4.4. Расчёт и конструирование оголовка колонны

Расчётными параметрами оголовка являются:

габариты консольных опорных рёбер: ширина bs, высота hs и толщина ts;

катеты швов прикрепления рёбер к стенке балки kf1 и опорной плиты kf2;

толщина стенки стержня колонны в пределах высоты рёбер.

Толщину опорной плиты назначают из конструктивных соображений не менее 20 мм.

Высота рёбер hs назначается из условия прочности сварных швов, крепящих рёбра к стенке колонны и не менее 0.6*h, где h – высота сечения колонны:

hs = (lw/4) + 10 мм;

lw = N/(f* kf* Rwf* wf * c) = 1657.3/(0.9*1.0*18*1.0*1.0)=102.3 см;

hs = 102.3/4 +1 см = 26.57  30.0 см;

hs 0.6*38 = 22.8 см;

30.0 см 22.8 см;

hs  85*f* kf = 76.5

30.0 76.5;

Толщина ребра назначается из условия среза:

ts 1.5*Q/ (hs*Rs* c) = 3.0 см; где Q = N/2.

ts  N/Rp*bсм; где bсм – расчётная длина смятия площадки.

bсм =16 +2*t = 16+2*2 =20 см; где bs – ширина опорного ребра балки; t – толщина опорной плиты колонны.

N/(Rp*bсм)= 1657.3/(36*20) = 2.3;

 2.3;

bs = 16.0см;

Из условия местной устойчивости:

bs/ ts 0.5*E/Ry = 14.43;

16.0/3.0 = 5.33 14.43;

Проверка стенки колонны на прочность по срезу в сечениях примыкания консольных рёбер:

 = 1.5*N/2*tw*hs  Rs* c;

 =51.813.92.

4.5. Конструирование и расчёт базы колонны

Конструкция базы должна обеспечивать равномерную передачу нагрузки от колонны на фундамент и принятое в расчётной схеме соединение колонн с фундаментами (шарнирное), а также простоту монтажа колонн.

Расчётными параметрами базы являются размеры опорной плиты в плане Lпл, Bпл, её толщи-на tпл, высота траверсы hт, катеты швов kf. Размеры опорной плиты определяют из условия прочнос-ти бетона фундамента в предположении равномерного распределения давления под плитой.

Требуемая площадь плиты:

Aпл = N/Rф, где Rф – расчётное сопротивление бетона фундамента.

Rф = Rпр.б*Aф/Aпл = 0.75*1.2  0.8 кН/см2; где Rпр.б – призменная прочность бетона (для класса B12.5).

Aпл = 1657.3/0.8 = 2071.6 см2;

Bпл = bf + 2*ts + 2*c = 36.0 + 2*1.0 + 2*6.0 = 50 см, где bf – ширина полки колонны; ts – толщина траверсы; c – ширина свеса.

Lпл = Aпл/ Bпл = 2071.6/50 =41.43 см  42 см.

Lпл /Bпл = 0.84; Принимаем Lпл = Bпл = 50 см;

q = N/ (Lпл* Bпл) = 0.8;

M = q**d*d, где a - характерный размер элементарной пластинки;  - коэффициент, завися-щий от условий опирания в соотношении сторон.

Для консольной пластинки(тип 1) по аналогии с консольной балкой d=c =0.5;

M1 = 0.8*0.5*6*6 = 14.4

Для пластинки, опертой на четыре канта (тип 4), максимальный момент действует вдоль короткой стороны d=a, коэффициент  определяется в зависимости от отношения длинной стороны к короткой b/a; при b/a>2 пластинка рассматривается как балка с пролетом а, тогда =0.125

M2 = 0.8*0.125*18*18 = 32.4

Для пластинки опертой на три канта (тип 3), максимальный момент действует в середине свободной стороны b1: тогда d =b1, где b1- длина свободной стороны, коэффициент  зависит от отношения а1/b1 и определяется по таблице; при отношении a1/b1<0.5 плита расчитывается как консоль с вылетом а1;

M3= 0.8*0.5*6*6 = 14.4

Пластинка опертая на два канта (тип 2), рассчитывается как пластинка опертая на три канта; при этом b1- длина диагонали прямоугольника, а а1-длина перпендикуляра опущенного из угла пересечения опертых сторон на диагональ.

M4 = 0.8*0.5*5.7*5.7 = 13

Толщину плиты определяют по большему из моментов нв отдельных участках:

T_пл 6*М_мах/R_y* _c = 6*32.4/24*1 = 2.85 см  32 мм

Толщина плиты принимается по сортаменту от 20 до 40 мм. При расчете стремятся чтобы моменты на разных элементарных пластинках были близки друг к другу. Этого достигают изменяя их размеры и условия опирания постановкой дополнительных диафрагм и ребер.

Высоту траверсы h_m определяют из условия приклепления ее к стержню колоны сварными угловыми швами, пологая при этом, что действущее в колонне усилие N равномерно распределяется между всеми швами; требуемая длина швов:

l_{ треб}=N/_f*k_f R_f _f*_c ; k_f =10мм h_т  (l_{ треб} /4)+10 мм;

l_{ треб}= 1657.3/(1.1*1*18*1*1) = 83.7 см;

h_т = 83.7/4 + 10 мм = 22 см.

Траверсу проверяют на изгиб и на срез рассматривая ее как однопролетную двухконсольную балку с опорами в местах расположения сварных швов и загруженную линейной нагрузкой q1= q*Bт = 0.8*25 = 20

где Вт- ширина грузовой площади траверса. При этом в расчетное сечение влючают только вертикальный лист траверсы толщиной ts и высотой hт:

 = 6*М_мах /(t_s * h²т) Ry*c;

 = 6*32.4/(1.0*22) = 8.83;

8.83<24;

=5*Qmax/(t_s * hт) Rs*c;

=5*380/(3.0*22) = 28.9>13.9

где Ммах и Qмах- максимальное значение изгибающего момента и поперечной силы в траверсе.

Высоту консольных ребер так же определяют из условия прикрепления их сварными швами к стержню колонны или к траверсе, но с учетом напряжений в швах от изгиба и перерезывающей силы. Нагрузку на консольное ребро собирают с прилегающих участков плиты.