3. Расчёт и конструирование колонны

3.1 Определение расчётной длины колонны

Рис. 26 Расчётная схема колонны

Расчётная нагрузка на колонну:

,

где –расчётная нагрузка на главную балку с учётом собственного веса.

Т.к. , то будем рассчитывать сплошную колонну.

Расчётная длина колонны:

,

где –отметка верха настила;

–высота главной балки;

–толщина настила;

–глубина заложения.

Расчётная длина колонны:

,

где коэффициент, зависящий от вида закрепления колонны (т. 3.19 [1]).

3.2 Расчёт сплошной колонны

3.2.1 Подбор и проверка сечения стержня колонны

Задаемся гибкостью сечения колонны λ=60; при R_y=260 МПа φ=0,795 (по табл. 3.10[1]) и определим требуемую площадь сечения колонны:

где- коэффициент условий работы

Определим требуемые радиусы инерции:

см

Определяем минимальные требуемые размеры сечения:

где

В двутавровом сечении по конструктивным соображениям, поэтому принимаем. Принимаем.

Компонуем сечение колонны.

Из условия местной устойчивости стенки, толщина стенки должна быть не менее:

где - предельная условная гибкость стенки;

- условная гибкость колоны.

Принимаем , следовательно площадь стенки равна

Площадь полки равна: откуда толщина полки будет равна:, но из условия местной устойчивости полки, ее толщина должна быть не менее:

Окончательно принимаем: .

Определяем геометрические характеристики сечения:

.

Определяем геометрические характеристики сечения колонны:

Определяем максимальную гибкость колонны:

,

по гибкости определяем по т.3.10[1].

Проверяем устойчивость колонны:

недонапряжение 1,37 %<5%

Проверяем колону по предельной гибкости:

. Условие выполняется.

Проверка местной устойчивости стенки:

Проверка местной устойчивости полки:

Условие выполняется.

Рисунок 3.3 Сечение колонны

3.2.2 Расчёт базы колонны

Рис. 19 База колонны

Принимаем фундамент из бетона класса , для которого:

 нормативное сопротивление бетона осевому сжатию(т. 6.1 [3]);

 частный коэффициент безопасности бетона;

расчётное сопротивление бетона осевому сжатию;

 коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки (изменение №3[3]);

 коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии.

.

Предварительно определяем требуемую площадь опорной плиты:

Базу колонны проектируем с фрезерованным концом.

Назначаем толщину траверсы , вылет консольной части плиты.

Ширина плиты:

.

Принимаем

Требуемая длина плиты:

.

Принимаем .

Получаем плиту с размерами в плане .

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

.

Определяем изгибающие моменты для участков 1, 2, 3.

Участок 1 опёрт на четыре канта:

,

где коэффициент расчёта на изгиб прямоугольных пластинок, опёртых на четыре канта (т. 2.14 [1]) в зависимости от.

Участок 2опёрт на три канта:

,

где (т. 2.15 [1]) в зависимости от

Участок 3консольный:

.

Требуемая толщина плиты по максимальному моменту:

,

где расчётное сопротивление стали С285 для листового, широкополосного универсального проката по ГОСТ 27772-88 при толщине свыше 10 до 20 мм (т. 2.3 [1]).

Так как требуемая толщина плиты больше 2 см, что превышает выпускаемы толщины для стали С285, принимаем сталь С345, гдерасчётное сопротивление стали С345 для листового, широкополосного универсального проката по ГОСТ 27772-88 при толщине свыше 40 до 60 мм (т. 2.3 [1]).

Принимаем толщину листа из стали С345 (т. 7.14 [1]).

_{Для крепления траверсы к стержню колонны принимаем сварку полуавтоматическую (ГОСТ 14771-76*) в углекислом газе (ГОСТ 8050-85) сварочной проволокой СВ-08Г2С (ГОСТ 2246-701*) Ø1.4-2.0 мм}

Угловой шов крепления траверсы к колонне рассчитываем по металлу шва, т.к.

,

где и– коэффициенты глубины проплавления шва, для полуавтоматической сварки в углекислом газе, электродом Э50, и(т. 4.2 [1]);

– расчётное сопротивление металла шва (т. 4.4 [1]);

(т. 4.7 [1]), ;

– временное сопротивление свариваемости стали С345 (т. 2.3 [1]);

–коэффициенты условий работы сварного шва.

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, необходимых для прикрепления её к стержню колонны четырьмя вертикальными швами, и прочностью самой траверсы, работающей как балка на двух опорах.

Катет шва принимаем .

.

Принимаем высоту траверсы , толщину.

Производим проверку прочности траверсы (,).

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента на траверсу:

Интенсивность погонной нагрузки на траверсу:

Рис.20 Грузовая площадь, расчётная схема и эпюра моментов

Производим проверку траверсы на прочность:

- на консольном участке

- на среднем участке

Определяем прочность сварных швов:

По табл.5.11 [1] конструктивно принимаем анкерные болты ВСт3кп2 диаметром 20мм, с площадью сечения и расчётным сопротивлением.