Компоновка сечения и проверка устойчивости

Расчет колонны начинают с определения расчетной сжимающей;илы N, которая равна сумме опорных реакций от расчетных нагру­ зок всех установленных на колонну балок. Далее, определившись с конструкциями опирания балок и закрепления колонны в фунда­менте, находят, расчетные длины и назначают тип поперечного сече­ния колонны.

, После этого можно приступить к предварительному расчету, ко­торый начинают с назначения гибкости. Для колонн с расчетным усилием до 3000 кН можно задаться гибкостью λ= 100...70, для ко­лонн с усилием 3000... 4000 кН гибкость можно назначить λ=70... 50, для более мощных колонн принимают гибкость λ=50...40. Назна­чив гибкость, находят коэффициент φ(см. приложение 6), вычисля­ют требуемую площадь поперечного сечения и требуемые радиусы инерции, затем с помощью приложения 10 устанавливают генераль­ные размеры сечения:

Последние два условия ничего, кроме желания реализовать за­данную гибкость и обеспечить равноустойчивость, не отражают и могут привести к нелепым с конструктивной точки зрения размерам. Так, для двутаврового сечения вы получите ширину сечения, в два раза превышающую его высоту. С точки зрения работы колонны это будет идеальный вариант, но по технологическим условиям изготов­ления колонны такое решение неприемлемо, поэтому следует увели­чить размер b, принимая h=b.

После этого можно приступить к назначению размеров стенки и полок, исходя из требуемой площади сечения колонны и опираясь на условия местной устойчивости (6.37), (6.38). Для полок применя­ют листы толщиной 8...40 мм, а для стенки - толщиной 6... 16 мм.

Гибкостью вы задавались произвольно, поэтому трудно ожидать, что будет подобрано удачное сечение с первой попытки. Вторая по­пытка сводится к проверке устойчивости в плоскости наибольшей гибкости с последующей корректировкой назначенного сечения:

Увеличив или уменьшив размеры полок и (или) стенки, при обязательном соблюдении условий (6.37), (6.38) необходимо вновь проверить устойчивость. При окончательной проверке радиус инерции должен быть вычислен по точной формуле i =√(J/A).

Для укрепления контура сечения и стенки колонны при устанавливают поперечные ребра жесткости на pacстояниях 2,5...3 м одно от другого, но не менее двух на отправочном элементе. Размеры этих ребер можно принимать по типу ребер же­сткости составных балок. В местах примыкания к колонне связей, балок, распорок и других элементов ребра жесткости устанавливают в зоне передачи усилий независимо от толщины стенки колонны.

Поясные швы в колоннах и стойках делают сплошными с мини­мальным катетом (см.табл. 4.5), но не менее 6 мм. В зоне передачи усилий от примыкающих к колонне конструкций применяют дву­сторонние поясные швы, выходящие за контуры прикрепляемого элемента на длину не менее 30 катетов шва с каждой стороны, при этом катет шва принимают не меньше, чем у примыкающих элемен­тов.

6.5. Проектирование элементов стержневых систем

6.5.1. Конструирование и расчет стержней

Ниже рассмотрены только стержни, выполняющие роль самостоятельных элементов конструктивных комплексов. Стержни в составе ферм будут представлены в гл. 7.

Стержневые элементы проектируют из одиночного фасонного металлопроката либо объединяют его в группы обычно по два профиля в одном элементе (рис.6.19). Наибольшее распространение получили составные стержни из спаренных швеллеров или уголков, образующих тавровое или крестовое сечение. Для обеспечения совместной работы уголков (швеллеров) устанавливают прокладки-"сухарики" из листовой стали, расстояние между которыми не должно превышать 40i для сжатых элементов и 80i для растянутых (i - радиус инерции относительно собственной оси, параллельной прокладке, одного швеллера или одного уголка при тавровом сечении; при крестовом сечении - минимальный радиус инерции уголка). В пределах длины сжатого стержня должно быть установлено не менее двух прокладок. Одна прокладка, поставленная в середине стержня, оказывается бесполезной, поскольку в этом месте сдвигающая сила при изгибе стержня отсутствует.

Расчет на прочность центрально-растянутых элементов производят по формуле (6.1). Определив требуемую площадь поперечного сечения, вы можете подобрать по сортаменту нужный профиль. Помните, что гибкость стержня не должна превышать предельного значения (см.табл.П9.2).

Расчет сжатых элементов на устойчивость выполняют по формуле (6.28), принимая площадь сечения брутто и также ограничивая гибкость.

Конфигурация фасонки, диаметр и количество отверстий зависят от конструкции узла сопряжения стержня с другими элементами. На рис. 6.19 пунктирными линиями показаны варианты оформления фасонки. Во всех случаях следует обеспечить центральную передачу усилия, что достигается назначением равных между собой размеров с. Толщину фасонки вы можете определить по формуле

 

 

 

В настоящее время широкое распространение получили стержневые элементы из гнуто-сварных профилей (рис. 6.20). Для обеспечения местной устойчивости тонкостенных прямоугольных труб следует выполнить условие d/t < 1870/√σ где d - высота прямого (до закруглений) участка стенки; t - толщина стенки; σ - напряжение в сжатой стенке. Если это условие не выполняется, то следует обратиться к дополнительным источникам информации, например [8].

При решении опорного узла по схемам a, b в трубе предусматривают прорези для вставки в них и последующей приварки фасонок, толщину которых определяют расчетом на прочность: N/A +Ne,/W< Ry/c.

Если глубина врезки в полтора раза и более превышает диаметр трубы (высоту сечения), то влияние эксцентриситета на работу фа-сонки можно не принимать во внимание при расчете растянутых стержней, а в сжатых - учесть это влияние коэффициентом условий работы γ=0,6. Фасонка может быть усилена ребром (схема b), что увеличит геометрические характеристики поперечного сечения, но одновременно изменит величину эксцентриситета е. Торцевые заглушки в схемах а, б служат для изоляции внутренней полости трубы от внешней среды, поэтому их толщину назначают конструктивно, обычно 10 мм. Торцовый элемент узла, показанного на схеме в, участвует в передаче усилия и его толщину определяют расчетом.

Приведенные на рис. 6.20 способы конструктивного оформления концевых участков можно использовать также для труб круглого се­чения.

Перейдем к рассмотрению характерных узлов сопряжения стержневых элементов конструкций.

На рис. 6.21 приведено конструктивное решение узла сопряжения одиночного элемента, например элемента связи с колонной.

На рис. 6.21, а швы Ш1 - заводские, швы Ш2 и ШЗ - монтажные. Болты здесь предусмотрены для удобства монтажа. Обычно применяют болты М20, поставленные в отверстия диаметром 23 мм с максимальным шагом (не более 8d или 12t).

При расчете сварных швов следует учитывать, что линия действия усилия N не совпадает с центром сварного соединения, поэтому проверку швов нужно производить на равнодействующее напряжение от нормальной силы и момента.

Вы можете поступить иначе: при расчете передайте усилие N на два участка длиной 2а₁, симметрично расположенных относительно точки пересечения линии действия усилия со сварными швами, а "лишние" швы на участке a₂ проварите конструктивно с такой же высотой катета.

 

 

 

При расчете болтового соединения (см. рис. 6.21, б) вы, естест­венно, должны расположить болтовое поле так, чтобы линия дейст­вия продольного усилия проходила через центр этого поля. При

этом она не пройдет через центр сварного шва, поэтому в расчетную длину шва следует включить участок, равный 2a₁, а шов на участке а₂ принять конструктивно.

При проектировании сопряжения с колонной стержневого узла (рис. 6.22) расчет существенно меняется. В этом случае

равнодействующая усилии в стержневых элементах, которые должны быть центрированы на ось колонны, будет приложена к сварным швам с эксцентриситетами, поэтому шов Ш2 следует считать на нормальную силу N_y=Nsina и момент M=eN_y, а каждый из швов Ш1 и ШЗ - на силу N_y=0,5Nsina и момент M=0,5hN_y=0,25hNsina.

 

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: