4. Расчет одноступенчатой внецентренно-сжатой колонны
4.1. Общие требования при проектировании конструкций
При проектировании конструкций промышленного здания следует строго соблюдать требования свода правил, обеспечивающих необходимую надежность, капитальность, долговечность и заданные условия эксплуатации здания в целом, а также отдельных элементов и соединений конструкций.
Элементы конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям норм с учетом сортамента на прокат. В составных сечениях, устанавливаемых расчетом, недонапряжение не должно превышать 5%.
При компоновке сечений следует широко использовать экономичные профильные элементы. В составных сечениях из отдельных листов их размеры должны быть увязаны со стандартами и ГОСТами.
4.2. Исходные данные для расчета колонны
В расчетной схеме одноступенчатой колонны, жестко защемленной в фундаменте, принято сопряжение ригеля (в виде стропильной фермы) с колонной жесткое.
Конструктивная схема колонны изображена на рис. 4.1.
Сечение надкрановой (верхней) части колонны принято в виде сварного двутавра из трех листов высотой hв = 700 мм. Сечение подкрановой (нижней) части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей в виде двутавров, соединенных между собой решеткой в двух плоскостях по граням ветвей.
Геометрические длины колонны: l2 = Hв = 6,3 м; l1 = Hн = 14,1 м.
Соотношение жесткостей подкрановой EI1 и надкрановой EI2 частей колонны EI1/EI2 = 5.
Рис. 4.1. Конструктивная схема колонны
Значения расчетных усилий:
для надкрановой части колонны в сечении 5-5 сжимающая сила
N2 = –760 кН; M2 = –1047 кН·м; Q = 134 кН;
для подкрановой части колонны две комбинации усилий: в сечении 2-2 сжимающая сила N1 = –3377 кН; M1 = –1180 кН·м (изгибающий момент, догружающий подкрановую ветвь); в сечении 1-1 сжимающая сила N2 = –3377 кН; M2 = +1289 кН·м (изгибающий момент, догружающий наружную ветвь); Qmax = 206 кН.
Расчетные длины отдельных участков одноступенчатой колонны в плоскости рамы (относительно оси х-х):
подкрановой части колонны, защемленной в основании, при закреплении верхнего конца колонны от поворота, но при возможности его свободного смещения
lx1 = 1l1 = 1,791410 = 2524 см,
где 1 = 1,79 – коэффициент расчетной длины, принимаемый по табл. 4.1 линейной интерполяцией в зависимости от коэффициентов:
и
здесь β = (F1 + F2)/F2 = N1/N2 = (3377 + 760) / 760 = 5,44;
надкрановой части колонны
lx2 = 2l2 = 3 630 = 1890 см,
где 2 = 1/α1 = 1,79 / 0,43 = 4,16, но не более 3.
Таблица 4.1
Коэффициент расчетной длины 1 для одноступенчатой колонны с верхним концом, свободным от закреплений
Расчетная схема |
n |
Коэффициент 1 при значении α1 |
|||||||||
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
||
|
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 5,0 10,0 20,0 |
2,0 1,92 1,86 1,80 1,76 1,70 1,67 1,64 1,60 1,57 1,55 1,50 1,46 1,43 1,40 1,37 1,32 1,18 1,10 1,05 |
2,0 1,93 1,87 1,82 1,76 1,71 1,68 1,64 1,62 1,59 1,56 1,52 1.48 1/45 1,41 1,39 1,33 1,20 1,11 – |
2,0 1,94 1,88 1,83 1,77 1,75 1,72 1,69 1,66 1,62 1,61 1,57 1,53 1,50 1,48 1,45 1,40 – – – |
2,0 1,95 1,91 1,86 1,83 1,79 1,77 1,76 1,72 1,71 1,69 1,66 1,63 1,61 1,59 – – – – – |
2,0 1,97 1,94 1,92 1,90 1,88 1,87 1,86 1,85 1,83 1,82 1,80 1,79 – – – – – – – |
2,0 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 – – – – – – – – – |
2,0 2,12 2,25 2,33 2,38 2,43 2,48 2,52 – – – – – – – – – – – – |
2,0 2,45 2,66 2,81 2,91 3,00 – – – – – – – – – – – – – – |
2,5 2,94 3,17 3,34 3,50 – – – – – – – – – – – – – – – |
3,0 3,43 3,70 3,93 4,12 – – – – – – – – – – – – – – – |
Расчетные длины отдельных участков одноступенчатой колонны в плоскости, перпендикулярной действию момента (относительно оси у-у), принимаются равными наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания. Защемление колонны в фундаменте из плоскости рамы обычно не учитывается. Такими точками являются низ базы колонны, нижний пояс и тормозная конструкция подкрановой балки, промежуточные распорки между колоннами, распорки по колоннам в уровне поясов стропильных ферм.
Расчетная длина подкрановой части колонны
lу1 = l1 = 1410 см.
Расчетная длина надкрановой части колонны
lу2 = l2 – hб = 630 – 170 = 460 см.
Коэффициент надежности по ответственности для производственных зданий n = 0,95 (принимается по согласованию с заказчиком равным: для I уровня ответственности более 0,95, но не более 1,2; II уровня – 0,95; III уровня – менее 0,95, но не менее 0,8).
Коэффициент условий работы колонн одноэтажных производственных зданий с мостовыми кранами c = 1,05, принимаемый согласно табл. 4.2.
Таблица 4.2