1. Проектирование колонны по оси б

Исходные данные:

Колонна – сплошная, из трубы по ГОСТ 8732-78, бесшовная горячедеформированная. Материал – сталь Ст20 с R_y=225 МПа при толщине стенки 4-36мм [10,табл.51а].

Определение расчетной длины колонны

в плоскости рамы l_ef,x:

Рисунок 39 – Расчетная схема в плоскости рамы

Геометрическая длина колонны составляет 9500 мм, расчетная длина колонны в плоскости рамы будет составлять

из плоскости рамы l_ef,y:

Рисунок 40 – Расчетная схема из плоскости рамы

Расчетная длина колонны из плоскости рамы составит:

Конструктивный расчет стержня колонны

Определим сечение колонны из условия допустимой гибкости:

(121)

[λ]=105, тогда

По [3] принимаем трубу 325х8.

Геометрические характеристики сечения:

А=79,63 см²; i_x=i_y=11,32 см; W=269,5 см³; I_y=10200,09 см⁴.

Проведем проверку по прочности, согласно п.5.24* [10]:

(122)

где N, M – абсолютные значения соответственно продольной силы и изгибающего момента при наиболее неблагоприятном их сочетании;

n, c – коэффициенты, принимаемые по прил.5[2].

n=1.5; c=1.26.

Наиболее неблагоприятным сочетанием является N = -428,05кН, М = 3,0кНм и N = -412,91кН, М = -14,56кНм.

Проверка:

условие выполняется.

Проведем проверку на устойчивость, согласно п.5.27* [2]:

(123)

где φ_е – коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл.74 [2], в зависимости от условной гибкости и приведенного относительного эксцентриситета , определяемого по формуле:

(124)

где η – коэффициент влияния формы сечения, определяемый по табл.73 [2];

- относительный эксцентриситет (здесь е – эксцентриситет;

W_c – момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна);

(125)

(126)

Определим условную гибкость стержня колонны:

По формуле (126) определим значение коэффициента влияния формы сечения:

По формуле (124) найдем значение приведенного эксцентриситета:

Тогда , условие выполняется следовательно устойчивость колонны обеспечена.

Конструктивный расчет базы колонны:

Расчетные усилия: М=-14,56кНм, N=412,91кН. Фундамент из бетона класса В10 с R_b=6 МПа и

Из условия прочности определим диаметр опорной плиты:

(127)

где , тогда

(128)

принимаем диаметр плиты D_f=325+2х95=515мм.

Рисунок 41 – База колонны

Определим краевые напряжения в бетоне фундамента:

(129)

Рисунок 42 – Эпюра напряжений

Положение нулевой точки в эпюре напряжений

(130)

Напряжения на участке сжатия эпюры напряжения

Определим толщину опорной плиты.

Участок 1: Изгибающий момент

(131)

где - площадь кольца условного консольного участка плиты;

С₁=0,065м – расстояние от центра тяжести кольца до условной опорной кромки плиты;

Толщина опорной плиты (сталь Ст345 при t>40 R_y=440МПа)

(132)

Участок 2: коэффициент α₁ определен по табл.6.8 [3].

Толщина плиты определяется по формуле (132):

Принимаем толщину опорной плиты t_pl=32мм.

Проверим прочность опорной плиты в сечении 1-1:

(133)

(134)

(135)

(136)

(137)

(138)

(139)

Расчет анкерных болтов:

Анкерная комбинация усилий: N_min=412,91кН; M_s=14,56кНм. Краевые напряжения в бетоне фундамента при этой комбинации усилий определим по формуле (129):

По формуле (130) определим положение нулевой точки на эпюре напряжений:

Растягивающее усилие в анкерных болтах

(140)

На один анкерный болт приходится усилие 46,4кН. По таблице 6.11 [3], назначаем анкерные болты типа 1 диаметром 30 мм с глубиной заделки 1050мм.

Проверка приведенных напряжений в плите в зоне действия анкерных болтов по сечению 2-2:

(141)

(142)

(143)

(143)

(144)

Прочность сечения 2-2 обеспечена.

Проектирование узла крепления консоли к колонне.

Рисунок 43 – Узел крепления консоли к колонне

Конструктивный расчет консоли:

Номер прокатного профиля определяем из условия прочности по требуемому моменту сопротивления:

(145)

Принимаем двутавр 16Б2 со следующими геометрическими характеристиками:

A=20,09см²; h=160мм; b=82мм; t_w=5мм; t_f=7,4мм; W_x=108,7см³; I_y=68,3см⁴.

Крепление консоли к колонне осуществляем при помощи накладки и болтов нормальной точности (класс точности С) М12; класс прочности 4.6 [табл.57, 2]; R_bs=150 МПа [табл.58, 2]; R_bp=450 МПа при R_un=370МПа для элементов из стали С245 [табл.59*, 2].

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом, при работе его на срез:

(146)

здесь γ_b=0,9 – коэффициент условий работы болтового соединения [табл.37*, 2]; А_b=1,13см² – расчетная площадь сечения стержня болта [табл.62*, 2]; n_s=1 – число расчетных срезов одного болта.

Расчетное усилие при одноболтовом соединении при работе соединения на смятие:

(147)

где d=1,2см – наружный диаметр стержня болта; - наименьшая суммарная толщина листов, сминаемых в одном направлении.

Количество болтов в соединении

(148)

здесь коэффициент 1,2 учитывает неравномерность вовлечения болтов в работу; N_b,min – наименьшее из значений расчетного усилия для одного болта.

Принимаем 2 болта и размещаем их в соответствии с [табл.39, 2].

Проверка прочности планки (-100х6мм; l=100мм) в сечении n-n:

(149)

(150)

Проверим вертикальные швы k_f=6мм крепления консоли на срез:

(151)

(152)

Проверка швов крепления планки к стенке балки консоли ( сварка – полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварочная проволока Св-08Г2С); принимаем катет шва k_f=5мм.

При расчете по металлу шва:

(153)

При расчете по границе сплавления:

(154)

Прочность швов обеспечена.