4. Расчет и конструирование колонны

4.1. Расчетные параметры длины колонны

Для ступенчатых колонн расчетные длины в плоскости рамы определяются раздельно для нижней и верхней частей колонны:

(4.1)

(4.1а)

где _в, _н – коэффициенты приведения длин соответственно для верхней и нижней частей колонны (рис. 10).

Если отношение продольных усилий в нижней и верхней частях колонны N_н/N_в 3 и отношение длин, H_в/H_н≤0,6, то эти коэффициенты определяются по техн. докум. [2. табл.18], для случая "конец закреплен только от поворота" _в=3; _н=2.

Рис. 10. Сечения колонн

При этом за N_н принимается наибольшее усилие в нижней части колонны (сечение 1 – 1) из всех комбинаций нагрузок, а за величину N_в также принимается наибольшее усилие из всех комбинаций нагрузок, но для верхней части колонны (сечение 2 – 2), [2, п, 6.11].

Для данного курсового проекта величины N_н, N_в задаются заданием к курсовой работе:

Если отношение усилий и длин выходит за указанные пределы, то расчетные длины определяются в соответствии с техн. докум. [2. прил.6]. В этом случае _н определяется по техн. докум. [2. табл.68] в зависимости от отношения и величины , где J_в, J_н и H_в, H_н – моменты инерции сечений и длины соответственно верхнего и нижнего участков колонны; Коэффициент расчетной длины _в определяется по формуле

. (4.2)

Расчетные длины колонны из плоскости рамы принимаются равными расстоянию между закреплениями колонны из плоскости рамы от смещения вдоль здания. Этими закреплениями являются фундаменты, подкрановые и тормозные конструкции, шатер покрытия (рис. 11). В отдельных случаях могут устанавливаться горизонтальные распорки между колоннами посредине или в третях высоты H_н.

Расчетные длины колонны для верхней и нижней ее частей принимаются равными:

(4.3)

(4.3а)

Рис. 11. Расчетные длины колонн

4.2. Подбор сечения верхней части колонны

Сечение верхней части колонны принимается в виде сварного симметричного в двух плоскостях двутавра. Схема сечения представлена на рис. 12.

Рис. 12. Схема сечения верхней части двутавра.

4.2.1. Последовательность подбора сечения

1. Для комбинации с наибольшим (по абсолютной величине) моментом (в пределах верхней части колонны) в сечении 2 – 2 выписываются расчетные усилия N, M=1,2N. Определяется эксцентриситет

2. Для заданной стали из табл. П.1.20. прил.1 выписывается значение расчетного сопротивления R_y. Так как предварительно толщина листа полки неизвестна, R_y принимается для толщины листа 10 - 20 мм, а при проверке сечения R_y необходимо скорректировать по фактическим толщинам.

3. Для предварительного определения площади внецентренно-сжатого сечения используется приближенная формула Ясинского, при подстановке в которую имеет следующий вид:

(4.4)

где – здесь и далее коэффициент условий работы, определяемый по работе [12. табл.6].

4. Компоновка сечения начинается с назначения толщины стенки t_w. Из условия коррозии в соответствии с техн. докум. [10. прил.13] принимается t_w6мм. Высоту стенки h_w принимаем близкой к h_в и увязываем с сортаментом универсальной прокатной листовой стали (табл.П.1.9 прил.1).

5. Определяется требуемая площадь полки:

(4.5)

Ширина полки b_f принимается в соответствии с условием

(4.6)

и также согласуется, с сортаментом листовой стали, тогда требуемая толщина полки равна

(4.7)

Величина t_f увязывается с сортаментом и принимается t_f 10мм. Принятое сечение со всеми размерами вычерчивается в пояснительной записке.

6. Для принятого сечения определяются геометрические характеристики: A, J_x, J_y, W_x, i_x, i_y, а также гибкости:

; ; (4.8)

; . (4.9)

7. Находится относительный и приведённый эксцентриситеты:

(4.10)

(4.11)

где  – коэффициент влияния формы сечения [2, табл. 73], учитывающий степень ослабления сечения пластическими деформациями.