4. Проектирование центрально-сжатой колонны

4.1. Расчет и конструирование стержня колонны

4

q

.1.1. Конструктивная схема

0,5∙L

0,5∙L

R=Q_max=1021, 30875КН

L

L

4.1.2.Определение величины расчетной продольной силы

k– коэффициент, учитывающий вес колоны и равный (ориентировочно) 1% от величины нагрузки на колонну.

4.1.3. Определение расчетных длин колонн

Расчетные схемы.

N N

L

y x

μ_y=1 μ_x=1

μ_x,μ_y – коэффициенты расчетной длины в двух главных взаимно-перпендикулярных плоскостях инерции стержня, принимаемых в зависимости от условий закрепления концов стержня.

Геометрическая длина стержня колонны:

Н – отметка верха настила перекрытия (по заданию Н=8,7 м)

- заглубление опорной плиты базы колонны ниже нулевой отметки пола

- строительная высота перекрытия

- толщина настила перекрытия

- высота балки настила

- высота главной балки

- длина выступающей части опорного ребра балки

4.1.4. Подбор поперечного сечения и проверка несущей способности сквозной колонны

b_о

1) Назначение формы поперечного сечения

у_о

у_о

у

Свободная ось

Материальная ось

х

0,5∙b_о

0,5∙b_о

z_о

z_о

b

2) Выбор материала колонны

Согл. табл. В1 СП 16.13330.2011 принимаю для группы конструкций 3 сталь класса С245 ГОСТ27772 с учётом данных на прокат

3) Расчет колонны относительно материальной оси

а) требуемая площадь

- коэффициент продольного изгиба (предварительное значение)

б) выбор профиля по сортаменту швеллеров

Швеллер 40

в) определение фактической гибкости относительно материальной оси

г) проверка общей устойчивости стержня относительно материальной оси

Условие выполняется

д) расчет по предельной гибкости

Условие выполняется

4) Расчет колонны относительно свободной оси

а) определение требуемой гибкости сквозной колонны относительно свободной оси у-у исходя из принципа равно устойчивости

=30 - гибкость ветви между планками относительно главной центральной оси ветви, параллельной стенке швеллера

б) определение требуемого радиуса инерции сечения

в) определение требуемой ширины сечения колонны

α_у–коэффициент, связывающий размер поперечного сечения с радиусом инерции относительно оси у-у, для рассматриваемого типа сечения принимается

α_у=0,44

Принимаю b= 450мм (кратно 10 мм)

Проверка на возможность окраски

b≥2·b_f+100мм =2·115+100=330 мм

Окончательно принимаю b= 450 мм=45 см

г) определение фактических геометрических характеристик поперечного сечения

д) приведенная гибкость стержня относительно оси у-у

- момент инерции сечения

(по разделу 4.1.4, пункт 5).

(по разделу 4.1.5, пункт 3).

t_s = 10 мм. (по разделу 4.1.5, пункт 3).

b_s = 23 см. (по разделу 4.1.5, пункт 3).

е) - проверка общей устойчивости стержня колонны в плоскости, перпендикулярной оси у-у, требуется:

Условие выполняется

5 ) Проверка устойчивости ветви между планками

N/2

N/2

Условие выполняется

4.1.5. Расчет планок и крепящих их сварных швов

l_s

τ_w1

l_s= 450-2·115+2·25=270 мм

τ_w2

b_s=0,5·b=0,5·450=225 мм

τ_w

20…30=25

Т

0,5·b₀

0,5·b₀

1) Определение условной поперечной силы

Е=2,06·10⁵МПа-модуль упругости стали

R_y=240 МПа=24 кН/см²–расчетное сопротивление стали растяжению

φ_у-коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости ветви между планками λ_efиR_y.

2) Определение усилия, действующего в планке

Тs- поперечная сила

Определение изгибающего момента

3) Проверка соотношений

4) Проверка прочности планок

Условие выполняется

Условие выполняется

6) Проверка прочности угловых сварных швов, прикрепляющих планку к ветви колонны

Вид сварки – полуавтоматическая в среде углекислого газа.

Согл. табл Г1 СП 16.13330.2011 принимаю сварочную проволоку марки СВ-08Г2С по ГОСТ 2246 диаметром d=2 мм, углекислый газ по ГОСТ 8050.

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

- для угловых швов

- для

Принимаю катет

Вывод: расчёт осуществляем по металлу границы сплавления:

Условие выполняется

4

1

.2 Конструирование и расчет оголовка колонны

1-1

F

b

2

2

t_pl

Опорная плита

z h_tr=l_s

Вертикальные

опорные ребра Диафрагма

1

2-2

 40

Траверса

Вертикальные опорные ребра

t_w

t_s

4.2.1. Определение толщины вертикальных опорных ребер

Определяется из их расчета на прочность при смятии

R_p=R_u=360 МПа=36кН/см²- расчетное сопротивление стали смятию (С245) при наличии строганной поверхности.

γ_с=1 – коэффициент условия работы колонны, согл. табл. 1 СП 16.13330.2011

N=2063,043673 кН- расчетная продольная сила, расчетная нагрузка на колонну.

t_pl=20 мм – толщина опорной плиты.

Принимаю t_s = 25 мм по ГОСТ 82-70^*

4.2.2. Определение высоты траверсы, исходя из прочности стенки швеллера

t_w = 8 мм, толщина стенки швеллера

Принимаю h_tr = 470 мм

4.2.3. Определение толщины траверсы, исходя из расчета на срез

Принимаю t_tr =16 мм по ГОСТ 82-70^*

4.2.4. Проверка прочности сварных швов, прикрепляющих траверсу к стенке швеллера

Вид сварки – полуавтоматическая в среде углекислого газа.

Согл. табл Г1 СП 16.13330.2011 принимаю сварочную проволоку марки СВ-08Г2С по ГОСТ 2246 диаметром d=2 мм, углекислый газ по ГОСТ 8050.

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

- для

принимаю

Вывод: расчёт осуществляем по металлу границы сплавления:

Условие выполняется

4.2.5. Проверка прочности вертикальных ребер на срез

Условие выполняется

4.2.6. Определение катета сварного шва, прикрепляющего вертикальные ребра к траверсе

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

Вывод: расчёт осуществляем по металлу границы сплавления:

Принимаю

4.3 Конструирование и расчет базы центрально-сжатой колонны

4.3.1Определение расчетного сопротивления бетона фундамента на смятие

- коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при местном сжатии.

R_b=7,5 МПа – призменная прочность бетона класса В12,5.

γ_c=0,9-коэффицент условий работы бетона.

α=1(т.к. прочность бетона≤В25).

4.3.2Определение требуемой площади опорной плиты

4.3.3.Размеры опорной плиты в плане

b_f = 400 мм– ширина полки колонны, высота швеллера 40

t_tr=16 мм– толщина траверсы, принимается равной 10…16 мм

h=450 мм- требуемая ширина сечения колонны

С иС₁– ширина участков плиты соответственно со сторонами траверс и со сторонами полки двутавра

Принимаем С=100 мм – минимальный размер свеса опорной плиты, закрепленной анкерными болтами, ширина участка плиты со стороны траверса

Принимаем С₁=30 мм

Принимаю по ГОСТ 82-70* с изменениями

→400мм

Принимаю L_pl=510 мм

Уточнение свеса плиты с

4.3.4. Определение толщины плиты

R_y= 240 МПа=24 кН/см²

γ_с=1,2

M_max- наибольший изгибающий момент, действующий в опорной плите от равномерно распределенного реактивного давления на фундамент σ_f=N/A_pl(здесьA_pl- фактическая площадь опорной плиты в плане).

γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от толщины плитыt_pl иR_y(приt_pl≤40 мм,Ry≤390H/мм²γ_с=1,2) по таблице 1 СП 16.13330.2011.

Изгибающий момент M_maxзависит от условий опирания плиты на торец колонны и элементы базы (траверсы, ребра, диафрагмы). Для рассматриваемой конструкции базы M_maxпринимается равным большему из трех изгибающих моментов: М₁, М₂или М₃

М₁-изгибающий момент, действующий на консольном участке 1 опорной плиты

М₂-изгибающий момент, действующий на участке 2 опорной плиты, опертом на три стороны

β-коэффициент, зависящий от отношения длины закрепленной стороны b₁к свободнойa₁и принимаемый по таблице, при отношении сторон a₁/ b₁>2 плита рассчитывается, как консоль с вылетомb₁по формуле, как М₁

b₁-длина закрепленной стороныb₁=С₁=30 мм

а₁-длина свободной стороныа₁=b= 400 мм

М₃-изгибающий момент, действующий на участке 3 опорной плиты, опертом на четыре стороны

α- коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны участкаb=h_efк более короткойа=b_f ,при соотношении сторонb/a>2 момент определяется, как для однопролетной балочной плиты.

Принимаю t_pl =36 мм по ГОСТ 82-70^*

4.3.5. Определение высоты траверсы

Вид сварки – полуавтоматическая в среде углекислого газа.

Согл. табл Г1 СП 16.13330.2011 принимаю сварочную проволоку марки СВ-08Г2С по ГОСТ 2246 диаметром d=2 мм, углекислый газ по ГОСТ 8050.

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

- для

Вывод: расчёт осуществляем по металлу границы сплавления:

Принимаю h_tr=360 мм

h_tr=360 мм ≥ (0,5…0,7)·h=0,6·450=270 мм

Условие выполняется

4.3.6. Проверка прочности траверсы на срез

Условие выполняется

4.3.7. Проверка прочности сварных швов, прикрепляющих траверсу и стержень колонны к опорной плите

- для

По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

Вывод: расчёт осуществляем по металлу границы сплавления:

Условие выполняется

Назначаю анкерные фундаментные болты, соединяющие колонну с фундаментом, принимаются диаметром d_а=20 мм и крепятся непосредственно к опорной плите. Анкерные болты пропускаются в специальные проушины в плите шириной на 10-31 мм больше диаметра болта, на них надеваются шайбы толщиной 20-30 мм с отверстием на 3 мм больше, чем диаметр болтов. После натяжения болтов на гайки, шайбы прикрепляются монтажной сваркой к опорной плите.