Подбор и проверка сечения стержня колонны.

Расчет и конструирование колонны.

3.1 Определение расчётной длины колонны.

Рисунок. 17 – Расчётная схема колонны.

Расчетная нагрузка на колонну:

;

Так как тогда будем рассчитывать сквозную колонну, состоящую из двух двутавров.

Расчётная длина колонны:

где:

- отметка верха;

- высота главной балки;

- высота балки настила;

- толщина настила;

- глубина заложения;

Расчётная длина колонны:

m = 1 - коэффициент, зависящий от вида закрепления колонны;

3.2 Расчёт сквозной колонны.

Подбор и проверка сечения стержня колонны.

Задаемся гибкостью сечения колонны λ=40, тогда при Ry=315 МПа имеем j = 0,874 (т. 3.10[1]) - коэффициент продольного изгиба.

Принимаем сечение колонны из двух двутавров №33 по ГОСТ 8239-89 (т. 7.5[1]):

Проверяем колонну на устойчивость относительно оси X:

при по таблице 3.10[1]

Недонапряжение составляет:

Расчет относительно свободной оси.

Рисунок. 18 – Сечение и фрагмент колонны на планках.

Определим расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости, т. е.

Принимаем , тогда

;

;

Принимаем b=32 см;

Просвет между ветвями:

Принимаем размеры планки:

принимаем

(от 0,5b=15 до 0,75b=22,5 см);

Найдем требуемое расстояние между планками:

принимаем l_b = 55 см

Расстояние между центрами планок:

Выполним проверку условия:

,

Где: а-расстояние между центрами планок ;

b- расстояние между ветвями колонны =32см;

- момент инерции относительно оси у₁ двутавра = ;

- момент инерции пластины;

Условие не выполняется, следовательно:

Для проверки прочности планок и прикрепляющих швов определяем перерезывающую силу и момент, действующий на одну планку.

Предварительно зададимся - коэффициент продольного изгиба при по таблице 3.10 [1].

Планки прикрепляются к ветвям колонны угловыми швами, прочность которых при будет меньше прочности планки, поэтому достаточно проверить прочность сварных швов (в расчёт учитываем только вертикальные швы).

Определим площадь сечения и момент сопротивления сварного шва:

Тогда напряжение в шве:

Равнодействующее напряжение:

где: - расчетное сопротивление по металлу шва (т. 4.4[1])

Определим момент инерции относительно оси у:

Вычисляем радиус инерции и гибкость стержня:

Рассчитываем приведённую гибкость:

- коэффициент продольного изгиба при (т.3.10[1])

Проверим устойчивость ветви колонны:

;

3.2.2. Расчёт базы колонны.

Рисунок. 19 – База колонны.

Принимаем фундамент из бетона класса , для которого:

- нормативное сопротивление бетона осевому сжатию (СНБ 503.01-02);

- частный коэффициент безопасности бетона;

- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

- коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки;

- коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии;

;

Требуемая площадь опорной плиты:

Назначаем толщину траверсы ; вылет консольной части плиты с = 50 мм.

Ширина плиты:

Принимаем

Следовательно: мм.

Требуемая длина плиты:

Принимаем

Получаем плиту с размерами в плане :

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Определяем изгибающие моменты для участков 1, 2, 3.

Участок 1 опёрт на четыре канта:

где коэффициент расчета на изгиб прямоугольных пластинок, опертых на четыре канта (т. 2.14[1]) в зависимости от ;

Участок 2 опёрт на три канта:

где в зависимости от ;

Участок 3 консольный:

Требуемая толщина плиты по максимальному моменту:

где: - расчетное сопротивление стали С345 для листового, широкополосного проката по ГОСТ 27772-88 при толщине св. 20 до 40 мм (т. 2.3[1]);

По таблице 7.14[1] принимаем толщину листа, из стали С345, равную 3,6 см.

Угловой шов крепления траверсы к колонне рассчитываем по металлу шва, так как

где: и - коэффициенты глубины проплавления шва (т. 4.2[1])

- расчетное сопротивление по металлу шва (т. 4.4[1])

- временное сопротивление свариваемости стали С345 (т. 2.3[1])

коэффициент условий работы сварного шва;

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, необходимых для прикрепления её к стержню колонны четырьмя вертикальными швами, и прочностью самой траверсы, работающей как балка на двух опорах. Катет шва принимаем

Принимаем высоту траверсы 42 см толщину 1 см.

Траверса.

Производим проверку траверсы на прочность ( ).

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента на одну траверсу:

Интенсивность погонной нагрузки на траверсу:

Проверка прочности траверсы на изгиб и на срез:

- на консольном участке:

;

;

.

- на среднем участке:

;

;

.

Рисунок. 20 – Грузовая площадь, расчетная схема и эпюра моментов.

Диафрагма.

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента на диафрагму:

Интенсивность погонной нагрузки на диафрагму:

Определяем прочность сварных швов, прикрепляющих диафрагму ( ):

;

;

Катет шва принимаем

;

;

.

Рисунок. 21 – Грузовая площадь, расчетная схема и эпюра усилий.

3.2.3. Расчёт оголовка колонны.

Рисунок. 22 – Оголовок колонны.

Проектируем шарнирное сопряжение балок с колонной, при котором оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

Обычно длина швов, приваривающих вертикальные рёбра к плите оголовка недостаточна для передачи усилия N, поэтому усилие N передаем через смятие торца вертикального ребра (торец фрезеровать), а швы назначают конструктивно.

Принимаем толщину плиты оголовка колонны (т. 7.14 [1]).

Определим толщину ребра оголовка из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

,

где: =1 – коэффициент условий работы;

– длина сминаемой поверхности;

временное сопротивление свариваемости стали С345 (т. 2.3[1]), толщиной проката св. 20 до 40 мм.

- коэффициент надежности по материалу (т. 1.6[1]);

По табл. 7.14 [1] принимаем толщину ребра оголовка , из стали класса С345.

Для крепления ребер оголовка к стенке колонны принимаем полуавтоматическую сварку (ГОСТ 14771-76*) в углекислом газе (ГОСТ 8050-85)электродом проволокойСВ-08Г2С.

Угловой шов крепления ребра оголовка к стенке колонны рассчитываем по металлу шва, так как

,

где: и – коэффициенты глубины проплавления шва (т. 4.2[1]). При ручной электродуговой сварке = 0,7 и = 1;

= 215 (МПа) – расчетное сопротивление по металлу шва (т. 4.4[1]);

;

– коэффициенты условий работы сварного шва;

Высоту ребра определяем по длине вертикальных швов, приваривающих ребро к стенкам колоны. Катет шва принимаем .

;

Принимаем высоту ребра оголовка = 50см.

Проверяем ребро на срез:

Проверяем стенку на срез:

т.к. условие не выполнено, то необходимо усилить стенку, поэтому навариваем на стенку двутавра накладку.

; ;

Принимаем толщину накладку

Тогда усиленная стенка равна:

- условие выполнено.