4 Проектирование центрально-сжатой колонны

4.1 Проектирование стержня центрально-сжатой колонны

Рис.4.1.1. Поперечный разрез стержня колонны

Сопряжение балок с колонной свободное (шарнирное). Сопряжение колонны с фундаментом шарнирное.

Расчётное усилие в колонне равно:

где V = Q – опорная реакция главных балок;

α – коэффициент, учитывающий собственный вес колонны.

Расчётная длина колонны:

где μ = 1 – коэффициент, учитывающий шарнирное сопряжение главных балок с колонной и её шарнирное закрепление в фундаменте;

l – геометрическая длина колонны от фундамента до низа главной балки (определяется с учётом отметки верха настила Н = 9,6 м и заглубления подошвы колонны ниже нулевой отметки на 0,8м),

Требуемая площадь поперечного сечения колонны:

где R_y – расчётное сопротивление для стали С235 (для широкополосной универсальной стали 230МПа)

φ = 0,698 – коэффициент продольного изгиба при λ₀ = 80.

Задаёмся предварительными размерами колонны в плане:

По сортаменту широкополосной универсальной стали принимаем b = 400 мм, h ≈ b = 400 мм.

Определяем толщину стенки:

, предварительно принимаем t_w = 18 мм.

Проверяем местную устойчивость стенки:

при > 0,8

должно выполняться условие устойчивости стенки

.

Условие устойчивости выполняется, принимаем t_w=18 мм.

Определяем толщину полки:

Принимаем t_f = 28 мм  h_w= 34,4 см. (R_y=22 МПа)

Для обеспечения устойчивости полки колонны:

при ,

должно выполняться условие

, где

, условие выполняется.

Определяем фактические характеристики сечения:

Выбираем максимальное значение: 

Проверяем общую устойчивость колонны:

Недонапряжение составит

Проверим необходимость постановки поперечных ребер:

Если , то нужны поперечные ребра жесткости

 поперечные ребра жесткости не нужны.

4.2 Проектирование оголовка колонны

Рис.4.2.1. Оголовок сплошной колонны при опирании главной балки сверху

Оголовок предназначен для восприятия сосредоточенного давления вышележащих конструкций. В задании на проектирование предусмотрено свободное сопряжение балок с колоннами. Опирание балок предусмотрено сверху.

Толщину опорной плиты принимаем конструктивно равной 20мм.

При фрезерованном торце колонны давление от балок передаётся через опорную плиту непосредственно на рёбра оголовка, поэтому катет горизонтальных швов, соединяющих плиту с рёбрами и с колонной, назначаем конструктивно.

Ширину ребер оголовка принимают конструктивно, чтобы она была на 20-40 мм. больше длины участка смятия под опорными ребрами балок:

;

Принимаем ;

Толщину ребер находим из условия прочности на срез:

;

где R_p = R_u – расчётное сопротивление стали смятию (для стали С235 – 350МПа).

Принимаем ;

Высоту ребер определяют требуемой длиной вертикальных швов, передающих нагрузку на стержень колонны(сварку назначаем полуавтоматическую сварочной проволокой СВ-08ГА, в среде углекислого газа, положение «нижнее»):

, но не более 85хβ_fхk_f.

где _f = 0,9 – коэффициент принимаются по табл. 34* [1];

_z = 1,05 – коэффициент принимаются по табл. 34* [1];

 _wf =  _wz = 1 - коэффициенты условий работы шва, принятые для заданного климатического района.

R_wf = 200 МПа – расчётное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва, принимается по таблице 56 [1];

R_wz = 0,45хR_un = 162 МПа – расчётное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу границы сплавления;

R_un = 360 МПа – временное сопротивление стали настила разрыву, принимается по табл.51* [1].

Находим расчётное сечение:

β_f х R_wf = 0,9х200 = 180 МПа;

β_z х R_wz = 1,05х162 = 170,1 МПа;

Расчётным будет сечение по металлу границы сплавления.

k_f= 10 мм

,но не боле ;

;

Принимаем ;

Проверка прочности ребра на срез:

;

условие выполняется

Проверяем прочность стенки колонны на срез в месте прикрепления к ней ребер оголовка:

;

- количество поверхностей среза.

Условие не выполняется, поэтому в верхней части колонны увеличиваем толщину стенки устройством вставки толщиной

;

Принимаем t_w=2,6 см.

Место стыка располагают ниже ребер оголовка и, во избежание резкого изменения сечения, в более толстом листе устраивают скос с уклоном 1:5.

Для увеличения жесткости вертикальных ребер оголовка и жесткости стенки при больших нагрузках делают обрамление из горизонтальных ребер.