Необходимо запроектировать стержень, оголовок и базу центрально сжатой сквозной колонны из прокатных профилей – двутавров или швеллеров.
Конструирование и расчет стержня
Сквозной колонны
Задаемся гибкостью стержня колонны l = 40 и по таблице 72 [1] определяем значение коэффициента j = 0,897 для стали класса С235 при Ry = 23 кН/см2 . Требуемая площадь сечения:
Рисунок 21 – Сечение сквозной колонны
Принимаем сечение из двух двутавров №40 (рисунок 21). Геометрические характеристики сечения двутавра: Aдв= 72,6 см2, Jx дв = 19062 см4, ix дв = 16,2 см, Jy дв = 667 см4, iy дв = 3,03 см.
Проверяем сечение относительно материальной оси (ось Х). Гибкость колонны:
По таблице 72 [1] jх = 0,891. Устойчивость колонны относительно материальной оси:
Недонапряжение составляет:
больше 5%, однако для прокатных профилей такое недонапряжение допустимо, поэтому оставляем сечение из двух двутавров №40.
Из условия равноустойчивости колонны относительно обеих осей (Х и У) принимаем lх = lef . Для двухветвевых стержней необходимо учитывать повышенную гибкость относительно свободной оси (ось У) за счет деформативности решетки. Задаемся гибкостью ветви l1 = 25 (рекомендуется 20…40) и определяем требуемую гибкость относительно оси У:
после чего вычисляем требуемый радиус инерции:
По таблице 3 определяем коэффициент ay = 0,52 и вычисляем требуемую ширину сечения:
Принимаем b = 40 см. Зазор b1 между полками двутавров не должен быть менее 15,0 см из условия окраски внутренних поверхностей колонны. Проверяем условие:
где bп = 15,5 см – ширина полки двутавра №40.
Проверяем сечение относительно оси У. Требуемая длина ветви:
Принимаем окончательно длину ветви l1 = 75 см. Уточняем ее гибкость:
Задаемся сечением планки: hs = 0,5×b = 0,5×40 = 20см (рекомендуется hs = 0,5b...0,75b); ts = 10 мм (рекомендуется (1/10...1/25)×hs или 6...10 мм). Момент инерции планки:
Длину планки принимаем на 6…8 см больше величины зазора:
Определяем момент инерции сечения колонны относительно оси У:
Определяем соотношение погонной жесткости планки к погонной жесткости ветви:
В соответствии с таблицей 7 [1] при таком соотношении приведенная гибкость определяется по формуле:
где ly – гибкость стержня относительно свободной оси:
n – коэффициент:
Вычисляем по приведенной гибкости коэффициент jу = 0,884 по таблице 72 [1] и проверяем устойчивость стержня относительно свободной оси:
Устойчивость стержня относительно свободной оси обеспечена.
4.2 .Расчет планок сквозной колонны
Расчет планок выполняем на условную перерезывающую силу Qfic , которая вычисляется согласно п. 5.8* [1] по формуле:
Условная поперечная сила распределяется поровну между планками и их расчет сводится к расчету элементов безраскосных ферм (рисунок 22).
Рисунок 22 – К расчету планок сквозной колонны
Планки рассчитываются на следующие нагрузки:
а) на силу среза планки FS , определяемую по формуле:
б) на момент в планке MS
Рисунок23 – К расчету
сварных швов планки
Планка приваривается к полкам двутавров угловыми швами (рисунок 23). Задаемся параметрами сварки: сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа, положение шва – нижнее, диаметр сварочной проволоки 2 мм. Сварочная проволока марки СВ-08Г2С (таблица 55* [1]), расчетное сопротивление металла шва Rwf = 21,5 кН/см2 (таблица 56 [1]), расчетное сопротивление металла границы сплавлении:
где Run = 36 кН/см2 – нормативное сопротивление листового проката стали С235 толщиной 10...20 мм по временному сопротивлению (таблица 51* [1]).
Предварительно задаемся катетом шва kf = 8 мм, тогда коэффициенты проплавления шва по таблице 34* [1] равны bf = 0,9, bz = 1,05. Сравниваем расчетные сопротивления шва с учетом этих коэффициентов:
следовательно, расчет ведем по металлу границы сплавления. Расчетная длина шва при высоте планки hs = 20 см равна: