5 Розрахунок і конструювання колони

5.1 Вибір розрахункової схеми

До розрахунку вибираємо колону, на яку спираються дві головні балки. Таку колону вважаємо центрально завантаженою навіть у випадку приєднання головних балок збоку. Для центрально стиснутих колон робочих майданчиків з метою спрощення вузлів сполучення їх з балками і фундаментами ці вузли раціональніше приймати шарнірними. Отже, розрахунковою схемою колони буде центрально стиснутий стрижень із шарнірними обпираннями кінців. Розрахункова довжина такого стрижня дорівнює його геометричній довжині від низу головної балки до верху фундаменту:

(5.1)

При шарнірному обпиранні кінців .

При практичному проектуванні при достатньому обґрунтуванні чи в разі потреби вузли сполучення можуть прийматися також і жорсткими. У цьому випадку вони повинні відповідним чином конструктивно оформлятися; в цьому випадку , тобто розрахункова довжина колони буде менше геометричної.

Обріз фундаменту може прийматися на рівні нульової позначки чи заглибляться на 400 600 мм.

Навантаження на колону передається головними балками і дорівнює сумі їхніх опорних реакцій. При обпиранні двох головних балок і з урахуванням власної ваги це навантаження буде дорівнювати:

,

(5.2)

де  опорна реакція головної балки.

l_ef розрахункова довжина колони;

N  розрахункове зусилля

Рисунок 5.1  Розрахункова схема колони

У курсовому проекті студент повинен розрахувати два варіанти колони: суцільну у вигляді зварного двотавра і наскрізну, складену з двох прокатних двотаврів чи швелерів, з’єднаних планками.

Після визначення маси одного погонного метру колони для обох варіантів необхідно вибрати для остаточної доробки один варіант. При виборі варіанту треба враховувати, що порівняння тільки за масою не зовсім коректно, тому що виготовлення наскрізної колони більш трудомістке і, отже, коштує дорожче. Тому, при одержанні близьких значень маси суцільної і наскрізної колон, перевагу треба віддавати суцільному перерізу, навіть якщо маса буде трохи більше (10  15%).

5.2 Розрахунок стрижня суцільної колони

5.2.1 Визначення площі і розмірів поперечного переріза колони

Необхідна площа перерізу колони визначається за формулою:

.

(5.3)

Коефіцієнт поздовжнього вигину визначається за табл.72 [1] у залежності від розрахункового опору сталі та гнучкості, якою потрібно задатися, використовуючи прикладену номограму (рис.5.2).Для визначення коефіцієнту поздовжнього вигинуможна також скористатися формулами (5.55), що відповідають формулам (8), (9), (10) в БНіП ІІ-23-81^*.

Необхідний радіус інерції визначається з виразу:

.

(5.4)

Двотавровий складений переріз за умовами виготовлення приймається зі співвідношенням сторін .

Рисунок 5.2 – Номограма для попереднього визначення

гнучкості колони суцільного перерізу

З огляду на те, що жорсткість перерізу відносно осі, яка є перпендикулярною стінці, більше, то по необхідному радіусу інерції визначаємо ширину полиці:

,

(5.5)

відповідно: .

Товщину стінки необхідно назначати мінімальною й визначати за умови забезпечення місцевої стійкості, але не менш 6 (8) мм.

Для визначення мінімальної товщини стінки необхідно визначити умовну гнучкість колони й граничну умовну гнучкість стінки.

Умовна гнучкість визначається за формулою:

.

Гранична умовна гнучкість стінки визначається в залежності від умовної гнучкості за формулами:

	;
	, але не більше 2.3.

Мінімальна товщина стінки визначається з виразу:

,

(5.6)

де - розрахункова висота стінки, для зварних колон дорівнює відстані між внутрішніми гранями поясів;

- товщина стінки.

При попередньому розрахунку можна прийняти близьким до.

З сортаменту широкосмугової універсальної сталі, приймаються розміри листа для стінки.

Товщину поясу можна визначити за формулою:

.

(5.7)

Розміри листа також приймаються за сортаментом широкосмугової універсальної сталі.