5. Расчет и конструирование центрально - сжатой колонны

Длина колонны исходя из заданной высоты отметки настила и высоты конструкций покрытия =803.6 см.

_{Нагрузку на колонну принимаем равной опорной реакции двух главных балок}

Принимаем сплошную колонну, согласно рекомендациям. Сталь C235.

= 23 МПа.

Подбор сечения стержня сплошной колонны выполняется в следующем порядке.

Задаемся типом сечения колонны, определяем требуемую площадь сечения из условия обеспечения устойчивости:

где 0,8 - коэффициент продольного изгиба, предварительно принимаемый в пределах.

Находим соответствующую гибкость и определяем требуемые радиусы инерции сечения:

609,37 см; 9,37, где0.7*803.6 = 562.52 см;0.7*803.6 = 562.52 см.

Определяем генеральные размеры сечения колонны (=0.43,= 0.24):

21,803 см; 39,042 см.

; (40.1853.573); принимаем42 см,40 см.

В сварном двутавре толщина стенки принимается в пределах , а толщину поясов в пределах.

Приближенно для двутаврового сечения можно принять:

33,51 см.кв.

134,048 см.кв.

Размеры рекомендуется принимать согласно сортамента.

= 1.2 см;

h= 42см;

= 1,8 см;

= 40 см.

42*1.2 = 46,08 см.кв. и 40*1,8 = 72 см.кв.

190,08 см.кв. > 167,56 см.кв. Условие выполняется.

Для стенок центрально-сжатой колонны двутаврового сечения:

,

Где при ;<= 2.3.

2,005

38,4/1.2= 32 1,9*(20600/23)^0.5 = 56,86

Условие выполняется.

Проверка местной устойчивости не окаймленного свеса полки двутавра центрально-сжатой колонны при 1.526:

; где (20600/23)^0.5=16,77

19,4/1,8 = 10,7813.432-Условие выполняется.

Геометрические характеристики сечения:

= 53925,35.

=19205,53.

17,789 см.

10,616 см.

31,62 и 52,987

Отсюда 0,818.

Проверка на устойчивость: ,

3083,1/(0,818*170,4) = 22,119 кН/см.кв. <= 23 кН/см.кв. Условие выполняется. Недонапряжение 3,83 % <=5%.

Расчет оголовка колонны.

Оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны, а также монтажных болтов, фиксирующих в проектное положение балку.

Толщина опорной плиты оголовка принимается конструктивно , а размеры в плане принимаются так, чтобы плита выходила за контур сечения колонны на 15мм. Принимаем= 2.5 см.

Оголовок колонны, при опирании балок с торцевой диафрагмой, проектируется следующим образом.

Определяем катет шва:

3083,1/(62*0.7*1*20*1*2) = 1,78 см, где 62 см,=26+2*2.5= 31 см.

Высота ребра оголовка определяется исходя из требуемой длины швов, передающих нагрузку на стержень колонны:

=1.6 см. =0.7.= 20 кН/см.кв.

68,7 95.2, принимаем69.

Тогда высота ребра оголовка 70 см

Толщина ребра оголовка определяется из условия сопротивления смятию под полным опорным давлением:

, = 36 кН/см.кв.

где 31 см;

3083,1/(31*36) = 2,76 см.

Проверяем ребро на срез:

4,32 = 13.92условие выполняется.

Также проверяется на срез стенка колонны в месте прикрепления к ней ребер:

;

13,66 = 13.92условие выполняется

Расчет базы колонны.

Принимаем бетон В25, =1.15 кН/см.кв. - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.

Требуемая площадь опорной плиты:

3083,1/1.5525 = 1985,893см.кв., где 1,5525- расчетное сопротивление смятию бетона фундамента,= 1.35;

Принимаем 45 см, тогда48 см, принимаем.

45x48 = 2115 см.кв.

(80*81/1932)^0.3 =1,4969,

где площадь верхнего обреза фундамента.

Среднее напряжение в бетоне под опорной плитой:

= 1,5525кН/см.кв.,

3083,1/2115 = 1,458 кН/см.кв. 1,5525 кН/см.кв. Условие выполняется

Опорная плита может быть разделена на различные участки в зависимости от опирания. Для определения толщины плиты вычисляем изгибающие моменты на различных участках.

Участок 1, опертый на четыре стороны.

0,125 * 1,5525 * 19,4^2 = 26,38 кН*см.

420/200 = 2,1 ₌0.125.

Участок 2, опертый на три стороны.

10/9 = 1,11_β=0,12

Участок 3, консольный.

1.5525*(0,9)^2/2 = 0,629 кН*см.

Принимаем сталь плиты С345; = 23 кН/см.кв.

Толщина плиты определяется исходя из условия ее работы на изгиб:

(6*73,037/23)^0.5 = 4,36 см, принимаем плиту толщиной

4,5 см.

Принимаем толщину траверсы 1,6 см.

Усилие от стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы (рекомендовано в пределах 300-600 мм):

где 3083,1/(1*0.9*1*18*1) = 190,3 см.

190,3/4+1 = 48,6 <= 76.5 см, принимаем высоту траверсы

49 см.

Литература

1.Учебное пособие по дисциплине «Металлические конструкции» для студентов очной и заочной формы обучения специальностей 27010265, 27011565, бакалавриат по направлению «Строительство»/Составитель: Столбов А.В. Набережные Челны: ИНЭКА, 2007. 129с.

2. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. М. : ГУП ЦПП, 2003. – 90 с.

3. Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И. Кудишина. – 9-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 688 с. ISBN5-7695-3603-9

4. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М., ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

36 с.