Центрально сжатая колонна реферат

Обновлено: 17.05.2024

Содержание работы

Введение 04
1 Конструкторский раздел 06
1.1 Описание конструкции колонны 06
1.2 Выбор и обоснование металла сварной конструкции 07
1.3 Расчет и конструирование стержня колонны 08
1.4 Расчет и конструирование соединительных планок 10
1.5 Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колонны 14
1.6 Расчет и конструирование базы колонны 16
1.7 Расчет и конструирование оголовка колонны и ее стыков 20
2 Технологический раздел 21
2.1 Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных
соединений 21
2.2 Выбор режимов сварки и сварочного оборудования 22
2.3 Технология изготовления сквозной колонны
Заключение
Список использованных источников

Файлы: 1 файл

курсач по ПСК.doc

1 Конструкторский раздел 06

1.1 Описание конструкции колонны 06

1.2 Выбор и обоснование металла сварной конструкции 07

1.3 Расчет и конструирование стержня колонны 08

1.4 Расчет и конструирование соединительных планок 10

1.5 Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колонны 14

1.6 Расчет и конструирование базы колонны 16

1.7 Расчет и конструирование оголовка колонны и ее стыков 20

2 Технологический раздел 21

2.1 Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных

2.2 Выбор режимов сварки и сварочного оборудования 22

2.3 Технология изготовления сквозной колонны

Список использованных источников

Сквозные колонны состоят из двух ветвей, соединенных решеткой из уголков или планками. Решетка обеспечивает совместную работу ветвей. Ветви проектируют из швеллеров или двутавров. Подбор сечения начинают отн-но материальной оси Х. Задаются гибкостью 50…80, определяют коэффициент продольного прогиба и определяют Атр=N/Ry. Подбирают калибр профиля. Из условия равноустойчивости отн-но оси Х и У подбирают ширину колонны ''b'', учитывая гибкость отдельных ветвей, т. к. решетка обладает некоторой деформативностью. Этот фактор учитывается введением в расчет приведенной гибкости относительно свободной оси. Чтобы сохранить неизменяемость контура поперечного сечения в сквозных колоннах ветви соединяются диафрагмами через 3-4 м по высоте колонны. В центр. сж. колоннах возможен изгиб от случайных эксцентриситетов. От изгиба возникает Qfic, которая воспринимается профилем. 2-ветв и более стержни в любом случае будут более деформативны, чем 1-ветв. за счет деформации решетки (относительно свободной оси) Оголовок колонны служит для эффективной передачи усилия от вышележащей конструкции на стержень. При свободном опирании балку ставят обычно на колонну. В этом случае оголовок состоит из опорной плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Торцы опорных ребер обязательно строгают, чтобы обеспечить более плотное примыкание к плите оголовка. Ребро оголовка всегда ставится параллельно опорным ребрам балки. Рассчитываем шов 1, крепящий опорную плиту к ребру. вычисляем расчетную длину шва, определяем kf. Рассчитываем шов 2, задаемся kf и определяем lw. Отсюда hp=lw+1см и по сортаменту. Толщину ребра tр назначаем из условия среза и по сортаменту. База служит для эффективной передачи усилий от стержня колонны на фундамент. База колонны состоит из опорной плиты, траверс, ребер жесткости и анкерных болтов. При шарнирном сопряжении анкерные болты ставятся конструктивно для фиксации и прикрепляются непосредственно к опорной плите. При жестком сопряжении анкера крепятся через спец выносные консоли и затягиваются усилием, близким к расчетному сопротивлению. при шарн сопряж – 20…30 мм, при жестком –30…36. Размер опорной плиты – из конструк. соображений из условия размещения стержня колонны на плите с min свесом 40 мм. Опорная плита работает как пластина на упругом основании, на изгиб от отпора фундамента. При этом деформации направлены вверх. Давление фундамента принимается равномерно по всей поверхности. Высота траверсы – из условия шва.

Колонна работает на внецентренное сжатие. Расчетные усилия M, N, Q. При расчете проверяется прочность, а также общая и местная устойчивость элементов. Сечение ступенчатой колонны подбирают отдельно для верхнего и нижнего участков.

В сплошных колоннах так как верхняя часть колонны не подвержена непосредственному воздействию динамических нагрузок, то расчет ведется с учетом развития пластических деформаций. В сквозных колоннах стержень состоит из двух ветвей: наружной и подкрановой. Двутавр принимают ''К'' или ''Ш''. Считается, что ветви колонны работаю на центральное сжатие, в то время как вся колонны – на внецентр сжатие. Из условия местной устойчивости стенки определяется толщина стенки (для сварного швеллера). Решетка колонны рассчитывается на наибольшую перерезывающую силу. В колоннах постоянного сечения при небольших кранах применяют обычно одноступенчатые консоли. При кранах большой грузоподъемности колонны выполняются сквозными, а консоль устраивается в виде усиленных швеллеров или двутавров. Учитывая возможность неравномерной передачи усилия на ветвь колонны, усилия в каждой ветви увеличивают на 20. Для внецентренно сжатой колонны база применятся только с траверсами. Конструктивное решение базы зависит от способа сопряжения колонны с фундаментом и может быть жестким или шарнирным. В промзданиях колонны имеют жесткое сопряжение в плоскости рамы, а из плоскости рамы – шарнирное. Существует два типа баз: общие и раздельные. Общие базы применяются для сплошных колонн, а также для сквозных колонн и если hн фундамента, и закрепляющей колонну в фундаменте.

Центрально – сжатая колонна работает на продольную силу приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения. В центрально – сжатых колоннах нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны либо симметрично относительно оси стержня.

В данном курсовом проекте рассчитывается центрально-сжатая сварная колонна.

Наименование работы: Расчет и конструирование базы сплошной центрально-сжатой колонны.
Цель работы: Приобрести навык расчета и конструирования базы центрально-сжатой колонны.
Задание: 1. Подобрать сечение стержня колонны из двутавра по вариантам (таблицы 1) Коэффициенты γn=1, γc =1.Расчет произвести по первой группе предельных состояний.
2. Рассчитать (подобрать размеры) базу колонны.
3. Рассчитать сварные швы.
Пример расчета.
Произвести расчет и законструировать базу сплошной центрально-сжатой колонны. Опорная плита из стали ВСТЗпс6. Бетон фундамента марки В20. Коэффициенты: γn=0,95. Выполнить чертеж базы колонны с нанесениемразмеров. Длина колонны lo=μН=1×7=7 м. Колонна двутаврового сечения 40К5.

1. Расчет стержня колонны

1.1. Из сортамента выписываем размеры двутавра 40К5:
h=410,5 мм; b=407,7 мм; А=262 см2
lmin=10,3 cм; if=25мм; tw=15,5 мм.
1.2. Расчетные сопротивления:
Для стали ВСТ3пс6 Ry = 225МПа=22,5 кН/см2
Для бетона В20 fcd=16/ jc =16/1,5=10,667 МПа=1,07 кН/см2
1.3. Определяемфактическую гибкость:
λ = [pic]= [pic]= 67,96 ≤ λсч = 120
1.4. Определяем коэффициент продольного изгиба φ методом интерполяции:
φ = 0,805 –[pic]×7,96 = 0,765
1.5. Находим максимальную нагрузку (из формулы 2.1. для расчета сжатых элементов на прочность):
N = (Ry × γc/ γn)×φ×A = [pic]×0,764×262 = 4740 кН

2. Расчет базы колонны
2.1. Определяем площадь опорной плиты:
[pic]=[pic]=[pic]= 4442,4 см2
2.2.Предварительно назначаем размеры базы, исходя из размеров сечения колонны:
h=410,5 мм; b=407,7 мм.
Принимаем hop≈bop=[pic]=66,6см≈67 см, находим коэффициент соотношений сторон двутавра k =[pic]=[pic]=1,01; Аор=4442,4см2.
2.3. Определяем окончательные размеры опорной плиты:
bop= [pic]= [pic]= 66 см
2.4. Определяем реактивный отпор фундамента:
q = [pic] =[pic]=1,07[pic]≤ fcd=1,07 кН/см2
Принимаембазу из толстой стальной плиты с передачей всех усилий через сварные швы. Плиту рассчитываем по максимальному моменту на консольном участке и участке, опертом на 3 стороны (см. рис. 1.1.) расчет производим для ширины 1 см.
2.4.1. Момент в консоли:
M1 = [pic]=[pic]= 90,07 кН×см,
Где а1 =(670-410,5)/2=129,7 мм–консольный участок.
2.4.2. Моменты на участке, опертом на 3 стороны присоотношении
[pic]=[pic]=0,9; β=0,107 Nсеч с = 307 кН требуется усиление армированием.
7. Определяем недостаток несущей способности.
z = N / Nсеч = 500/307 = 1,63 .
8. Требуемое расчетное сопротивление армированной кладки
Rsk = R*z =1,36*1,63 = 2,2 мПа.
9. Определяем необходимый процент армирования.
Для армирования принимаем прямоугольные сетки из проволоки класса S-500диаметром 4 мм Из СНиП выписываем fyd=210 МПа; fyк =330 МПа . Площадь сечения As = 0,126 см2.
10.μтр = [pic]100% = [pic]100 = 0,20%>0,1%.
11. Определение шага сеток и размера ячейки.
Предварительно принимаем шаг сеток s =15 см (через 2 ряда кладки), тогда требуемый размер ячейки составит
Стр =[pic]100 = [pic]100 = 8,4 см.
Принимаем ячейку сетки размером с = 6 см( на 2-3 см меньше)12. Уточняем процент армирования при принятых параметрах
μ = [pic]100 = [pic]100 = 0,28% > μтр = 0,25%
13. Проверка несущей способности армированного столба.
Rsk = [pic]=[pic]= 2,51 мПа N = 500 кН, при принятом армировании прочность столба обеспечена.
Ответ: Принято армирование сетками из диам. 4 мм класс S-500 , размер ячейки 6.

Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундамент на грунт. В зависимости от того как приложена нагрузка на колонну различают центрально-сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изгибаемые колонны. Центрально-сжатые колонны работают на продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие ее поперечного сечения. Внецентренно-сжатые колонны и сжато-изгибаемые колонны, кроме осевого сжатия от продольной силы, работают также на изгиб от момента.

Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента, обеспечивающей прикрепление с помощью анкерных болтов.

Колонны различаются: по типу – постоянного и переменного по высоте сечений; по конструкции сечения стержня – сплошные (сплошностенчатые) и сквозные (решетчатые).

При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления.

Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали, наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей.

Треугольная решетка из раскосов является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб.

Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливается зазор между полками ветвей не менее 100 мм.

Расчетная схема колонны представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Расчетная схема колонны

Расчетная длина колонны l_ef с учетом способов закрепления колонны в фундаменте и сопряжения ее с балкой, примыкающей в верхней части, принимается равной:

где l – геометрическая длина колонны;

μ – коэффициент расчетной длины, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху: μ = 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ = 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого).

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.

Расчет на прочность элементов, подверженных центральному сжатию силой N следует выполнять по формуле

где A_n – площадь сечения нетто.

Расчет на устойчивость колонны при центральном сжатии выполняют по формуле

где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, принимаемый по условной гибкости для различных типов кривых устойчивости по табл. 3.11.

Область применения: в качестве поддерживающих элементов балочных площадок, междуэтажных перекрытий, эстакад, путепроводов, трубопроводов и т.д.

Колонны передают нагрузку от вышележащих конструкций на нижележащие или фундамент.

Колонна состоит из 3-х частей:

Оголовок – служит для опирания вышележащей конструкции, нагружающей колонну;

Стержень (стойка) – основной конструктивный элемент колонны передающий нагрузку от оголовка к базе;

База (башмак) – воспринимает и передает нагрузку от стержня на фундамент;

Вышележащие конструкции могут свободно опираться на оголовок или присоединяться сбоку.

В большинстве случаев базу колонны соединяют с фундаментом жестко, реже шарнирно.

Жесткое крепление уменьшает расчетную длину колонны и упрощает монтаж.

Материал для колонн.

В прошлом широкое применение находил чугун, как материал хорошо работающий на сжатие.

С целью снижения массы (материалоемкости) в настоящее время широко применяют стали и алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы имеют значительную стоимость, поэтому используются при необходимости в сооружениях, когда возникают вопросы с транспортабельностью.

Стальные колонны выполняются: сплошными и сквозными.

По статической схеме: одноярусные и многоярусные.

Сечение сплошной колонны проектируется в виде:

- составного сечения (сварного, на болтах, на заклепках)

Различные типы сечений:

Прокатный обычный или широкополочный.

Составного сечения: сварные двутавры составного сечения из 3-х листов.

Из уголков на сварке.

Из отдельных листов на сварке

Из отдельных листов на болтах или заклепках (листы скрепляют с помощью уголков).

В комбинации с различными профилями и сечениями (из листов и уголков).

Для того, чтобы колонна была равноустойчивой необходимо стремиться, чтобы гибкости в плоскостях Х-Х и У-У равнялись, т.е. lх = lу.

Однако в двутавровых сечениях это условие не выполняется и принимается соотношение: i_x = 0.43h (радиус инерции); i_у = 0.24b.

Т.о. чтобы получить равноустойчивое сечение необходимо условие: 0.43h = 0.24b, т.е. b = 2h.

что приводит к весьма глубоким и неудобным в конструктивном отношении сечениям.

Крестовое сечение обладает большей жесткостью, чем двутавры. Весьма рациональны колонны трубчатого сечения.

Колонны замкнутого сечения равноустойчивы, компактны, имеют хороший внешний вид, а недостатком является недоступность к внутренней плоскости для окраски, и трудности прикрепления примыкающих конструкций.

57.Расчет планочной решетки сквозной колонны и её прикрепления к ветвям

Сквозные колонны рекомендуется выполнять в виде 2-х ветвей из швеллеров или двутавров, соединенных планками или решеткой.

Расчет колонн сквозного сечения относительно материальной оси (х – х) ведется аналогично сплошностенным колоннам по формуле:

Расчет относительно свободной оси (у – у) выполняется также по формуле согласно СНиП: с заменой гибкости l на приведенную гибкость l_ef при нахождении коэффициента продольного изгиба j.

Приведенная гибкость l_ef определяется в зависимости от жесткости:

где I_s – момент инерции сечения одной планки относительно собственной оси х – х (см.рис.).

I_b – момент инерции сечения ветви относительно оси 1 – 1;

l₁ – гибкость ветви при изгибе ее в плоскости перпендикулярной оси 1 – 1 и принимаемая не более 40;

l_ов – расстояние в свету между планками;

- соотношение погонных жесткостей ветви и планки;

l – расстояние между центрами планок;

Расчет планок сквозной колонны.

Расстояние между планками определяется принятой гибкостью ветви и ее радиусом инерции.

В сварных колоннах за расчетную длину принимается расстояние между планками в свету (l_ов).

Расчет планок согласно СНиП должен выполняться на условную поперечную силу (Q_fic):

где b - коэффициент принимаемый равным меньшему из значений:

j - коэффициент продольного изгиба в плоскости планок относительно оси у – у;

j_min – меньший из коэффициентов j_х или j_у;

s = N/A – напряжение сжатия в элементе;

Условная поперечная сила распределяется поровну между планками, лежащими в плоскостях перпендикулярных свободной оси (у – у).

Расчет планок и их прикрепление должно выполняться как расчет элементов безраскосных ферм на:

силу среза планки F_пл, определяется по формуле:

момент М_пл, изгибающий планку в ее плоскости и определяемый по формуле:

где Q_s = Q_fic/2 – условная поперечная сила приходящаяся на планку одной грани.

Ширину планки обычно определяют из условия прикрепления:

где b – ширина сечения (расстояние между ветвями);

Толщина планки берется конструктивно от 6 до 10мм в пределах: t_пл = (1/10 – 1/25)b_пл.

Планки привариваются к полкам угловыми швами.

Проверка прочности швов проводится по совместному действию сдвигающей силы F_пл и изгибающего момента М_пл.

Если соблюдается условие:

Если условие не соблюдается, то вместо R_w_f подставляется R_w_z.

59. Конструирование, особенности работы и расчета стыков и оголовков колонн.

Расчет и конструирование оголовка и базы

При свободном сопряжении балки, оголовок колонны состоит из плиты (20-25мм) и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

Ребра оголовка привариваются к опорной плите (шов Б), к стенке (шов А) для колонн сплошного сечения и к ветвям для сквозного сечения, при этом выбирается способ сварки и материал.

Назначают ширину ребер при условии необходимой длины участка смятия (т.е. b_р = b_ор + 2t_пл, где b_р – ширина ребра; b_ор – ширина опорного ребра; 2t_пл – две толщины плиты).

Толщину ребер находят из условия смятия:

R_p – расчетное усилие смятию;

Длину ребра находят из условия среза швов А, тогда:

l_w - расчетная длина шва;

Полная длина ребра определяется:

Шов Б принимают таким же как шов А.

Проверка стенки на срез вдоль ребра выполняется по ф-ле:

, если t>R_s, то делается вставка:

Шов В не рассчитывается, т.к. торец колонны фрезеруется и катет k_f принимается конструктивно согласно СНиП.

Читайте также: