. (5.5)

Величина найденной гибкости _х не должна превышать предельного значения []=120. При невыполнении условия (5.5) сечение швеллера увеличивают и проверку гибкости стержня колонны повторяют до тех пор, пока условие (5.5) не будет соблюдено.

В соответствии с найденной гибкостью _х по табл.14 приложений определяется коэффициент продольного изгиба _x и выполняется проверка на общую устойчивость колонны относительно оси х:

, кН/см² . (5.6)

При невыполнении условия (5.6) общая устойчивость колонны относительно осихне обеспечена, поэтому сечение швеллера увеличивают до тех пор, пока условие (5.6) не будет соблюдено.

Далее для принятого сечения производится расчёт относительно оси у. Определяется момент и радиус инерции сечения колонны относительно этой оси:

, см⁴; (5.7)

, см.(5.8)

Определяется гибкость колонны:

. (5.9)

Величина найденной гибкости _y также не должна превышать предельного значения []=120. При невыполнении условия (5.9) сечение швеллера увеличивают и проверку гибкости стержня колонны повторяют до тех пор, пока условие (5.9) не будет соблюдено.

В соответствии с найденной гибкостью _y по табл.14 приложений определяется коэффициент продольного изгиба _y и выполняется проверка на общую устойчивость колонны относительно оси y:

, кН/см² . (5.10)

При невыполнении условия (5.10) общая устойчивость колонны относительно оси y не обеспечена, поэтому сечение швеллера увеличивают до тех пор, пока условие (5.10) не будет соблюдено.

При выполнении условий (5.6) и (5.10) можно сделать вывод, что общая устойчивость колонны обеспечена.

5.2. Решение опорных узлов колонны

5.2.1. Конструирование оголовка колонны.

Толщину опорной плиты оголовка назначают конструктивно в пределах 2…2,5 см.

В данной курсовой работе предусматривается расположение опорных ребер главных балок по осям швеллеров колонны (рис.10), торцы которых плотно пригоняют к нижнему поясу балки. Принятая конструкция оголовка позволяет назначать катет шва приварки опорной плиты к торцу колонны конструктивно: k_f =0,6…0,8 см.

Рис.10. Рассматриваемая в курсовой работе конструкция оголовка колонны сплошного сечения.

5.2.2. Расчет и конструирование базы колонны

Рассчитываемая в курсовой работе база колонны состоит из опорной плиты и траверс (рис.11). Базу колонны обычно заглубляют на40…50 смниже отметки пола, а затем бетонируют для исключения коррозии.

Колонна

Рис.11. База колонны сплошного сечения.

Нагрузка от собственного веса колонны, для рассматриваемого сплошного сечения:

g_cⁿ=2g₄l_c, кН, (5.11)

где g₄– масса1погонного метра швеллера, принятого по сортаменту,кН/м (1 кгс/м=0,01 кН/м).

Расчётная нагрузка на фундамент составит:

N_bc=N_c+1,05g_cⁿ,кН, (5.12)

где 1,05 – коэффициент надёжности по нагрузке для стальной колонны.

Для определения площади опирания плиты базы колонны предварительно задаются расчетным сопротивлением бетона при местном сжатии:

R_b,loc=1,5R_b_b2, кН/см², (5.13)

где R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию в соответствии с заданным классом (табл.2 приложений), кН/см² (1МПа=0,1 кН/см²);

_b2 – коэффициент условий работы бетона, принимается равным 0,9.

Тогда требуемая площадь подошвы опорной плиты, определенная из условия смятия бетона, составит:

, см². (5.14)

Размер стороны опорной плиты, параллельной высоте сечения колонны, принимается с учетом двухсторонних свесов с = 6…8 см (рис.11):

h_pl=h_c+2c, см, (5.15)

где h_c – высота сечения колонны (высота швеллера), см.

Полученное значение h_pl округляется до 2 см.

Ширина опорной плиты принимается из условия:

, см. (5.16)

Значение b_pl также округляется до 2 см, при этом окончательная ширина опорной плиты не должна быть меньше ширины сечения колонны:

b_pl>2b_f, (5.17)

где b_f – в данной формуле ширина полки швеллера.

Далее уточняется фактическая величина сопротивления бетона при местном сжатии. Для этого задаются размерами верхнего обреза фундамента h_f и b_f, которые принимаются на 15…20 см больше размеров опорной плиты:

h_f = h_pl+2×(15…20см), см, (5.18)

b_f =b_pl+2×(15…20см), см. (5.19)

Фактическая величина расчетного сопротивления бетона при местном сжатии опорной плитой базы колонны составит:

, кН/см². (5.20)

При этом должно соблюдаться условие:

R_b,loc1,5R_b_b2. (5.21)

В случае если условие (5.21) не выполняется, в дальнейших расчетах в качестве сопротивления бетона местному сжатию используется величина R_b,loc, полученная по формуле (5.13).

Напряжения местного сжатия бетона, являющиеся реактивным давлением фундамента на опорную плиту, проверяются по формуле:

, кН/см² . (5.22)

При несоблюдении условия (5.22) размеры опорной плиты увеличивают и повторяют проверку напряжений местного сжатия

бетона (формулы 5.18…5.22).

Опорная плита колонны работает на изгиб от реактивного давления фундамента. Наибольшие изгибающие моменты в плите определяются в зависимости от конфигурации её участков (рис.11).

Величины моментов составят:

– в консольной части плиты (участок 1):

, кНсм, (5.23)

где с – консольный свес плиты, см;

– в части плиты, опертой по трем сторонам (участок 2):

, кНсм, (5.24)

где  – коэффициент, определяемый по табл.1, в зависимости от отношения длин короткой закреплённой стороны участка 2 к его свободной стороне (рис 11): a₂ /b₂;

Т

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 2 2

0,060 0,074 0,088 0,097 0,107 0,112 0,120 0,126 0,132 0,133

аблица 1

a2/b2

где a2 – длина короткой закреплённой стороны участка плиты, b2 – длина свободной стороны участка плиты.

– в части плиты, опертой по четырем сторонам (участок 3):

, кНсм, (5.25)

где  – коэффициент, определяемый по табл.2, в зависимости от отношения длин более длинной стороны участка 3 к более короткой стороне (рис.11): a₃ /b₃.

Т

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 3

0,048 0,055 0,063 0,069 0,075 0,081 0,086 0,091 0,094 0,098 0,100 0,125

аблица 2

a3/b3



где a3 – длина более длинной стороны участка плиты, b3 – длина более короткой стороны участка плиты.

Толщина опорной плиты определяется по наибольшему из найденных изгибающих моментов:

, см. (5.26)

Окончательно толщина опорной плиты назначается по сортаменту листовой стали (табл.8 приложений) в пределах 20…40 мм.

Траверса базы приваривается к колонне вертикальными швами, выполняемыми обычно ручной сваркой. Толщина траверсы t_d принимается конструктивно в пределах 12…18 мм (кратно 2 мм), а ее высота назначается из условия полной передачи усилия от колонны на опорную плиту через сварные швы:

, (5.27)

где _f = 0,7 – коэффициент глубины провара по металлу шва при ручной сварке;

k_f– катет углового шва, назначается конструктивно на 1…2 мм меньше толщины траверсы, но не менее 4 мм (т.е. k_f = t_d – 0,1…0,2см  0,4см);

R_f = 18 кН/см² – расчетное сопротивление металла шва для электродов Э42А;

n = 4 – число учитываемых в расчете швов.

Высота траверсы не должна быть больше максимально допустимой длины шва, т.е. ограничивается величиной:

h_d  85_f k_f, см. (5.28)

При несоблюдении условия (5.28) катет углового шва k_f корректируется в сторону увеличения, а расчет высоты траверсы повторяется (формулы 5.27, 5.28). Окончательная высота траверсы округляется в большую сторону кратно 1 см.

Анкерные болты базы центрально-сжатой колонны обычно назначаются конструктивно диаметром 20 мм с глубиной заделки в фундамент не менее 700 мм.