Расчёт и конструирование сплошной колонны

Требуется подобрать сечение сплошной центрально сжатой колонны длиной м, защемленной внизу шарнирно закрепленной вверху. Материал-сталь ВСт3пс6-1, толщина листов т=4-20мм, R=23,5 кн/см. Расчетное усилие в стержне колонны N=4560 кН.Коэффициент условий работы y=1.Принимаем двутавровое сечение стержня колонны, сваренным из трех листов.Расчетная длина стержня = 07(10.9-0.434-1.87-0.1)=5.95, задаемся гибкостью λ=50 и находим соответствующее значение ϕ=0,856, предварительно определив требуемые

площадь сечения

А_тр=N/ϕR= 4560/10,856*23,5= 231,6см²и радиус инерции i_tр=l₀/λ=595/50=11,9

Ширину сечения

=11,9/0,24=49,58

; 1*46,8*1,4=65,52, = 160+65,52=225,52

Λ=595/12=49,68 , ϕ=0,859

= N / ϕА= 4560/0,859*225,6=23,47 кН/см²<R=23,5 кН/см².

Подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости.Проверяем местную устойчивость стенки по формуле

Расчёт относительно свободной оси.

Определяем расстояние между ветвями колонны в двух плоскостях λ_пр=λ_х, затем требуемую гибкость относительно свободной оси у-у:

λ= 49,6

/t= 46.8/1.4=33.5, по табл. (1,65+0,15*

Проверяем местную устойчивость полки

Расчеты показали, что стенка и полка удовлетворяют требованиям устойчивости.

База колонны

Требуется запроектировать базу сплошной колонны, двутаврового сечения . Материал базы — сталь марки ВСтЗкп2, расчётное сопротивление R=220 МПа=22 кН/см² при t=4-20 мм; R=210МПа=21 кН/см² при t=21-40 мм. Бетон фундамента марки 150, Rnp=7 МПа=0,7 кН/см². Нагрузка на базу = расчётная нагрузка на колонну + собственный вес колонны. N= 4600 кН Требуемая площадь плиты базы:

А_пл.тр= N / R_npy= 4600/0,7*1,2=5476 см²

По ориентировочному значению коэффициента у=1,2 принимаем плиту размером 740х740 мм (рис. 8). Принимая площадь по обрезу фундаментаАф=900х900 мм, корректируем коэффициент γ:

γ= = = 1,21=1,2

Далее рассчитываем напряжение под плитой базы

_ф= 4600/74*74= 0,84 кН/см² R_nPγ= 0,7*1,21= 0,95 кН/см².

Конструируем базу колонны с траверсами толщиной 10 мм, привариваем их к полкам колонны и к плите угловыми швами. Вычисляем изгибающие моменты на разных участках для определения толщины плиты. Участок 1, опёртый на 4 канта.

Отношение сторон b / а= 468/243= 1,92* = 0,098 (табл. 8.6)

М_пл.1= q*a²= 0,098*0,84*24,3²=468,6 кН*см (q= оф);

Участок 2, консольный, отношение b/a>2:

М2=ql² / 2= 0,84*14²/2= 82,3 кН*см.

Участок 3 не проверяем так как он имеет меньший консольный свес.

Определяем толщину плиты по максимальному моменту

t_пл> = =4,8 см

Принимаем толщину плиты t_пл=50 мм.

Таким образом, с запасом прочности усилие в колонне полностью передаётся на траверсы, не учитывая прикрепления торца колонны к плите. Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св08Г2С. Толщину траверс принимаем t_тp= 12 мм, высотуb_тр=600 мм. Расчётные характеристики: =215 МПа=21,5 кН/см², по прил.4 | = 165 МПа= 16,5 кН/см², по табл. 5.3β_ш= 0,7, β_с= 1,0.β_ш = 0,7*21,5= 15,05 кН/см²<β_c = 1*16,5=16.42 кН/см²

= =1.

Прикрепления рассчитываем по металлу шва, принимая катет угловых швов к_ш= 14 мм:

_ш= N / к_ш*4 *1_ш= 4600/ 1,4**4(60-2)= 14,2кН/см²< 15,05 кН/см².

Проверяем допустимую длину шва

1_ш= (60 - 2)= 58 см < 85 β_шк_ш= 85*0,7*1,4= 83,3 см Требование к максимальной длине швов выполняется. Крепление траверсы к плите принимаем угловыми швами к_ш = 10 мм.

Проверяем прочность швов

_ш= N / к_ш∑1_ш= 4600/ 1*4*2*(72+44,8+2,9)= 13,43 кН/см²< 15,05 кН/см².

Швы удовлетворяют требованиям прочности. При вычислении суммарной длины швов с каждой стороны не учитывалось по 1 см на непровар. Приварку торца колонны к плите выполняем конструктивными швами кш = 6 мм, так эти швы в расчёте не учитывались.