МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Факультет дополнительного образования Реферат по учебной дисциплине МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Тема: «Конструкция и расчёт оголовка колонн. » По направлению «Промышленное и гражданское строительство» Выполнил Проверил САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2022 Содержание Ведение стр.3 Оголовок сплошной колонны стр.6 Оголовок сквозной колонны стр.8 Список используемой литературы стр.11 Введение. Оголовки служат для восприятия нагрузок от опирающихся на колонны или примыкающих к ним элементов (балок, ферм и т. и.). Конструкция оголовка зависит от типа сечения колонн и способа опи- рания на нее балок или ферм. Шарнирные сопряжения выполняют обычно, устанавливая балку или ферму сверху оголовка (рис. 6.17). Это обеспечивают простоту монтажа. Сверху к стержню колонны приваривается плита. Плиту оголовка назначают без расчета толщиной 6—25 мм. Катет угловых швов, крепящих плиту по периметру торца стержня, определяется расчетом на передачу опорного усилия. Малая жесткость плиты оголовка не обеспечивает восприятие опорного усилия при ее работе на изгиб. При конструировании оголовка необходимо обеспечить передачу опорного усилия на жесткие элементы колонны. Наиболее точную передачу усилия по оси колонны можно достичь, располагая торцевые опорные ребра над ребром, поддерживающим плиту (рис.6.17а, б). Ребра оголовка приваривают к плите и ветвям оголовка или в сплошностенчатой колонне — к стенке. Снизу ребра оголовка обычно укрепляют горизонтальными диафрагмами. Они также укрепляют стенку от потери устойчивости в местах действия сосредоточенных сил. Примыкание балок к колонне сбоку позволяет осуществлять как шарнирное, так и жесткое сопряжение ригеля с колонной. На рисунке 6.18 показано два варианта опирания балки на колонну сбоку: слева — жесткое, справа — шарнирное. При опирании балок на колонну сбоку вертикальное давление передается торцевым опорным ребром балки на опорный столик, привариваемый к полке колонны. Сварные швы сварного соединения столика к стержню колонны рассчитываются на восприятие опорной реакции. Рис. 6.17. Варианты опирания балок на оголовок колонны Опорный фланец крепится к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, которые ставятся в отверстия на 3—4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринимать опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик. Количество болтов принимается конструктивно (обычно 6—8 болтов диаметром 20—24 мм). Опорный фланец балки (опорное ребро жесткости) из толстого листа, рассчитан на изгиб. Диаметры отверстий под болты на 3—4 мм больше диаметра болта, чтобы болты не могли воспринимать опорную реакцию и работать на срез в случае неплотного опирания фланца на опорный столик. Чтобы предотвратить поворот балки на опоре и создать жесткий узел опирания по верхнему поясу балка крепится сварным соединением с колонной посредством в данном случае уголком. Если в опорном узле возникает положительный момент (это возможно, как правило, при легких кровлях), то усилие Я отрывает фланец от колонны, следовательно, болты следует рассчитывать на растяжение с учетом эксцентриситета, вызванного несовпадением центра болтового поля и осевой линии нижнего пояса фермы, по которой приложено усилие Я. Главная балка опирается на колонну сверху, при этом сопряжение принимается шарнирным. Продольная сжимающая сила N от главных балок передается через опорную строганную (фрезерованную) с двух сторон плиту толщиной t on = 20 – 25 мм непосредственно на ребра оголовка сплошной колонны и на диафрагму или ребра в сквозной колонне (исключается работа плиты на изгиб). Торцы колонны, ребер и диафрагмы фрезеруются в сборе. 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. 3.3). 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. 6.9). Рис. 6.9. Оголовок сплошной колонны Требуемую площадь вертикального парного ребра определяем из условия прочности его на смятие: A r = N/(R p γ c) = 2067 / (36,1 · 1) = 57,26 см2. Толщина ребра t r = А r/l ef = 57,26 / 25 = 2,29 см, где l ef = b ′ r + 2t оп = 20 + 2 · 2,5 = 25 см – условная длина распределения нагрузки, равная ширине опорного ребра главной балки b ′ r плюс две толщины плиты оголовка колонны (t on принята 25 мм). Ширина ребра (выступающая часть) Принимаем два вертикальных ребра сечением 125´25 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. Минимальный катет шва k f,min = 5 мм при механизированной сварке листа толщиной tmax = t r = 25 мм из стали с пределом текучести до 28,5 кН/см2 (см. табл. 3.3). Максимальный катет, принимаемый в зависимости от соединяемого элемента наименьшей толщины (здесь tmin = t w = 8 мм): k f,max = 1,2tmin = 1,2 · 8 ≈ 10 мм. Задаемся катетом шва k f = 9 мм. Требуемая длина шва (расчет по металлу границы сплавления) l w = N/(4β z k f R wz γ c) = 2067 / (4 ∙ 1,05 ∙ 0,9 ∙ 16,65 ∙ 1) = 32,84см < < 85β f k f = 85 · 0,9 · 0,9 = 68,85 см. Окончательно принимаем высоту ребра h r = 340 мм с учетом 1 см на компенсацию дефектов в концевых участках шва по его длине. При тонких стенках сплошной колонны толщину стенки t w проверяют на срез по граням крепления опорных вертикальных ребер. Требуемая толщина стенки t′w = N/(2h r R s γ c) = 2067 / (2 · 34 · 13,92 · 1) = 21,84 мм, что больше толщины стенки t w = 8 мм. Производим местное усиление стенки колонны путем замены участка стенки в пределах высоты оголовка вставкой t′w = 22 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 = 125 мм. Толщину ребра определяем из условия его устойчивости: она должна быть не менее t′w/3 = 22 / 3 =7,33 мм. Принимаем парное ребро из полосы сечением 125´10 мм. Оголовок сквозной колонны Оголовок состоит из плиты и диафрагмы, подкрепленной горизонтальным ребром жесткости (рис. 6.10). Как вариант возможно устройство дополнительных вертикальных ребер, прикрепляемых к диафрагме сварными швами и передающих давление от главных балок через диафрагму на колонну. Рис. 6.10. Оголовок сквозной колонны Расчет производится аналогично расчету оголовка сплошной колонны. Толщина диафрагмы t d определяется расчетом на смятие от продольной силы N: t d = N/(l ef R p γ c) = 2067 / (25 · 36,1 · 1) = 2,29 см, где l ef = 25 см – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки (см. п. 6.3.1). Принимаем t d = 25 мм. Высота диафрагмы определяется из условия прочности стенок ветвей колонны на срез: h d = N/(4sR s γ c) = 2067 / (4 · 0,75 · 13,92 · 1) = 49,5 см, где s = 7,5 мм – толщина стенки принятого швеллера. Принимаем h d = 50 см. Проверяем диафрагму на срез как короткую балку: где Q = N/2 = 2067 / 2 = 1033,5 кН. Определяем катет сварного шва, выполненного механизированной сваркой и обеспечивающего прикрепление диафрагмы к стенке ветвей колонны (расчет по металлу границе сплавления): k f = N/(4β z l w R wz γ c) = 2067 / (4 · 1,05 · 49 · 16,65 · 1) = 0,6 см, где l w = h d – 1 см = 50 – 1 = 49 см – расчетная длина шва. Принимаем катет шва k f = 6 мм, что отвечает минимальной его величине при механизированной сварке элементов t d = 25 мм. Расчетная длина флангового шва должна быть не более 85β f k f : l w = 49 > 85 × 0,9 × 0,6 = 45,9 см. Условие не выполняется. Принимаем k f = 7 мм. Толщина горизонтального ребра жесткости t s = t d/3 = 25 / 3 = 8,33 мм, принимаем t s = 10 мм. Общую ширину b s назначаем из условия устойчивости свеса ребра: Принимаем b s = 300 мм. Высоту оголовка обычно принимают равной высоте стенки сплошной колонны h w или расстоянию между ветвями сквозной колонны b о (в любом случае не менее 0,6 этих величин). Если высота оголовка получается значительно больше, следует увеличить толщину стенки колонны в пределах высоты оголовка сплошной колонны за счет вставки (см. рис.6.9) или увеличить толщину стенки ветвей сквозной колонны за счет приварки дополнительных накладок. Список используемой литературы: Литература 1. Учебник Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций под редакцией В.В. Горева. В трёх томах. 2. СП 16.13330.2017. СНиП II-23-81 Стальные конструкции. 3. Проектирование металлических конструкций. В.В. Бирюлёв, Кошин И.И., Крылов И.И., Сильвестров А.В. 4. Примеры расчёта металлических конструкций. Мандриков А.П. 5. Справочник проектировщика. Металлические конструкции. Кузнецов В.В. 6. Металлические конструкции. Васильев А.А. 7. Металлические конструкции под редакцией Кудишина Ю.И ( 8. Расчёт стальных конструкций Я.М. Лихтарников, Д.В. Ладыженский, В.М. Клыков. 9. Справочник проектировщика. Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий. Кутухтин Е.Г. и др. Москва Стройиздат 1988г.
