Металлические конструкции (3 листа)

11. Конструирование и расчет оголовка колонн

Главная балка опирается на колонну сверху, при этом сопряжение принимается шарнирным. Продольная сжимающая сила N от главных балок передается через опорную строганную с двух сторон плиту толщиной t_on = 16 – 25 мм непосредственно на ребра оголовка сплошной колонны и на диафрагму в сквозной колонне.

Торцы колонны, ребер и диафрагмы фрезеруются. Передача усилия от ребер на стенку колоны и от диафрагмы на стенки ветвей колоны осуществляется вертикальными сварными швами. Плита служит для крепления балок на колонне монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок. Сварные швы, прикрепляющие плиту к колонне, назначаются конструктивно с катетом минимального размера, принимаемого по наибольшей толщине стыкуемых элементов (см. табл. 3.6). Размеры плиты в плане принимаются больше контура колонны на 15 – 20 мм в каждую сторону для размещения сварных швов.

Для придания жесткости вертикальным ребрам и диафрагме, а также для укрепления от потери устойчивости стенок стержня колонны или ветвей сквозной колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок вертикальные ребра снизу обрамляются горизонтальным ребром жесткости.

Оголовок сплошной колонны

Оголовок состоит из плиты и ребер (рис. 4.10).

 

Рис. 4.10. Оголовок сплошной колонны

Требуемую площадь вертикального парного ребра определяем из условия смятия:

Толщина ребра

где – условная длина распределения на-

грузки, равная ширине опорного ребра главной балки b_h плюс две толщины плиты оголовка колонны (t_on принята 25 мм).

Ширина ребра (выступающая часть)

Принимаем два вертикальных ребра сечением 140´22 мм.

Проверяем вертикальное ребро на местную устойчивость.

Высоту опорного ребра назначаем из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы N c ребер на стенку колонны.

Задаемся катетом сварного шва k_f = 7 мм (в пределах конструктивных требований k_{f, min}= 7 мм при механизированной сварке листа t _max = 25 мм и – наименьшая толщина соединяемых элементов).

Требуемая длина шва

С учетом 1 см на компенсацию дефектов в концевых участках шва по его длине окончательно принимаем высоту ребра h_r = 45 см.

Расчетная длина шва должна быть не более 85 β_f k_f.

Проверяем ее по формуле

При тонких стенках сплошной колонны толщину стенки t_w проверяют на срез по граням крепления опорных вертикальных ребер. Требуемая толщина стенки

что больше принятой толщины стенки t_w = 8 мм. Производим местное усиление стенки колонны путем замены участка стенки в пределах высоты оголовка более толстой вставкой. Принимаем толщину вставки t ^′ _w = 18 мм.

Для снижения концентрации напряжений при сварке встык элементов разной толщины на элементе большей толщины выполняем скосы с уклоном 1:5. Ширину горизонтальных ребер жесткости принимаем равной ширине вертикальных опорных ребер b_s = b_r = 140 мм. Толщину ребра определяем из условия его устойчивости:

она должна быть не менее Принимаем парное ребро из листа сечением 140×10 мм.

Оголовок сквозной колонны

 

Оголовок состоит из плиты и диафрагмы, подкрепленной горизонтальным ребром жесткости (рис. 4.11).

Толщина диафрагмы t_d определяется расчетом на смятие от продольной силы N:

где – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки (см. п. 4.4.1).

Принимаем t_d = 22 мм.

Высота диафрагмы определяется из условия среза стенок ветвей колонны (d = 7,5 мм – толщина стенки для принятого швеллера):

h_d = N /(4 dR_sγ_c) = 2067,18 / (4 · 0,75 · 13,92 · 1) = 49,5 см.

Принимаем h_d = 50 см.

Проверяем диафрагму на срез как короткую балку:

где Q = N /2 = 2067,18 / 2 = 1033,59 кН.

Условие прочности не выполняется. Принимаем толщину диафрагмы t_d = 25 мм и производим повторную проверку:

Определяем катет сварного шва, выполненного механизированной сваркой и обеспечивающего прикрепление диафрагмы к стенке ветвей колонны (расчет по металлу границе сплавления):

где l_w = h_d – 1 = 50 – 1 = 49 см – расчетная длина шва, равная высоте диафрагмы за вычетом 1 см, учитывающего дефекты в концевых участках шва.

Принимаем катет шва k_f = 7 мм, что отвечает минимальной его величине при механизированной сварке элементов t = 25 мм.

Расчетная длина флангового шва должна быть не более 85 β_fk_f. Проверяем: l_w = 49 < 85 × 0,9 × 0,7 = 53,5 см. Условие выполняется.

Толщину горизонтального ребра жесткости принимаем t_s = 10 мм, что больше

Ширину b_s назначаем из условия устойчивости ребра:

Принимаем b_s = 30 см.

 

14. Определение усилий в стержнях фермы

Усилия в стержнях ферм могут быть определены аналитическим или графическим способом. Аналитический метод удобнее применять при определении усилий в отдельных стержнях. Если же требуется определить усилия во всех стержнях, то лучше построить диаграмму усилий.

Порядок построения диаграммы:

1) Все действующие на ферму нагрузки, включая ее собственный вес, прикладываются снаружи фермы, в соответствующих узлах верхнего и нижнего поясов. При наличии нагрузки лишь в узлах верхнего пояса нагрузку от собственного веса можно целиком передать на узлы данного пояса, т. е. считать узлы нижнего пояса ненагруженными.

2) Определяются опорные реакции фермы. Опорные реакции определяются точно так же, как и в простой балке, т. е. реакция на данной опоре фермы получается делением на длину пролета суммы моментов от действующих на ферму сил относительно другой опоры (см. п. 8 настоящей главы).

3) Обозначаются поля фермы путем нумерации всех промежутков между внешними нагрузками (включая опорные реакции) и внутренние треугольники, образованные стержнями самой фермы (напр., 7, 8, 9 и т. п., 7).

4) Строится силовой многоугольник внешних сил, в том числе и опорных реакций, отложенных в той последовательности, в какой они встречаются на ферме при обходе схемы в круговом порядке по часовой стрелке.

5) Определение внутренних усилий начинают с опорного узла, где в простых фермах имеются лишь два неизвестных усилия (напр., усилия в поясах 1—7 и 4—7) и далее переходят к узлам, где сходятся не более чем два стержня, для которых усилия еще не определены. Усилия в неизвестных двух стержнях рассматриваемого узла получаются путем построения лучей диаграммы, параллельных указанным стержням и проведенных, один луч от начала первой известной силы (узловой нагрузки или уже определенного усилия в стержне) при обходе данного узла по часовой стрелке, а другой луч от последней известной силы в том же узле.

Точка пересечения этих двух лучей будет иметь номер силового поля (треугольника фермы), заключенного между данными стержнями.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: