Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

 

Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны (траверса) является одним из важнейших узлов колонны. Общий вид узла, необходимые разрезы и расчетная схема траверсы показаны на рисунке 2.12, причем все позиции и номера сварных швов приняты по серии 1.424.3-7 вып. 7. Траверсу проектируем из стали С255.

Расчетными нагрузками на узел являются комбинация усилий, догружающая внутреннюю полку верхней части колонны в месте изменения сечения последней (сечение C_b), а также максимальное давлении крана.

В условиях рассматриваемого примера имеем:

N=288.4кН

М=-295.9 кН*м

Q=93.58 кН

Dmax=923.95 кН

Давление, передающееся от верхней части колонны на траверсу,

Выполняем расчет стенки траверсы (поз. 1 на рис.). Параметры l₁ и l₂ находятся с учетом фактических размеров поперечных сечений колонны:

Причем  ширина полки шатровой ветви.

Опорные реакции в однопролетной балке, загруженной сосредоточенной силой F₁:

Где  - часть кранового давления, передающаяся на стенку траверсы. Обычно считается, что крановая нагрузка на элементы траверсы передается пропорционально площадям опирания подкрановых балок на эти элементы. При этом необходимо учесть неравномерную передачу усилия от возможного перекоса подкрановых балок введением поправочного коэффициента k=1,2, а также то, что при определении величины F₁ рассматривалось несколько нагрузок, поэтому следует умножить крановую нагрузку на коэффициент сочетаний.

Изгибающий момент в стенке траверсы

Высота траверсы была принята выше, поэтому, предварительно оставляя 25 мм на возможную толщину нижней полки траверсы t₅, принимаем h₁=0,975м, а толщина стенки определяется из условия ее смятия от давления крана. Давление передается через пластину 10 (рис.) и длина участка, на котором оно действует, определяется согласно формуле (48) [1] l_ef = b_p + 2t₁₀ = 30 + 2*3 = 36 (cм). Ширина ребра подкрановой балки определятся расчетом, однако, поскольку в курсовом проекте подкрановая балка не проектируется, из опыта проектирования ее можно принять равной 30 см.

Толщина стенки траверсы

где  - расчетное сопротивление стали смятию. Учитывая возможный перекос опорного ребра подкрановой балки, принимаем

Момент сопротивления стенки траверсы

Прочность стенки по нормальным напряжениям

 - проверка выполняется

   Прочность стенки из условия среза в опорном сечении

- проверка выполняется

В последнем выражении   - расчетное сопротивление стали сдвигу.

Причем - коэффициент надежности по материалу.  

Толщина ребра 2 принимаем такой же, как и толщина стенки траверсы, т.е.

Ширина плитки (поз. 10) принимается конструктивно, но не менее чем l_ef +6см. Принимаем ширину плитки 42 см.

Ширину ребра 3 назначаем конструктивно с учетом радиуса закругления двутавра подкрановой ветви , при этом толщина ребра:

 Принимаем

Ширину и толщину ребра 4 принимаем такими же, как и у ребра 3. Высота двутавров ветвей больше 40 см, ребро 4 будет иметь другую форму и дополнительно привариваться к полкам шатровой ветви.

Ширину нижней полки траверсы 5 принимаем конструктивно, с учетом радиуса закругления двутавра подкрановой ветви - , при этом толщина ребра:

 Принимаем

Толщину ребер жесткости 6 принимаем равной большей из двух толщин смежных элементов  и , т.е. 10мм.

Ширина вертикального ребра 7 принимается по ширине ребра 3 и назначается так, чтобы суммарная ширина двух ребер 7 плюс толщина стенки траверсы была не меньше ширины полки двутавра верхней части колонны. Назначаем , тогда , что больше ширины полки двутавра 70Б1, равной 26 см. Толщина ребра  принимается минимум на 4 мм больше толщины полки двутавра верхней части колонны, однако из опыта проектирования и для удобства сборки колонны толщину ребра 7 назначают обычно 40 – 60 мм. Принимаем

Толщину накладки 9 (рис.) определяем в предположении, что максимальное усилие в ней может быть равно F1=572.41кН, а ширина накладки принимается обычно на 40-50 мм больше высоты сечения двутавра шатровой ветви. Принимаем , тогда требуемая толщина накладки

Принимаем

Вторым этапом расчета траверсы является проверка прочности сварных швов этого узла. Ранее, при расчете стропильной фермы было доказано, что в условиях настоящего примера следует выполнять расчет по металлу границы сплавления, т.к. в случае применения полуавтоматической сварки в углекислом газе проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* диаметром 1,4…2 мм , что меньше, чем

Шов «ш1» (рис.) имеет расчетную длину , действующее усилие . С учетом того, что таких швов два, находим требуемый катет шва:

Принимаем , тогда максимальная расчетная длина шва , при этом прочность шва

 - обеспечена

Катет шва «ш2» принимается конструктивно, в зависимости от толщины элементов 3 и 7. Минимальный катет шва при толщине более толстого из свариваемых элементов 40мм равен 6мм. Принимаем

Шов «ш3» - длина шва принимается по ширине свеса полки двутавра подкрановой ветви без учета закругления. Расчетная длина принимается в запас прочности на 15 мм меньше полной длины.

расчетное усилие Q = 93.58 кН, швов четыре,

Минимальный катет шва равен 5 мм. Принимаем

Шов «ш4» - длина шва принимается по ширине свеса полки двутавра подкрановой ветви без учета закругления. Расчетная длина принимается в запас прочности на 15 мм меньше полной длины.

расчетное усилие

В последней формуле высота стенки и толщина полки двутавра верхней части колонны соответственно. Количество швов – 4.

Принимаем

Шов «ш5» - длина этой части накладки принимается из условия размещения монтажных болтов (60 см) , расчетное усилие 

, швов два.

Требуемый катет шва:

Принимаем , тогда максимальная расчетная длина шва , при этом прочность шва

 -обеспечена

Шов «ш6» - длина накладки принимается на 50 мм больше высоты траверсы (104,5 см) , расчетное усилие , швов два.

Требуемый катет шва:

Принимаем , тогда максимальная расчетная длина шва , при этом прочность шва

-обеспечена

Шов «ш7» - полная длина шва равна высоте стенки траверсы (97,5 см) , расчетное усилие , швов четыре.

Требуемый катет шва:

Принимаем , тогда максимальная расчетная длина шва , при этом прочность шва

-обеспечена

Шов «ш12» - полная длина шва равна высоте стенки траверсы (97,5 см) , расчетное усилие  , швов два.

Требуемый катет шва:

Минимальный катет шва , тогда максимальная расчетная длина шва , при этом прочность шва

-обеспечена

Шов «ш13» = шву «ш12»

Расчет базы колонны

 

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий от колонны на фундамент; в ее состав входят опорная плита, траверса, ребра, анкерные болты, а также устройства для их крепления (столики, анкерные болты и т.д.). Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и способа сопряжения ее с фундаментом (жесткое или шарнирное). Существует два типа баз: общая и раздельная. Последний вариант базы принят в курсовом проекте. Для расчета базы необходимо выбрать из таблицы сочетаний неблагоприятные комбинации усилий в нижнем сечении «А» колонны. Напомним, что при выборе расчетной комбинации усилий для шатровой ветви анализируются все варианты с положительным, а для подкрановой ветви – с отрицательным изгибающим моментом.

В нашем примере для случая шатровой ветви имеем:

а для подкрановой ветви:

В курсовом проекте по согласованию с руководителем допускается проектировать базу лишь для одной ветви с большим усилием. Другую базу следует принимать конструктивно, по аналогии с расчетной. В связи с тем, что максимальное усилие возникает в подкрановой ветви, выполняем далее именно ее расчет.

Требуемая площадь опорной плиты:

 – расчетное сопротивление бетона при местном смятии.

– коэффициент увеличения  до в зависимости от соотношения площади верхнего обреза фундамента к рабочей площади опорной плиты

Принимаем

При назначении размеров опорной плиты следует учитывать следующие требования:

а) центр тяжести ветви и середина опорной плиты должны лежать на одной оси;

б) свесы плиты должны быть не менее 40 мм;

в) толщину траверсы принимают равной 12 – 24 мм.

Исходя из этих требований, назначаем размеры плиты – 400 х 400 мм, а толщину траверсы – 20 мм (рис).

Среднее фактическое напряжение под опорной плитой:

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты. Номера участков приняты по рисунку

Участок 1. (консольный свес )

Участок 2. (плита, опертая по трем сторонам)

, т.к. b2/a2=20/5,4=3,66>2, то расчетный участок консольный

Участок 3. (на участок 3 плита оперта по четырем сторонам)

, т.к. b3/a3=26,9/9,2=2,9>2, то момент находим как в однопролетной балке пролетом а3=9,2см

Требуемую толщину плиты определяем по наибольшему моменту 29,56кН*см, как для балки шириной 1 см и с учетом того, что

Принимаем

Высоту траверсы определяем из условия размещения сварного шва прикрепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности считаем, что все усилие в ветви передаются через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая, проволокой марки Св-08А, d=1,4…2 мм. Принимаем

Требуемую длину шва определяем из условия прочности по металлу шва.

, где , ,

Расчетная длина флангового шва должна удовлетворять условию:

Принимаем

В запас прочности проверяем траверсу как однопролетную балку, шарнирно опирающуюся на полки ветви колонны. Равномерно распределенная нагрузка на траверсу (по рис.)

Момент в середине пролета:

Поперечная сила на опоре:

Геометрические характеристики траверсы:

Прочность траверсы по нормальным напряжениям:

Прочность траверсы на срез у опоры:

где - расчетное сопротивление стали сдвигу.

 Прочность траверсы обеспечена.

Определяем требуемый катет швов, прикрепляющих траверсы к опорной плите. Сварка ручная электродами типа Э42А,

Анкерные болты служат для передачи растягивающих усилий от колонны на фундамент. Их рассчитывают на специальную комбинацию усилий.

Усилие отрыва от фундамента, приходящееся на анкерные болты

Требуемая площадь сечения анкерных болтов:

 - расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов, выполненных из стали 09Г2С-4. С учетом того, что ветвь удерживают два анкерных болта

Диаметр анкеров назначается обычно от 20 до 76 мм, т.к. более толстые анкеры сложны в изготовлении.

Принимаем анкер диаметром d=24 мм с площадью нетто 3,53см2.

При размещении анкерных болтов необходимо, в частности соблюдать следующие требования:

• центр тяжести ветви и равнодействующая усилий в анкерах должны лежать на одной оси;

• для того, чтобы можно было свободно повернуть гайку при затяжке болтов, минимальное расстояние от оси болта до траверсы желательно принимать 1,5d;

• для того, чтобы во время монтажа колонну можно было сдвигать по фундаменту во все стороны, анкерные болты выносят за опорную плиту примерно на 20 мм.

Последним рассчитываемым элементом базы колонны является анкерная плита. Ее рассчитывают как балку, свободно опертую на траверсы и нагруженную сосредоточенной силой от анкера. Расчетная схема плиты представлена на рисунке.

Усилие в одном анкере

Изгибающий момент в среднем сечении плитки:

Из условия размещения анкерных болтов назначаем ширину плитки равной 320 мм.

Толщину анкерной плитки определяем из условия прочности по нормативны напряжениям.

Момент сопротивления ослабленного отверстием сечния:

Максимальную толщину анкерной плитки обычно ограничивают 6 см, а если требуемая толщина оказывается больше, вместо плитки используют два швеллера, устанавливаемых на траверсу.

ЛИТЕРАТУРА

1. СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*».– М.: Минрегион России, 2011.– 172 с.

2. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*».– М.: Минрегион России, 2011.– 80 с.

3. 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».– 21с.

4. СП 17.13330.2011 «Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76».– М.: Минрегион России, 2011.– 70 с.

5. Сокращенный сортамент металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях: Методические указания/Д.Б. Демченко.– Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2007.– 24 с.

6. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное

пособие для техникумов.– 2-е изд., перераб. и доп.– М.: Стройиздат, 1991.– 431 с.

7. Металлические конструкции. В 3 т. Т.2. Конструкции зданий: Учебное пособие для строит. вузов/В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева.– М.: Высш. шк., 1999.– 528 с.

8. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003».– М.: Минрегион России, 2011.– 152 с.

9. Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. заведений/[Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.]; Под общ. ред. Ю.И. Кудишина.– 8- е изд., перераб. и доп.– М.: Издательский центр «Академия», 2006.– 688 с.

10. ГОСТ 8510-86 Уголки стальные горячекатаные неравнополочные

11  С    43.13330.201   «Сооружени   промышленны  предприятий

Актуализированная редакция СНиП 2.09.03-85».– М.: Минрегион России, 2012.–

 

 

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться: