Расчет и конструирование сварной конструкции

1.3.1 Изображаем расчетную схему нагрузки колонны с учетом задания на проектирование, заполнить таблицу 1.3.1.

 

Таблица 1.3.1 Исходные данные для проектирования

 

N кГ	L м	Крепление нижнего конца колонны	Крепление верхнего конца колонны

1.3.2. Конструирование и проверочный расчет

Задаемся коэффициентом продольного изгиба φ = 0,75…0,85

Определяем площадь поперечного сечения, см²

Атр = (1.3.2.1.)

где N – расчетная нагрузка, кГ

[σ_в] - расчетное сопротивление металла, кГ/см²

По расчетной площади определяем размеры сечения в соответствии ГОСТ 8239-89

 

 

 

hст

Sст

 

 

 

Sп bп

 

Таблица 1.3.2. Габариты сечения из ГОСТА

 

№ двутавра	Площадь сечения Ад	rx	ry
см2	см	см

 

Определяем габариты сечения h_ст и b_n для двутаврового сечения,

h_{ст =} r_x / 0.43, см (1.3.2.1.)

b_п = r_y /0.24, см (1.3.2.2.)

 

где r_x, r_y – радиус инерции сечения стрежня колонны относительно оси х, y, см

 

Так как ширина колонн b_n не рекомендуется принимать большие высоты h_ст, то обычно принимают b_n и h_ст размеры уточняем в соответствии с ГОСТ 8239-89

Принимаем h_ст^д = и b_п^д =

При подборе толщины и поясов стремятся к тому, чтобы около 80% площади сечения приходилось на долю поясов, то есть

А_n = 0,8·А_д, (1.3.2.3.)

А_ст = 0,2·А_д, (1.3.2.4.)

где А_n – площадь поперечного сечения пояса колонны, см²

А_ст – площадь поперечного сечения стенки колонны, см²

Толщина стенки, см

 

, (1.3.2.5.)

 

 

Принимаем S_ст^д =

Толщину стенки желательно принимать в пределах 0,6…1,4 см, при этом должно выполняться условие

(1.3.2.6.)

Толщина пояса, см

, (1.3.2.7.)

Толщину пояса желательно принимать в пределах 0,8…4,0 см, соблюдая условие

(1.3.2.8.)

Все размеры подобранного сечения h, bп, S_ст,S_n мм – должны быть уточненными по ГОСТ 8239-89

 

Таблица 1.3.3 Принятые значения сечения

 

hстд	sстд	bпд	sпд
мм

 

Определяем общую площадь сечения колонны, см²

, (1.3.2.11.)

где - действительная площадь поперечного сечения стенки колонны, см²

- действительная площадь поперечного сечения пояса колонны, см²

(1.3.2.12.) (1.3.2.13.)

 

Определяем собственный вес колонны

Q = А^д *ρ*L/1000 кГ, (1.3.2.14.)

где

А^д - общую площадь сечения колонны, см²

ρ – удельный вес материала колонны, (7,85 Г/см³ )

L – высота колонны, см

Определяем геометрические характеристики сечения

Момент инерции сечения стержня колонны относительно оси х, см

, (1.3.2.15.)

Момент инерции сечения стрежня колонны относительно оси у, см

, (1.3.2.16.)

Радиус инерции сечения стрежня колонны относительно оси х, см

, (1.3.2.17.)

Радиус инерции сечения стрежня колонны относительно оси у, см

, (1.3.2.18.)

Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна

λx = < 120, (1.3.2.19.)

λ_y = < 120 (1.3.2.20.)

где L_p – расчетная длина стержня, см

l _р = µ * L см, (1.3.2.21.)

где µ -коэффициент зависящий от закрепления концов стойки.

L - высота колонны, см

Коэффициент продольного изгиба φ_Д выбираем по большей из гибкостей и проверяем устойчивость стержня колонны σ, кГ/см²

σ = = (0,95… 1,05)* [σ_в] (1.3.2.22.)

1.3.3 Расчет и конструирование базы

 

1.3.3.1 Площадь плиты

Аплиты ≥ N_кол/R_б, (1.3.3.1.1.)

где

N_кол - нагрузка на колону, включая ее собственный вес кГ,

N_кол = N + Q_кол, (1.3.3.1.2.)

где

N – расчетная нагрузка, кГ

Q – собственный вес колоны, кГ

Q = g * L, кГ (1.3.3.1.3.)

g - масса 1 м двутавра кГ/м

L – высота колонны, м

R_б = 1,5*4,5 = 67,5 кГ/см²

. Высота плиты

Нплиты = h_ст^д +2* s_п^д + 2*Sтр + 2*c, см (1.3.3.1.4.)

где

h_ст^д – высота двутавра (из таблицы 1.3.3), см

s_п^д – толщина полки двутавра (из таблицы 1.3.3), см

S_тр – толщина траверсы, см (принимаем S_тр = 1,2 см)

с- ширина консольного участка плиты с= 10 см.

Принимаем Нплиты.д. =

Ширина плиты, см

Lплиты = Аплиты/Нплиты.д, см²

Принимаем Lплиты.д =

Действительная площадь плиты, см²

Аплиты.д. = Нплиты.д. * Lплиты.д

Толщина плиты

Определяем реактивное давление фундамента кГ/см²

g = σ_b = N_кол/А_{плиты/д,} (1.3.3.1.5.)

Определяем изгибающий момент в консоли плиты и между ветвями колонны кГ * см

М = σ_{b *} с² /2, (1.3.3.1.6.)

где

σ_b –реактивное давление фундамента кГ/см²

с- ширина консольного участка плиты с= 10 см.

Требуемый момент сопротивления сечения плиты см³

W_д = М/[σ_в]_, (1.3.3.1.7.)

где

М - изгибающий момент в консоли плиты кГ*см

[σ_в]- расчетное сопротивление металла, кГ/см²

 

Определяем отношение сторон

h_ст^д / b_п^д, (1.3.3.1.8.)

 

где h_ст^д , b_п^д – ширина и высота профиля колонны (таблица 1.3.3)

По отношению сторон по таблице «Коэффициенты α₁ и α₂ для расчета на изгиб плит» определяем α₁; α₂

 

Изгибающий момент

М_а = α₁ * g * Нплиты. д., (1.3.3.1.9.)

М_b = α₂ * g * Нплиты д. (1.3.3.1.10.)

 

Требуемую толщину плиты определяем по мах изгибающему моменту

 

t _пл = (1.3.3.1.11.)

принимаем t _{пл д} =

где

Ммах – максимальный момент из М_а, М_b .

Принятые размеры плиты заносим в таблицу

 

Таблица 1.3.4 Действительные значения размеров плиты

 

Высота плиты Нплиты.д. см	Ширина плиты Lплиты.д см	Толщина плиты t пл д см

 

1.3.3.2. Толщина траверсы, см

 

Sтр = 1,2* t _{пл д,} (1.3.3.2.1.)

принимаем Sтр д =

 

Суммарная длина сварных швов приварки траверсы к ветви, см

 

Lшва = N_кол/(β*Кш*Rш), (1.3.3.2.2.)

где

N_кол - нагрузка на колону, включая ее собственный вес кГ,

β – коэффициент зависящий от способа сварки (β = 0.9)

Кш – катет шва (Таблица 1.5.1)

Rш- расчетное сопротивление металла шва (Rш = 1,0*[σ_в])

 

Высота траверсы, см

 

hтр = Lшва/n, (1.3.3.2.3.)

 

где

n- число учитываемых швов которые удобно варить

 

 

Таблица 1.3.5. Минимальные катеты угловых сварных швов

 

Вид соединения	Предел текучести стали	Толщина более толстого из свариваемых элементов, мм
4-5	6-10	11-16	17-22	23-32	33-40	41-80
Тавровое соединение с двусторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой, Нахлесточное и угловое, выполненое ручной сваркой	<430 (4400)
430-530 (4400-5400)
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<430 (4400)
	430-530 (4400-5400)
Тавровое соединение с односторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой.	<380 (3900)
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<380 (3900)

 

Определить вид сварного соединения и рассчитать площадь поперечного сечения сварного шва (вид сварного соединения определяется по ГОСТам 14771-76, 5264-80, 8713-79, площадь поперечного сечения сварного шва рассчитывается по таблицам).

Полученные данные занести в таблицу 1.3.6

 

Таблица 1.3.6 Конструктивные элементы сварного шва

 

№ п/п	Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы сварного шва мм	Площадь поперечного сечения сварного шва мм2 Fш
подготовленных кромок свариваемых деталей мм	шва сварного соединения мм

 

Определить количество проходов сварки шва.

 

n = +1, (1.3.3.2.4.)

где

F_ш –общая площадь поперечного сечения шва, мм²

F1- площадь поперечного сечения шва первого прохода, мм²

F2- площадь поперечного сечения шва второго и последующих проходов, мм²

 

Таблица 1.3.7 Площадь поперечного сечения шва для расчета количества проходов сварки

 

№ позиции	Свариваемый материал	Толщина металла, мм, до
Площадь поперечного сечения, мм2 , до
первого прохода	второго и последующих проходов
	Углеродистая и низколегированные стали
	Высоколегированные и легированные стали

 

 

Технологический раздел