Расчет и конструирование оголовка колонны.

На оголовок колонны опираются две главных балки, поэтому стенку колонны необходимо укрепить ребрами жесткости – вертикально и горизонтально.

Балки опираются на опорную плиту оголовка.

Вид сверху на оголовок

Рис. 4.17. Оголовок сквозной колонны

Расчет оголовка сводится к:

1. Определению толщины вертикального ребра.

2. Определению высоты вертикального ребра.

Толщину ребра определяем из расчета ребра на смятие.

Площадь сминаемой поверхности:

– расчетное сопротивление стали смятию

Расчетная ширина ребра:

- ширина опорных ребер балок

- толщина опорной плиты оголовка

Толщина ребер

Принимаем толщину ребер .

Задаемся катетом шва k_f = 10 мм

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением кН/см². Для стали С255 значение кН/см².

_{Значения коэффициентов} при сварке в нижнем положении равны:

Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП II-23-81*):

; кН/см² .

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

кН/см²,

кН/см²,

Cледовательно, расчетным сечением является сечение по металлу границы сплавления. Тогда длина одного углового шва будет равна ( при k_f = 10 мм – для вставки стенки в колонну > 10 мм).

Принимаем h_p=l_w+1=34+135 см

Высота ребра равна полной длине шва l = 35 см = 350 мм

Расчет и конструирование базы колонны.

Расчет сводится к:

1. Определению требуемой площади опорной плиты и её размеров в плане.

2. Определению толщины плиты.

3. Определению высоты траверсы.

1. Требуемая площадь опорной плиты:

где:

N - нагрузка от колонны

- расчетное сопротивление бетона смятию

Опорная плита базы колонны крепится к бетонному или железобетонному фундаменту с помощью анкерных (фундаментных) болтов.

- коэффициент, зависящий от характера распределения нагрузки от колонны по площади смятия

Т.к. имеем равномерно распределенную нагрузку (в первом приближении), =1

где:

=0,85 кН/см² - расчетное сопротивление бетона сжатию, которое принимается по СНиПу «Бетонные и железобетонные конструкции» в соответствии с классом заданного бетона (в нашем случае B15).

–коэффициент, зависящий от характера опирания опорных плит на фундамент и от класса бетона. При классе бетона ниже B25, =1;

- коэффициент пересчета расчетного сопротивления бетона сжатию к расчетному сопротивлению бетона смятию, который зависит также от класса бетона. В нашем случае =2.

Тогда:

Предварительно определяем размеры опорной плиты в плане, предположив, что она квадратная.

см

Принимаем размеры плиты, b=52 см l=61cм (по конструктивным соображениям, чтобы консоли были равны их минимальному значению 80мм), тогда

Рис. 4.18. База сквозной колонны

2. Определение толщины опорной плиты:

Плита работает на изгиб от реактивного давления бетона фундамента, приложенного к плите снизу.

Рассчитываем плиту как тонкую пластину. Для этого разбиваем ее на участки 1, 2, и 3 (рис. 4.17).

1 – рассчитывается как пластина, заделанная по четырем сторонам.

2 – как пластина, заделанная по трем сторонам

3 – как консольная пластина (плита)

• Максимальный изгибающий момент на участке 1:

- меньшая из сторон участка

б = 0,055 – коэффициент, принимаемый по таблице метода т. упругости и зависящий от соотношения сторон участка

- принятая площадь по округлённым размерам

• Максимальный изгибающий момент на участке 2 рассчитываем как для консоли или как для пластины, заделанной по трем сторонам:

- Зависит от соотношения сторон участка: если , то рассчитываем момент как для консоли:

В нашем случае , поэтому считаем по ф-ле как для консоли по формуле:

• Максимальный изгибающий момент на участке 3:

Т.к. изгибающий момент на втором участке резко отличается от остальных, необходимо внести изменения в схему опирания плиты добавлением дополнительных диафрагм толщиной 10 мм, чтобы по возможности выровнять значение моментов, что должно привести к облегчению базы.

Максимальный изгибающий момент На участке 2’:

• 

- меньшая из сторон участка

б = 0,125 – коэффициент, принимаемый по таблице метода т. упругости и зависящий от соотношения сторон участка

• Максимальный изгибающий момент на участке 2 рассчитываем как для консоли или как для пластины, заделанной по трем сторонам:

- зависит от соотношения сторон участка: если , то рассчитываем момент как для консоли:

В нашем случае , поэтому считаем по ф-ле как для консоли по формуле:

По полученному максимальному изгибающему моменту определяем требуемую величину плиты:

3. Расчет высоты траверс:

Высота траверс определяется по требуемой длине вертикальных сварных швов. Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной. Рассчитаем угловые швы на условный срез.

Требуемую длину сварных швов рассчитываем по двум сечениям шва: по металлу шва и по границе сплавления.

где:

n = 4 (т.к. четыре расчетных вертикальных шва)

в_f – коэффициент проплавления (СНиП)

- расчетное сопротивление металла шва (СНиП)

- катетом шва задаемся в зависимости от толщины свариваемых элементов

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением кН/см². Для стали С255 значение кН/см². Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП II-23-81*):

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

Следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу границы сплавления.

В сечении по металлу шва:

Высота траверс: (учитываем возможный непровар швов).

Принимаем