4.3 Конструирование и расчет оголовка и базы центрально-сжатой колонны

4.3.1 Расчет оголовка сплошной колонны

Давление от вышележащих конструкций (балок) передается на стержень колонны через опорную плиту толщиной 20 мм и вертикальную траверсу.

Толщину траверсы определяем из расчета на смятие под опорной плитой:

b_р=0,5 =0,5 (26-0.8) =12.6 см, принимаем b_р=13 см

;

R_p - расчетное сопротивление смятию,

R_p= R_un/г_м=36,5/1,025=35,6 кН/см². г_м=1,025

Принимаем толщину траверсы в соответствии с сортаментом на: t_тр=16 мм.

Высоту траверсы находим из расчета сварных швов для крепления ее к стенке.

Катет шва (k_f) назначаем, руководствуясь рекомендациями п.12.8 /4/; =9 мм.

Сварка полуавтоматическая в углекислом газе проволокой СВ-08ГА, Расчетные сопротивления: R_wf = 20 кН/см (см. табл.56 /4/); R_wz= 0,45•R_un =0,45 • 36,5 = 16,4 кН/см².

Коэффициенты, учитывающие глубину проплавления: в_f= 0,8; в_z=1.

Так как в_f• R_wf < в_z•R_wz; 0,8•20 < 16,4•1; 16,0 < 16,4, то расчет выполняем по сечению, проходящему по металлу шва.

Расчетная длина шва:

По конструктивным требованиям к фланговым швам

l_w ? 85•k_f•в_f=85•0,9•0,8=61.2;

< 61.2 - условие выполняется.

Верхний конец колонны фрезеруем, поэтому швы для крепления опорной плиты к колонне принимаем конструктивно с минимальным катетом k_f=7 мм. Для увеличения жесткости траверса и укрепление от потери устойчивости стенок ветвей колонны в местах передали больших сосредоточенных нагрузок к нижнему концу траверсы приваривается горизонтальное ребро. Размер ребра, назначаем 18,0 х 0,8 см,

4.3.2 Расчет базы сквозной колонны

Расчет базы колонны выполняется на усилие:

N₁ = N+=1304.9+0.656,4=1720.9 кН

Материал опорной плиты - сталь марки 18кп, расчетное сопротивление при толщинах t = 3140 мм: R_y = 23 кН/см² по таблице 51 (4). Фундамент из бетона класса В15. Расчетное сопротивление бетона R_b =8,5 МПа по таблице 13 (3). Расчетное сопротивление бетона смятию под плитой:

R_{b, см} = R_b,

где - коэффициент, зависящий от отношения площади опорной плиты к площади обреза фундамента (в месте опирания на фундамент опорной плиты). Значения изменяются от 1.0 до 1.5 Принимаем = 1,25

R_{b, см} = 8,51,25 = 10,625 =1,06 кН/см².

Требуемая площадь плиты из условия смятия бетона под плитой:

А_пл=N₁/R_{b, см} = 1720.9 /1,06 =1623.5 см²

Принимаем траверсы толщиной t_тр =10 мм, консольные участки плиты с=60 мм, таким образом, ширина плиты определяется конструктивно:

В = b + 2 (t_тр+ с) = 26 + 2 (1+ 6) = 40 см

Требуемая длина плиты:

L = A_пл/B = 1623.5 /40 =40,59 см 42 см

Плита загружена снизу равномерным отпорным давлением фундамента, равным напряжению под плитой:

Определяем изгибающие моменты в условных балочках шириной в 1см на различных участках плиты.

Участок 1 (опирание по четырем сторонам).

Стороны участка: а = 13 см, b = 25.5 см, b/а =1,96 => = 0,100 M₁ = qa², где - определяется по таблице 3 (2), q - линейная распределенная нагрузка на условную балочку:

q = 1 = 11.02 = 1.02 кН/см

М₁ = 0,11,0213² = 17,238 кНсм

Участок 2 (консольный).

Изгибающий момент для консольной балочки пролетом 6 см

М₂ =ql²/2 = 1,02/2 = 24.99 кНсм

Участок 3 (опирание по трем сторонам):

Проверим отношение свободной стороны (b₁=26) к защемленной (а₁=8.25):

b₁/ а₁ = 26/8,25 =3,15 > 2,

следовательно, изгибающий момент определяем как в консольной балке пролетом 8,25 см:

M₃ = ql²/2 = 1,02/2 =34,71 кНсм

Максимальный изгибающий момент возникает на третьем участке и равен 34,71 кН•см.

Определяем толщину плиты из условия прочности изгибаемого элемента:

,

где - момент сопротивления изгибаемого элемента, в нашем случае условной балочки шириной 1 см и высотой сечения, равной толщине плиты.

Из условия прочности изгибаемого элемента получим формулу для определения толщины плиты:

Принимаем толщину плиты в соответствии с сортаментом на листовую сталь, t_пл = 30 мм по таблицам 5,6 (2).

Рассчитываем прикрепление траверс к колонне:

R_wf = 20 кН/см² по таблице 56 (4);

R_wu = 36 кН/см² по табл.51 (4) для стали С245 при толщинах 220 мм

R_wz = 0,45R_un = 0,4536 =16,2 кН/см²

Коэффициенты, учитывающие глубину проплавления:

в_f = 0,9, в_z = 1,05

R_wf в_f > R_wz в_z

200.9 > 16.21.05

18 > 17,01

Расчет сварного шва выполняем по сечению, проходящему по границе сплавления:

,

где k_f - катет шва, назначаемый по толщине траверсы - 10 мм.

Конструктивное требование к фланговым швам:

L_w 85k_f в_f = 851,00,9 =76.5 см, 24 < 76,5 - условие выполнено.

Высоту траверсы назначаем по длине сварного шва: h_т = 25 см.

Торец колонны принимаем фрезерованным, поэтому крепление траверсы к плите назначаем конструктивно с минимально возможным катетом k_f = 6 мм по таблице 38 [4].

Выполняем проверку прочности траверсы на консольных участках, рассматривая траверсу как балку, защемленную одним концом и загруженную равномерно распределенной нагрузкой. Интенсивность погонной нагрузки q_т =уB/2 = 1,0240/2 = 20,4 кН/см.

Изгибающий момент и перерезывающая сила в защемленной консоли:

M_т =q_тl²/2 = 20,48,25²/2 =694.237 кНсм

Q_т = q_тl = 20,48,25=168.3 кН

Проверки прочности траверсы по нормальным и касательным напряжениям:

Условия прочности выполняются с большим запасом.

5. Список используемой литературы

1. Беленя Е.И. Металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1985.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1986.

3. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. нормы проектирования. Дополнения. Разд.10. Прогибы и перемещения. - М.: 1988.

4. СНиП 2-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1988.

5. Мандриков А.О. Примеры расчёта металлических конструкций. - М.: Стройиздат, 1991.

Размещено на Allbest.ru