Курсовой проект по дисциплине Металлические конструкции включая сварку Тема Проектирование сборных железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания

• Название: Курсовой проект по дисциплине Металлические конструкции включая сварку Тема Проектирование сборных железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания
• Дата: 27.12.2022
• Размер: 2.68 Mb.
• Имя файла: 1b21723659aea0ca9e5f70a89d60712f.docx
• Тип: Курсовой проект; #866275
• страница: 11 из 12

5.3. Подбор сечения нижней части колонны

Подкрановую ветвь колонны принимаем из прокатного двутавра с параллельными гранями полок, а наружную – в виде сварного швеллера.



Рисунок 5.3.1. Предварительная компоновка нижней части колонны
Предварительно примем, что ось симметрии наружной ветви отстает от торца на z₀ = 5 см. Тогда расстояние между центрами тяжести ветвей

см (5.3.1.)

Положение центра тяжести сечения нижней части колонны определим по формуле:

см (5.3.2)
см.

Усилия в ветвях:
- в подкрановой ветви

кН; (5.3.3)
- в наружной ветви

кН. (5.3.4)

5.3.1. Компоновка сечения

Для фасонного проката толщиной до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести R_y = 24 кН/см². В первом приближении коэффициент  = 0,8

Для подкрановой ветви:
см² (5.3.1.1)

По сортаменту принимаем двутавр 35Б1 с А_В1 = 41,92 см², i_y1 = 3,05 см, i_x = 12,29см.




Рисунок 5.3.1.1. Выкопирока таблицы 1 из [1]

Для наружной ветви:

см² (5.3.1.2)

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (329 мм). Толщину стенки для удобства ее соединения встык с полками верхней части колонны принимаем t_fв = 20 мм, а ширину стенки из условия размещения швов h_wн2 = 329 + 10*2 + 15*2 = 379 мм ≈ 380 мм.

Требуемая площадь полок:

см² (5.3.1.3)
Из условия местной устойчивости полок b_f / t_f < 15. Принимаем b_f = 10 см, t_f = 1.0 см. Тогда

см² (5.3.1.4)

Геометрические характеристики наружной ветви:

- площадь поперечного сечения:

см² (5.3.1.5)

- ордината центра тяжести:

см (5.3.1.6)
- момент инерции относительно оси 2-2:

(5.3.1.7)

см⁴
- момент инерции относительно оси у-у:

см⁴ (5.3.1.7)
- радиус инерции сечения относительно оси 2-2:

см (5.3.1.8)
- радиус инерции сечения относительно оси у-у:

см (5.3.1.9)
Уточним положение центра тяжести сечения нижней части колонны:
см (5.3.1.9)

см (5.3.1.10)

см (5.3.1.11)



Рисунок 5.3.1.2. Принятые расположение и размеры нижней части колонны

5.3.2. Проверка устойчивости ветвей

Из плоскости рамы

Подкрановая ветвь:

(5.3.2.1)

(5.3.2.2)

По таблице Д.1 [4] находим, что коэффициент _у = 0,917.









Рисунок 5.2.3.1 Таблица Д.1 [5]
Таблица 5.2.3.1 Интерполяция φ

Интерполяция 𝜑
2.8	0.524
2.94	0.498
3	0.487

Тогда

(5.3.2.3)



Шатровая ветвь:

по формулам (5.3.2.1-5.3.2.3):

(5.3.2.4)

(5.3.2.5)

По таблице Д.1 [4] находим, что коэффициент _у = 0,403.

Таблица 5.2.3.2 Интерполяция φ

Интерполяция 𝜑
4.2	0.422
4.34	0.401
4.4	0.392

(5.3.2.6)
Условие не выполняется необходимо подобрать другое сечение для шатровой ветви колоннs или ввести дополнительные распорки, что уменьшит расчетную длину в 2 раза.
Тогда




По таблице Д.1 [5] находим, что коэффициент _у = 0,765.
Таблица 5.2.3.2 Интерполяция φ

Интерполяция 𝜑
2.2	0.794
2.17	0.765
2.4	0.76

В плоскости рамы

Определим шаг решетки из условия равновесия подкрановой ветви «в плоскости» и «из плоскости» рамы:





Рисунок 5.3.2.5 Определения шага решетки

Принимая угол между раскосами решетки α = 45˚58’ и, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей, определяем l_B1 = 196,0 см.

Проверим устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1-х1 и х2-х2).

- для подкрановой ветви:

(5.3.2.7)

- для наружной ветви:

(5.3.2.8)

5.3.3. Расчет решетки подкрановой части колонны.

Поперечная сила в сечении колонны Q_max= 64,33 кН.

Определим условную поперечную силу:

(5.3.3.1)

Для стали С255 по табл. 8.2 [7] примерно определим, что


Рисунок 5.3.3.1 Выкопировка таблицы 8.2 [7]
кН < Q_max = 64,33 кН (5.3.3.2)

Cледовательно, расчет решетки проводим на действие Q_max. Поскольку угол наклона раскоса  = 40^о, усилие в раскосе

кН (5.3.3.3)

Зададим, что гибкость раскоса _d = 100.

По табл. Д1 [5] находим, что коэффициент  = 0,5563. Тогда требуемая площадь сечения раскоса:

см² (5.3.3.4)
Принимаем равнополочный уголок 80х6, для него A_d = 9,38 см­², i_min = 1,58 см. (принял больше для выполнения условия)







Рисунок 5.3.3.2. Выкопирока таблицы 1 из [1]
Тогда максимальные гибкость и условная гибкость:

(5.3.3.5)

(5.3.3.6)

По табл. Д1 [4] находим, что коэффициент _у = 0,638.





Рисунок 5.3.3.3 Таблица Д.1 [4]
Таблица 5.3.3.1 Интерполяция φ

Интерполяция 𝜑
3.00	0.643
3.02	0.638
3.20	0.602

Получим

(5.3.3.7)

5.3.4. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня

Геометрические характеристики всего сечения:

см² (5.3.4.1)

см⁴ (5.3.4.2)

см (5.3.4.3)

(5.3.4.4)

Определим приведенную гибкость:

(5.3.4.5)
где A_d1 – площадь сечения раскосов в одном сечении, равняется 2A_d = 29,38 = 18,76 см²;

 - коэффициент, определяемый по формуле

(5.3.4.6)

Получим



(5.3.4.7)
Для комбинации усилий, догружающую наружную ветвь (сечение 4-4), N₂=1202,81 кН; М₂=683,30 кНм

(5.3.4.8)

По табл. Д.3 [5] находим, что коэффициент _е = 0,53.

Рисунок 5.3.4.1 Таблица Д.1 [4]
Таблица 5.3.4.1 Интерполяция φ

Интерполяция 𝜑
	0.75	0.97	1
1.5	0.647		0.593
1.93	0.579	0.53	0.528
2	0.587		0.536

(5.3.4.9)

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сечение 3-3), N₁ = -956,23 кН; М₁ = -302,37 кНм:

.

По табл. Д.3 [5] находим, что коэффициент _е = 0,959.
Таблица 5.3.4.2 Интерполяция φ

Интерполяция 𝜑
	0.75	0.89	1
1.5	0.647		0.593
1.93	0.579	0.551	0.528
2	0.587		0.536

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять нет необходимости, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

5.3.5.Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

Расчетные комбинации в сечении над уступом:

1. 
   M = 173,40 кНм; N = - 154,93 кН (загружение 1, 3, 4, 5).
   
2. 
   М = -123,95 кНм; N = -254,72 кН (загружение 1, 2 , 5*).
   

Давление кранов D_max = 779,45 кН.

Прочность стыкового шва (Ш1) проверяем в крайних точках сечения надкрановой части.

Первая комбинация М и N (сжата наружная полка):

- наружная полка:

(5.3.5.1)



- внутренняя полка:

(5.3.5.2)



Вторая комбинация М и N (сжата внутренняя полка) по (5.3.5.1-5.3.5.2):

- наружная полка:



- внутренняя полка:



Прочность шва обеспечена с большим запасом.

Толщину стенки траверсы определяем из условия ее смятия:

(5.3.5.3)

где R_p – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, по табл. В5 [4]. R_p = R_un/γ_m = 37/1,05=35 кН/см²,

R_un – временное сопротивление стали разрыву, по табл. табл. В5 [5] принимаем R_un=37кН/см²;

l_ef – определяемая по формуле:

(5.3.5.4)

где b_о.р. – ширина опорных ребер балок;

t_пл – толщина плиты, принимаем равной 20 мм.

l_ef= 30 + 2 2=34 см;

тогда:

см.

Учитывая возможный перекос опорного ребра, примем толщину стенки траверсы t_w=10мм.

При второй комбинации М и N усилия во внутренней полке:

кН (5.3.5.5)

Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08 диаметром d = 1,4 – 2 мм, для которой по по табл. Г2 [4] находим, что нормативное сопротивление металла шва: 𝑅_wun = 41 кН/см² .

Коэффициенты условий работы шва _wf = _wz = 1,0 по [5].

Согласно табл. Г.2 [4] расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:

кН/см²,

где _wm = 1,25, - коэффициент надежности по материалу шва.

По Г.2 [5] расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:

кН/см².

По [5] для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:

_f = 0,9 – по металлу шва;

_z = 1,05 – по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным:

кН/см²,

следовательно, расчетным является сечение по металлу шва.

Принимаем катет шва k_f = 8 мм. Тогда длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (Ш2):

<


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.

Такой комбинацией будет сочетание 1, 3, 4: N = -254,72 кН, М = 173,4 кНм.

Рассчитаем швы Ш3 на усилие:

кН (5.3.5.6)

Примем катет шва k_f = 6 мм, тогда требуемая длина шва:

см.

Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определим высоту траверсы h_тр по формуле:

(5.3.5.7)

где t_w1 – толщина стенки двутавра подкрановой ветви, по сортаменту 6 мм;

R_S – расчетное сопротивление стали сдвигу, согласно [5] находится по формуле:

кН/см²,

тогда

см.

Принимаем высоту траверсы h = 50 см.

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий 1, 2, 4*, 5*:
(5.3.5.8)

кН

Здесь k = 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерную передачу усилий D_max.

Проверим на срез стенку подкрановой ветви в месте крепления траверсы:

(5.3.5.9)



Рис. 5.3.5.1. Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны