1.3. Расчет и конструирование сварной конструкции.

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

Таблица 1.3.1.1 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 30245-94

hст

Sст

Sп bп

Таблица 1.3.2.1.Габариты сечения из ГОСТА

hст	t	Площадь сечения Ад	rx	ry
см	см	см2	см	см

Определяем габариты сечения h_ст и b_n для квадратного сечения, см

h_{ст =} r_x / 0.43, см (1.3.2.1.)

b_п = r_y /0.43, 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 , то обычно принимают b_n и h_ст размеры уточняем в соответствии с ГОСТ 30245-94

Принримаем h_ст^д = b_п^д =

При подборе толщины и поясов стремятся к тому, чтобы около 50% площади сечения приходилось на долю поясов, то есть

А_n = 0.5·А_д (1.3.2.3.)

А_ст = 0.5·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_ст^д, b_п^д, s_ст^д, s_п^д мм – должны быть уточненными по ГОСТ 8232-89

Таблица 1.3.2.2 Принятые значения сечения

hстд	sстд	bпд	sпд
мм

Определяем общую площадь сечения колонны, см²

_, (1.3.2.9.)

где - действительная площадь поперечного сечения стенки колонны, см²

- действительная площадь поперечного сечения пояса колонны, см²

(1.3.2.10.)

(1.3.2.11.)

Определяем собственный вес колонны

Q = А^д *ρ*L/1000, кГ (1.3.2.12.)

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

, (1.3.2.13.)

Момент инерции сечения стрежня колонны относительно оси у, см

, (1.3.2.14.)

Радиус инерции сечения стрежня колонны относительно оси х, см

, (1.3.2.15.)

Радиус инерции сечения стрежня колонны относительно оси у, см

, (1.3.2.16.)

Гибкость колонны в обоих направлениях будет соответственно равна

λ_x= L_p /r_x (1.3.2.17.)

λ_y= L_p /r_y, (1.3.2.18.)

где L_p – расчетная длина стержня, см

L_p = µ * L, см (1.3.2.19.)

где µ -коэффициент зависящий от закрепления концов стойки .

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] (1.3.2.20.)

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 = Ад* ρ * L/1000 , кГ (1.3.3.1.3.)

  р – плотность металла, принятая для углеродистых и низколегированных сталей равной 7,85 г/см3;

L – высота колонны,см

R_б = 1,5*4,5 = 67,5 кГ/см²

Высота плиты

Нплиты = h + 2*Sтр + 2*c, см (1.3.3.1.4.)

где

h большее из значений h_ст^д , b_п^д – высота стержня колоны ( из таблицы 1.3.2.2) 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

Аплиты.д. = Нплиты.д. * Lплиты.д

Толщина плиты

Определяем реактивное давление фундамента кГ/см²

g = σ_b = N_кол/А_пл/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

где h_ст^д , b_п^д – ширина и высота профиля колонны ( таблица 1.3.3.2.2)

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. (1.3.3.1.8.)

М_b = α₂ * g * Нплиты д. (1.3.3.1.9.)

Требуемую толщину плиты определяем по мах изгибающему моменту, см

t _пл = ^, (1.3.3.1.10.)

принимаем t _{пл д} =

где

Ммах – максимальный момент из М_{а ,} М_b .

Принятые размеры плиты заносим в таблицу

Таблица 1.3.3.1.1.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 1.3.3.2.1.)

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 1.3.3.2.1. 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)	4	5	6	7	8	9	10
	430-530 (4400-5400)	5	6	7	8	9	10	12
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<430 (4400)	3	4	5	6	7	8	9
	430-530 (4400-5400)	4	5	6	6	7	8	9
Тавровое соединение с односторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой.	<380 (3900)	5	6	7	7	8	9	10
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<380 (3900)	4	5	6	8	9	10	12

Определить вид сварного соединения и рассчитываем площадь поперечного сечения сварного шва (площадь поперечного сечения сварного шва рассчитывается по таблицам). Полученные данные заносим в таблицу 1.3.3.2.1.

Таблица 1.3.3.2.2. 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 1.3.3.2.3. .Площадь поперечного сечения шва для расчета количества проходов сварки

№ позиции	Свариваемый материал	Толщина металла, мм, до
		10	100	10	100
		Площадь поперечного сечения, мм2 , до
		первого прохода		второго и последующих проходов
1	Углеродистая и низколегированные стали	10	30	40	50
2	Высоколегированные и легированные стали	10	30	40	50