X=?СТ*hСТ3/12 + 2*[?П*bП*(hСТ/2 + ?СТ/2)2]=

=0.8*383/12 + 2*[1.4*22*(38/2 + 0,8/2)2]=26842 cм4

WX=?X/(hСТ/2 + ?П)=26842/(38/2 + 1.4)=1316 см3

?У=hСТ*?СТ3/12 + 2*bП3*?П/12=38*0,83/12 + 2*223*1.4/12=2486,2 см4

rX=??X/A=?26842/92=17,1 cм

rУ=??У/А=?2486,2/92=5,2 см

?X=WX/A=1316/92=14,3 см

Проверка общей устойчивости относительно оси X (в плоскости действия момента или в плоскости рамы).

?X=lX/rX=1120/17,1=65,5 < [?]=120 – фактическая гибкость колонны.

??X=?X*?RУ/E=65,5*0.030=1.97

eX=MX/N=2260000/31600= 71,5 см

mX=eX/?X= 71,5/14,3= 5,1 см

?= 1,25 z=0,5 mef=?*mX=1,25*5,1= 6,4 ?e=0,182

?1=N/A*?e=31600/92*0.182=1987 кг/см2

Проверка общей устойчивости относительно оси У (из плоскости действия момента или в плоскости стенового фахверка).

Исходные данные: M?1/3=20,8*105 кг., N?1/3=35,7*103 кг.

еX?= M?1/3 / N?1/3=2080000/35700= 58,3 см

mX?=eX?/?X=58,3/14,3=4,1 см

?У=lУ/rУ=560/5,2= 108==> по графику ?У=0,53

?У=108 ? ?C?97 ==> ?=1,1

?=0.65+0.05*mX?=0.65+0.05*4,1=0,855

c=?/(1+?*mX?)=1,1/(1+0,855*4,1)=0,3

?2=N?1/3 / c*?У*A=35700/0,3*0,53*92=2400,1 кг/см2> 2300 кг/см2, ?2/RУ=2400,1/2300=1,04.

Проверка местной устойчивости стенки колонны.

?=Q/hСТ*?СТ=3000/38*0,8= 98,7 кг/см2

yC=yP=hСТ/2=38/2=19 см.

?С=?N/A?+?MX*yC/?X?=?31600/92?+?2260000*19/26842?=1943,2кг/см2

?P=?N/A?-?MX*yC/?X?=?31600/92?-?2260000*19/26842?= ?1256,2кг/см2

?=(?С??P)/?C=(1943,2+1256,2)/1943,2=1.65 >1

?=1.4*(2*? ?1)*?/?C=1.4*(2*1.65 ?1)*98,7/1943,2=0,16

[?СТ]=[hСТ/?СТ]=183>114 ==> [?СТ]=114

?СТ= hСТ/?СТ=38/0,8=47,5<[?СТ]=114

Проверка местной устойчивости полки.

[bСВ/?П]=0.5* [bП/?П]=0.5*(0,72+0,2*??X)*?(Е/RУ)=0.5*(0,72+0,2*2.1)*33,33=18.9

bСВ/?П=0,5*bП/?П=0,5*22/1.4=7.85

Проверка прочности стержня колонны.

?4=N/A+MX/WX=31600/92 + 2260000/1316=2061 кг/см2 < 2300 кг/см2

?4/RУ=2061/2300=0.90

dБ=20 мм., d0=dБ+3=23 мм., АНЕТТО=А – 2*d0*?П=92-2*2,3*1.4=85,56 см2.

S0=d0*?П*(h - ?П)/2=2,3*1.4*(38-1.4)/2=58,93 см3., yC=S0/AН=58,93/85,56=0,69 см.,

?0Xc=2*d0*?П*[(h-?П)/2 + yC]2=2*2.3*1.4*[(38 – 1.4)/2 + 0.69]2=2322,4 см4

?НЕТТО=?X+A*yC2 - ?0Xc=26842 +92*0.692 – 2322,4=24563,4 cм4

WНЕТТО=?НЕТТО/(0,5*h + 0.63)=24563,4/(0.5*38.0 + 0.63)=1251,3 см3

CX=1.12

?5/RУ=(N/AНЕТТО*RУ?*?C)n + MX/CX*WНЕТТО*RУ?*?C=

=(31600/85,56*2300*0.95)1.5 + 2260000/1.12*1251,3*2300*0.95=0.069+0.773=0.84

?5/RУ=0,84 < 1

Расчет базы колонны.

База колонны – это конструктивное уширение нижней части колонны, предназначенное для передачи нагрузок от стержня колонны на фундамент. База колонны состоит из следующих основных элементов:

* опорной плиты, опирающаяся на Ж/Б фундамент

* траверса, передающая усилие от стержня колонны на опорную плиту

* анкерные болты, передающие растягивающие усилия от траверсы на фундамент.

Рассматриваем базу колонны с двустенчатой траверсой, состоящей из двух листов.

Принимаем: боковой свес плиты аСВ=40 мм.,

толщину траверсы ?ТР=14мм.

bПЛ=bП+2*аСВ=22+2*4,0=30,0 см. – округляем до стандартной ширины, равной 30,0 см. – ширина опорной плиты.

Определяем расчетное сопротивление бетона на местное сжатие:

Класс бетона - В7,5 - RB=44 кг/см2

RB – призменная прочность бетона

?B2=0,9 – коэфф.,условия работы для бетонных фундаментов

? - коэфф., зависящий от отношения площади верхнего обреза фундамента к площади опорной плиты, принимаем ?=1,2

RФ=?*RB*?B2=1,2*44*0,9=47.52 кг/см2

Тогда lПЛТРЕБ ? [N/(2*bПЛ*RФ)] + ? [N/(2*bПЛ*RФ)]2 + 6*MX/ bПЛ*RФ=

=[31600/(2*30*47.52)] + ? [31600/(2*30*47.52)]2 + 6*2260000/30*47.52=

=11,08 + ? (122,83 + 9511,78)=109 см. – округляем до 20 мм. в большую сторону и принимаем lПЛ=110 см.

?C=N/A + M/WX=N/bПЛ*lПЛ + 6*М/ bПЛ*lПЛ2=

=31600/30*110 + 6*2260000/30*1102=9,6 + 37,35=47 кг/см2

?Р= N/A - M/WX=N/bПЛ*lПЛ - 6*М/ bПЛ*lПЛ2=

=31600/30*110 - 6*2260000/30*1102=9,6 – 37,35= ?27,8 кг/см2

Определение толщины опорной плиты.

При определении толщины опорной плиты ?ПЛ исходят из предположения, что в пределах длины каждого из отсеков напряжения ?С распределяются равномерно и равны наибольшему значению в пределах рассматриваемого отсека.

Отсек 1 представляет собой пластину, шарнирно опертую по трем сторонам: a1=35.5cм, в1=22см;

в1/а1=22/35,5?0,6 ==> по таблице ?1=0,074

?C1=47 кг/см2

М1=?1*?1*а12=0,074*47*35,52=4383,2 кг

Отсек 2 рассматривают как пластинку, шарнирно опертую по всему контуру (на 4 канта)

а2=hСТ=38 см.; в2=11 см.

а2/в2=38/11=3,45 > 2 ==> ?2=0.125 вопр.

?С2=19 кг/см2

M2=?2*?C2*в22=0,125*19*112=287,38 кг

Отсек 3 рассматривается как консоль

М3=?С*аСВ2/2=47*4,02/2=376 кг.

По максимальному моменту МMAX=M1=4383,2 кг. определяем требуемую толщину плиты:

?ПЛТРЕБ ? ? 6*МMAX/RУ=?6*4383,2/2300=3,38 см.

Расчет анкерных болтов и анкерной плиты.

Усилие в анкерных болтах определяют в предположении, что бетон на растяжение не работает и растягивающая сила SA, соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными болтами. С каждой стороны базы ставят по два анкерных болта.

lC=(lПЛ*??С?) / (??С? + ??Р?)=(110*47) / (47+27,8)= 69,12 см.

n=0.5*lПЛ ? lC/2=0,5*110 – 69,12/3=31,96 см. – расстояние от оси колонны до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений.

k=10,0 см. – расстояние от оси анкерных болтов до края плиты.

m=k + n + lПЛ/2=10+31,96+110/2= 96,96 см. – расстояние от оси анкерных болтов до центра тяжести сжатой зоны эпюры.

SA=(M ? N*n) / 2*m=(2260000-31600*31,96) / 2*96,96 = 6446,3 кг.

Определяем требуемую площадь ослабленного сечения:

RБР=1450 кг/см2 – расчетное сопротивление анкерного болта.

Аbn=SA / RБР = 6446,3/1450 = 4,5 см2

По таблице принимаем анкерные болты: d= 30 мм, d0= 50 мм.

Аbn= 5,19 см2,

NAP=7520 кг – несущая способность болта.

С= 0,5*?ТР + 0,5*d0 + (60 – 100)мм.=0,5*1,4 + 0,5*5,0 +6,0= 9,2 см. – расстояние от траверсы до оси анкерного болта.

bAП= 3*d0=3*5.0=15 см.

MX=SA*C= 6446,3*9,2= 59306 кг*см.

WXНЕТТО=MX/RУ= 59306/2300=25,8 см3

?АПТРЕБ=?6* WXНЕТТО / (bAП – d0)=?6*25,8/(15-6)=4,1 см. > 40 мм.

Расчет траверсы.

Каждую из траверс рассматривают как двух консольную балку, шарнирно опертую в местах крепления к колонне. Расчет ведется на действие отпора фундамента и усилий от анкерных болтов. Линейная нагрузка отпора фундамента qТР=?С*0,5*bПЛ= 47*0,5*30=705 кг/см

lТР=(lПЛ ? hСТ ? 2*?П)/2=(110 – 38 – 2*1,4)/2= 34,6 см.;

МТР1=2*SA*(lТР + k)=2*6446,3*(34,6 + 10)= 575010 кг*см. – момент от действия усилий в анкерных болтах

QТР1=2*SA=2*6446,3= 12892,6 кг

МТР2=qТР*lТР2 / 2=705*34,62 / 2= 421999 кг*см. – момент от отпора фундамента.

QТР2=qТР*lТР=705*34,6 = 24393 кг.

МТР=МMAX=MТР1= 575010 кг*см.

QТР= 12892,6 кг.

WXТРЕБ=МТР/RУ= 575010/2300= 250 см3

?ТР=14 мм.

hТР=?6* WXТРЕБ/?ТР=?6*250/1,4=32,7 см. – по сортаменту принимаем hТР=38,0 см.

Проверяем сечение траверсы на срез от перерезывающей силы QТР

?max=1.5*QТР/?ТР*hТР=1,5*12892,6 / 1,4*38= 364 кг/см2

Расчет крепления траверс к колонне.

Расчетное усилие, воспринимаемое двумя сварными швами от действия N и M:

T=TN+TM=0.5*N + M / h=0.5*31600 + 2260000/38= 75273,7 кг.

ТШ=0,5*Т=0,5*75273,7 = 37636,8 кг

kf=1.2*?MIN=1.2*?ТР=1,2*1,4=1,68 см.

lW=hТР=38 см

?Ш=ТШ / АW=TШ / ?f*kf*lW = 37636,8 / 0.7*1,68*38= 842 кг/см2