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=758.49КН

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=9,8 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. 50* СНиП II-23-81* принимаю для группы конструкций 3 сталь класса С235 ГОСТ27772-88*

3) Расчет колонны относительно материальной оси

а) требуемая площадь

- коэффициент продольного изгиба (предварительное значение)

б) выбор профиля по сортаменту швеллеров

Ш веллер 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 равноустойчивости

=35 - 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

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

5 ) Проверка устойчивости ветви между планками

N/2

N/2

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=2,06·10⁵ МПа-модуль упругости стали С235

R_y=230 МПа=23 кН/см² –расчетное сопротивление стали растяжению

φ_у-коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости ветви между планками λ_b и R_y.

φ_у= φ_у(λ_b=35, R_y=23 кН/см²)=0,913

2) Определение усилия, действующего в планке

Т- поперечная сила

Определение изгибающего момента

3) Проверка соотношений

4) Проверка отношения погонной жесткости планки к погонной жесткости ветви

- момент инерции сечения

Условие выполняется.

Нет необходимости учитывать влияние гибкости планки.

Планки заводятся на ветвь на расстояние

5) Проверка прочности планок

Условие выполняется

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

Вид сварки – полуавтоматическая в среде углекислого газа.

Согл. табл. 55^* СНиП ΙΙ-23-81^* принимаю сварочную проволоку марки СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-70^* диаметром d=2 мм, углекислый газ по ГОСТ 8050-85.

По металлу шва:

- для угловых швов

- для

R_wf =180 МПа=18 кН/см² по табл. 56 СНиП ΙΙ-23-81^*

По металлу границы сплавления:

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=350 МПа=35кН/см²- расчетное сопротивление стали смятию (С235) при наличии строганной поверхности.

γ_с =1 – коэффициент условия работы колонны, согл. табл. 6^* СНиП ΙΙ-23-81^*.

N=1789,26 кН- расчетная продольная сила, расчетная нагрузка на колонну.

t_pl=20 мм – толщина опорной плиты.

Принимаю t_s = 22 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 = 420 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

- для

принимаю

Условие выполняется.

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

Принимаю

4.3 Конструирование и расчет базы центрально-сжатой колонны

4.3.1Определение расчетного сопротивления бетона фундамента на смятие

- отношение площади верхнего обреза фундамента к площади опорной плиты.

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

γ_b=0,9-коэффицент условий работы бетона

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 = 230 МПа=23 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 (здесь A_pl- фактическая площадь опорной плиты в плане).

γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от толщины плиты t_pl(при t_pl≤40 мм γ_с=1,2)

Изгибающий момент M_max зависит от условий опирания плиты на торец колонны и элементы базы (траверсы, ребра, диафрагмы). Для рассматриваемой конструкции базы M_max принимается равным большему из трех изгибающих моментов: М₁, М₂ или 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 b₁ к свободной a₁ и принимаемый по таблице, при отношении сторон a₁ / b₁>2 плита рассчитывается, как консоль с вылетом b₁ по формуле, как М₁

b₁-длина закрепленной стороны b₁=С₁=30 мм

а₁-длина свободной стороны а₁=b= 400 мм

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

α- коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны участка b=h_ef к более короткой а=b_f , при соотношении сторон b/a>2 момент определяется, как для однопролетной балочной плиты.

Принимаю t_pl =32 мм по ГОСТ 82-70^*

4.3.5. Определение высоты траверсы

Принимаю h_tr=320 мм

h_tr=320 мм ≥ (0,5…0,7)·h=0,6·450=270 мм

Условие выполняется

4.3.6. Проверка прочности траверсы на срез

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

Условие выполняется

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.