Расчет и конструирование базы колонны.

Конструктивное решение базы зависит от типа колонн и способа её сопряжения с фундаментом (жесткое или шарнирное). В производственных зданиях колонна имеет в плоскости рамы жесткое сопряжение с фундаментом. Существует два типа баз – общая и раздельная. При ширине колонн - применяется общая база при -раздельные базы. Торцы стержней колонн после приварки траверс фрезеруются и опираются на заранее поставленные и выверенные опорные плиты со строганой верхней поверхностью. Такой способ установки получил название безвыверочного монтажа. Под плитой в бетоне фундамента возникают нормальные напряжения , для внецентренно сжатой колонны.

и - длинна и ширина фундаментной плиты.

При большом значении изгибающего момента под плитой возникают растягивающие напряжения, для их восприятия устанавливаются анкерные болты, которые являются расчетными.

Ширина плиты принимается на 100-200мм шире сечения колонны. Рабочую площадь опорной плиты определяют из условия, что наибольшее суммарное напряжение в бетоне фундамента, по краю плиты не должно превышать расчетного сопротивления бетона. , то есть, σ_max= N/A_пл+ M/W_пл ≤ R_{b lok} ;

Где:

А_пл –площадь плиты А_пл=В_пл L_пл ;

Для обеспечения жесткости плит и уменьшения её толщины в базе устанавливают траверсы и ребра.

Расчет и конструирование базы колонны

Ширина нижней части колонны не превышает 1м, поэтому проектируем базу общего типа рис…

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4)

_{Требуемая площадь плиты}

- зависит от марки бетона

По конструктивным соображениям свес плиты должен быть не менее 4 см. Тогда принимаем

_{Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно .}

_{Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты}

_{Участок 1 (консольный свес с)}

_{Участок 2 (консольный свес с)}

_{Участок 3 и 4 (плита опертая на четыре стороны)}

_{Принимается}

_{Требуемая толщина плиты}

_{зависит от марки стали}

_{Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилия в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволоки. Требуемая длинна определяется по формуле}

Ферма

Постоянная нагрузка. Нагрузка от покрытия.

Снеговая нагрузка. Расчетная нагрузка:

Подбор и проверка сечений стержней фермы

Подбор сечений стержней стропильной фермы и их проверку целесообразно производить в табличной форме

При подборе сечений стержней фермы особое внимание сле­дует обратить на определение их расчетных длин и компоновку сечений.

Различают расчетную длину стержня в плоскости (lх).и из плоскости (ly) фермы. Расчетная длина поясов фермы в плоскости принимается равной расстоянию между узлами (т.е. длине пане­ли), а из плоскости - расстоянию между точками закрепления узлов. Верхний пояс закрепляется из плоскости панелями или плитами покрытия, приваренными к нему. Так как опирание кровли происходит в узлах, то расстояние между узлами равно расчетной длине из плоскости. Таким образом, для верхнего поя­са L_x = L_y = d (d - длина панели фермы). Нижний пояс закрепляется от смещения из плоскости распорками (см. рис. 1.3). Распорки всегда располагаются по краям ферм и по колоннам. В некоторых случаях возможна постановка дополнительных распорок для уменьшения расчетной длины нижнего пояса из плоскости ферм. Таким образом, для нижнего пояса ly равно расстоянию между распорками.

Элементы фермы	Обозначение стержня	Сечение	Площадь А	Расчетное усилие N кН	Рассчетные длины		Радиусы инерции, см		Гибкости			Коэффициент условий работы	коэффициент для сжатых стержней	Напряжение
					Lx	Ly	ix	iy	λx	λy	[λ]			-	+
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Пояса верхний нижний
Раскосы
Стойки

Расчетная длина всех стержней решетки (раскосов и стоек) из плоскости фермы равна геометрической длине стержня ly, т.е. расстоянию между центрами тяжести узлов l. Их расчетная длина в плоскости фермы зависит от того, сколько растянутых стерж­ней примыкает к сжатому стержню. Если с одной стороны сжато­го стержня решетки примыкают два растянутых стержня пояса, создающих частичное защемление, то для получения расчетной длины (lx) геометрическую длину (l) следует умножить на коэф­фициент приведения длины µ= 0,8. Таким образом, для таких стержней lх = 0,8 l, ly = 1.

В остальных случаях lх = ly = 1 (например, опорный раскос фермы).

Соотношение расчетных длин ly и lх в основном определяет конструктивную форму сечения стержня.

С целью обеспечения равноустойчивости сжатых стержней при lх = 0,8l целесообразно применение равнобоких уголков, а при lх = ly следует скомпоновать стержень из двух неравнобоких уголков, соединенных большими полками. Исключение может составить верхний пояс фермы, у которого lх = ly, его целесооб­разно составить из двух равнобоких уголков либо широкополоч­ного тавра, что обеспечит ему большую устойчивость из плоско­сти при перевозке и монтаже. Нижний пояс фермы рекомендует­ся скомпоновать из неравнобоких уголков, соединенных мень­шими полками, либо из широкополочного тавра. Растянутые рас­косы решетки обычно составляют из двух равнобоких уголков

Подбор сечения стержней фермы начинают с элементов, имеющих большее усилие. Требуемую площадь двух уголков сжатого стержня определяют по формуле

где N - расчетное усилие в стержне;

- коэффициент продольного изгиба, которым ориентировоч­но задаются при подборе сечения поясов ( = 0,65 ... 0,85) и сече­ний стержней решетки ( = 0,4 ... 0,7);

- расчетное сопротивление стали;

- коэффициент условий работы.

Затем по сортаменту подбирают близкие по требуемой площа­ди уголки либо широкополочные тавры, из которых в соответст­вии с приведенными выше рекомендациями компонуется сечение стержня. Следует стремиться принимать уголки с возможно бо­лее тонкими полками. Для этого выписывают необходимые гео­метрические характеристики сечения А, и и определяют гиб­кости стержня в плоскости и из плоскости фермы, :

;

Гибкость сжатых стержней ограничена; она не должна пре­вышать значений гибкости, приведенных в табл. 5.3.

Удовлетворив условия предельной гибкости, проверяют на­пряжения в стержне:

где - коэффициент продольного изгиба, принимаемый по большей гибкости ;

А - площадь сечения двух принятых уголков или тавров.

№ п/п	Элементы конструкций	λ
1	Пояса и опорные раскосы фермы	180-60α*
2	Прочие элементы фермы	210-60α*
3	Верхние пояса стропильных ферм, остающиеся незакрепленными в процессе монтажа	220
4	Стержни, служащие для уменьшения расчетной длины сжатых стержней	200

Проверку подобранных сечений сжатых элементов решетки, имеющих гибкость более 60, необходимо производить с учетом коэффициента условий работы = 0,8. Во всех остальных случа­ях = 0,95,

Если напряжение окажется больше расчетного сопротивления, следует выбрать уголки с большей площадью и в том же порядке Снова произвести проверку принятого сечения.

Следует также попытаться применить уголки меньшего ка­либра, если про верка показывает, что недонапряжение составляет от 5 до 15 %.

Требуемая площадь сечения растянутых стержней определяет­ся по формуле

По сортаменту определяют ближайшие большие по площади уголки, компонуют сечение и выписывают геометрические характеристики сечения , и - Определяют гибкости стержня Гибкость растянутых стержней также нормирована: где

Если гибкость подобранного элемента нс провосходит пре­дельной, то проверяют прочность стержня по формуле

где = 0,95.

В фермах пролетом 24 м сечение пояса, подобранного по наи­большему усилию, принимают для всех панелей пояса; в фермах больших пролетов - в случае, если усилия в панелях отличаются более чем на 30 %, может быть принято решение об изменении сечения пояса. Сечение пояса может изменяться в пределах от­правочного элемента фермы. Такой стык поясов производится на заводах по изготовлению металлоконструкций.

Гибкость стержней нижнего пояса принимается . Сечения средних раскосов ферм, в которых по расчету на полную симметричную нагрузку получено небольшое растяжение, следует подбирать по предельной гибкости на сжатие. Это объяс­няется тем, что при односторонней снеговой нагрузке в них мо­жет появиться сжатие.

Подбор сечений этих стержней ведут следующим образом: зная расчетные длины lх и ly и предельную гибкость , оп­ределяют требуемые минимальные радиусы инерции и

;

Затем по сортаменту подбирают уголки и компонуют сечение, отвечающее данному условию:

Для любых стержней ферм не следует применять уголки, раз­мер которых менее 50х5 мм. При определении радиусов инерции сечения из двух уголков относительно вертикальной оси необхо­димо знать расстояние в свету между уголками, которое равно толщине фасонок фермы. Эта толшина зависит от величины уси­лия, возникающего в опорном раскосе, и может быть принята по таблице

Рассчетное усилие в опорном раскосе кН	до 250	251…400	401…600	601…1000	1001…1400	1401…1800	1801…2300
Толщина фасонок t мм	8	10	12	14	16	18	20

Определив необходимые сечения всех стержней фермы, нуж­но проследить, чтобы уголков различных типоразмеров было не более 5-6 в фермах пролетом 24 м и 7-8 - в фермах больших про­летов. Если ИХ окажется больше, близкие по площади сечения следует принять по большему уголку, уменьшив тем самым чис­ло типоразмеров.

При конструировании стержней следует обратить внимание на размещение соединительных прокладок, обеспечивающих совме­стную работу двух уголков, составляющих стержень (рис. 5.1).

Соединительные прокладки f3 сжатых стержнях ставятся на расстояниях не более 40 и не менее двух прокладок на стержне, а в растянутых не более 80 ( - радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной плоскости прокладки).

Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий

1) провести осевые линии элементов так, чтобы они сходились в центре узла;

2) к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Z_o от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Рассто­яние между краями элементов решетки и пояса в узлах (а) следу­ет принимать равным 6t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t _ толщина фасонки, мм);

3) рассчитать при крепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами. Усилие N, действующее в прикрепленном стержне, распределяется между швами по перу и обушку уголка

;

где , приближенно принимается:

0,3 - для равнобоких уголков;

. 0,25 - для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой;

0,35 - для неравнобоких уголков, прикрепляемых широкой полкой.

Требуемая длина сварных угловых швов при определяется

по перу:

по обушку:

При этом и . Швы следует выводить на торец уголков на длину 20 мм.

В этих формулах задаются величиной ; причем , где t - наименьшая толщина соединяемых элементов.

Размеры фасонки зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки. Длина фасонки определяет длину швов креп­ления поясных уголков к фасонке. Эти сварные швы проверяются на действие разности усилий в смежных панелях:

В расчет включают если эта длина меньше длины фасонки. Достаточно проверить лишь швы крепления обушков пояса , где , и - усилия в смежных

панелях, причем при одинаковых знаках усилий > .

Ниже даются рекомендации по расчету и конструированию некоторых узлов стропильной фермы.

Узлы конструируют в соответствии с рекомендациями, приве­денными выше: проводят осевые линии, к ним привязывают по­ясные уголки и уголки решетки, определяют длины швов крепле­ния раскосов. Полученные длины швов откладывают на стержнях в том же масштабе, в котором вычерчен узел, а затем вычерчива­ют фасонку (1). Размеры опорного ребра (2) рекоменду­ется принять: В_р = 200 мм; t_p = t_ф. Сечение опорного ребра необ­ходимо проверить на смятие по формуле

где = B_р . t_p. Если это неравенство не выполняется, то необхо­димо увеличить размеры ребра.

Опорная реакция N передается через сварные швы крепления фасонки к ребру. Требуемый катет этих швов рассчитывается по формуле

где

1,2 - коэффициент, учитывающий возможную неравномер­ность передачи усилия.

Заводские сварные соединения выполняются сплошными сварными швами. Размеры фасонки зависят от длины сварных швов крепления решетки.

Узел 2, представляющий собой заводской стык при изменении сечения пояса устраивается при решении изменить се­чение пояса в пределах отправочного элемента. Стык пояса сме­щается в сторону панели с наименьшим усилием ( > .), при этом величина смещения (300…400 мм) такова, что усилия в рас­косах на работу стыка не влияют.

Горизонтальные полки уголков пояса перекрываются двумя накладками, вертикальные полки соединяются фасонкой.

Размеры накладок подбираются из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками:

где - площадь накладки;

и - ширина и толщина накладки;

и - ширина и толщина уголка .

Размеры фасонки определяются длинами швов крепления рас­косов к фасонке, рассчитывается по предельному усилию, вос­принимаемому накладкой: тогда

Прочность стыка в предположении его центрального загруже­ния силой , проверяется по формуле

,

где площадь накладки площадь фасонки ;

1,2 - коэффициент, учитывающий эксцентричное положение усилия N в стыке.

Швы крепления к фасонке проверяются на действие узловой нагрузки:

где - суммарная длина швов крепления пояса к фасонке.

Узлы с листовыми накладками применяются наиболее часто, в частности в типовых фермах с параллельными поясами.

Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накла­док, соединяющих горизонтальные полки уголков, и двух верти­кальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.

При конструировании и расчете этого узла сначала рассчитыва­ют швы крепления раскосов и стоек к фасонке, по длине которых определяется размер фасонки по высоте. Причем длина фасонок должна быть не менее длины стыковых горизонтальных накладок.

Размеры накладок подбираются из условия равнопрочности стыка основным стержням с перекрываемыми элементами.

Горизонтальная накладка: .

Усилие на горизонтальную накладку:

При

2

Вертикальная накладка: ширина 200 мм, высота

. определяется прочностью сварных швов, передающих усилие в стыке, по формуле

где - угол наклона раскоса к поясу.

где 1,2 - коэффициент, учитывающий возможность передачи усилия с эксцентриситетом.

Остальные швы принимаются минимальных размеров, но не более двух-трех типоразмеров швов в одном узле.

Этот узел конструируется и рассчитывается так же, как узел 4. Горизонтальные накладки следует изогнугь, чтобы получить уклон пояса 1,5 % и обеспечить строительный подъем фермы.

Приложение3

Приложение4