5 Расчет стальной одноступенчатой колонны каркаса промышленного здания

5.1. Дополнительные данные для расчета колонны

Колонна одноступенчатая со сплошной верхней и сквозной нижней частью. Сопряжение колонны с фундаментом – жесткое, с ригелем шарнирное.

Материал – сталь С235 , .

Геометрические размеры: , , , , – определены при компоновке рамы (см. рис. 15).

Расчетные усилия:

для верхней части (сеч. 3);

для нижней части (сеч. 2);

(сеч. 1);

и соотношение жесткостей – из расчета рамы.

Конструктивная схема показана на рис. 28.

а) - конструктивная схема колонны; б) - сечения колонны.

Рисунок 28 Стальная одноступенчатая колонна

5.2 Расчетные длины участков колонны

При и - по табл. 2.2 [6] , .

В плоскости рамы

;

;

из плоскости рамы

, .

5.3 Расчет надкрановой части колонны

Расчетные усилия: , высота сечения .

Требуемая площадь.

Принимаем для верхней части колонны сварной двутавр h_b =1000мм.

Определяем приближенно ,

, ,

, по таблице 3.3 [5] при и : отсюда .

Для сварных сечений рациональны тонкие стенки, и . Поэтому принимаем , и в расчетную площадь сечения включается

.

Отсюда

.

Принимаем конструктивно полки b_n= 300х14, .

Проверяем местную устойчивость полки:

.

Геометрические характеристики сечения:

- общая площадь: ,

- расчетная площадь: ,

,

,

,

,

.

Проверяем устойчивость в плоскости рамы.

, ,

, , по таблице 3.1 [5] определяем

.

, затем по таблице 3.2 [5] при и находим и проверяем устойчивость по формуле

.

Проверяем устойчивость в плоскости рамы. Предварительно проверим местную устойчивость стенки. Определим краевые напряжения в стенке:

- сжимающие: ,

- растягивающие: ,

- величину .

- поперечную силу Q в сечении: ,

- .

Местная устойчивость стенки обеспечена, т.к.

и

здесь .

Определяем ; ,

_;

.

Тогда при и

.

.

Гибкость стенки , поэтому ребра жесткости нужны. Располагаем их на расстоянии 2,5h_ст=2,5·100=2,5 м. Величина выступающей части ребер: . Толщина ребер: . Сварные швы, соединяющие стенку и полки, принимаем сплошными k_f = 5 мм.

5.4 Расчет подкрановой части колонны

5.4.1 Расчет ветвей подкрановой части

Принимаем и определяем

, .

Усилия в ветвях:

,

.

Требуемая площадь ветвей

,

.

Подкрановую ветвь принимаем из двутавра № 70Б1; его характеристики: , , , , ; наружную ветвь компонуем из трех листов как составной швеллер, толщину его стенки и полок назначаем по требованию жесткости.

Рисунок 29 - К расчету решетчатой колонны

Местная устойчивость стенки обеспечена, если

,

где . Отсюда ,

принимаем стенку из листа 730x20, , полки 120x10, , .

Местная устойчивость полок обеспечена т.к.

Геометрические характеристики наружной ветви:

,

;

;

;

;

,

;

.

Уточняем усилия в ветвях

,

.

Гибкости и коэффициенты продольного изгиба:

(по табл. 25 [3]); .

Проверяем устойчивость ветвей из плоскости рамы (относительно оси у).

Подкрановая ветвь

.

Наружная ветвь

.

Требуемая по условию равноустойчивости длина ветви:

- подкрановой: ,

- наружной: .

Принимаем , .

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей x₁ и x₂)

Для подкрановой ветви:

, .

Для наружной ветви:

, .

5.4.2 Расчет решетки

Определим поперечную силу

,

(из расчета рамы, загружения 1,3,4,5*).

Принимаем . Определяем , ,

α – угол наклона раскоса к ветви (рис. 29).

. .

Принимаем └ 90х7, А_уг = 12,3 см², i_min = 1,78 см².

, ,

.

5.4.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости рамы как единого сквозного стержня

Геометрические характеристики:

А = А_пв + А_нв = 164,7 + 170 = 334,7 см²,

,

, ,

.

Проверка устойчивости

При

, (по табл. 4.2 [6]),

.

При , ,

.

5.5 Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

а) - конструктивные решения узла; б) - расчетная схема траверсы; в) - сечение траверсы

Рисунок 31 - К расчету узла сопряжения верхней и нижней частей колонны:

Расчетные усилия в сечении над уступом (сечение над уступом):

1) ,

2) ,

D_max = 2693 кН.

5.5.1 Проверка прочности шва 1 (Ш 1)

, .

Комбинация усилий 1.

Слева ,

Справа .

Комбинация усилий 2.

Слева ,

Справа .

Назначаем высоту траверсы предварительно h_тр = 800 мм и толщину подкрановой площадки t_пл = 20 мм.

, здесь Принимаем t_ст = 25 мм.

5.5.2 Расчет швов 2 крепления ребра к траверсе

Усилия в швах

(1 комбинация);

(2 комбинация).

, где

Принята сварка полуавтоматическая проволокой СВ-08А, d = 1,4…2 мм. Расчет выполнен по металлу шва.

5.5.3 Расчет швов 3 крепления траверсы к подкрановой ветви

Наибольшую нагрузку на швы 3 (их 4) дает комбинация усилий от нагрузок 1,2,3,4,5* (сечение 3-3).

Нагрузка на швы ,

где 0,9 – коэффициент сочетаний.

Требуемая длина шва, если .

Из условия прочности стенки подкрановой ветви на срез в зоне швов (линия 1-1) определяем h_тр.

, где для двутавра 70Б1, .

Окончательно принимаем .

5.5.4 Проверка прочности траверсы как балки, загруженной N, M, D_max

Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно 300x10, верхний пояс из двух горизонтальных ребер 120х10 (см. рисунок 31).

Геометрические характеристики траверсы:

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при N_n.max.

При загружении +М_max = +850,46 кНм и N = +564,12 кН во внутренней полке

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом D_max возникает при загружениях 1,2,3,4,5 (расчет шва 3).

,

здесь коэффициент 1,2 учитывает неравномерную передачу усилия D_max на два сечения.

.