Вопрос 14.1.(активизирующий). Как Вы думаете, стыковой сварной шов в колонне без физических методов контроля за качеством шва будет ли он достаточно прочен?(блок 3)

Да	Нет
Ваш ответ верен, так как в колонне растягивающие напряжения сравнительно малы, а при работе на сжатие не требуется проверка сварных швов физическими методами, так как .	Ваш ответ не верен, так как в колонне растягивающие напряжения сравнительно малы, а при работе на сжатие не требуется проверка сварных швов физическими методами, так как .

Рис. 14.1. Монтажные стыки во внецентренно-сжатых колоннах.

Вопрос 14.2.(активизирующий). Как Вы думаете, в стыке колонны на болтах торцы стержня колонны фрезеруют только для обеспечения точности изготовления?(блок 3)

Да	Нет
Ваш ответ не верен, так как это необходимо, чтобы уменьшить величину усилий передаваемых через болты, которые в этом случае ставятся конструктивно для обеспечения соосности стыкуемых частей колонны.	Ваш ответ верен, так как это необходимо, чтобы уменьшить величину усилий передаваемых через болты, которые в этом случае ставятся конструктивно для обеспечения соосности стыкуемых частей колонны.

14.3.2. Проход в теле сплошной колонны

Проход в теле сплошной колонны устраивается в зданиях с кранами групп режимов работы кранов 7К ,8К при ширине верхней части колонны 1000 и более мм. Проход вырезается в стенке сплошной колонны и усиливается ребрами жесткости по контуру отверстия. Работа колонны в месте прохода аналогична работе внецентренно сжатого сквозного стержня на жестких планках.

Рис. 14.2. Узлы сопряжения верхней и нижней частей колонн: а) сплошных, б) сквозных.

От изгибающего момента М и продольной силы N в ветвях возникает продольное усилие N=N/2+М/а (здесь а - расстояние между центрами тяжести ветвей) и от поперечной силы Q-местный момент М=(Q/2)/(h_пр/2) =Qh_пр/4 (здесьh_пр- высота прохода: обычно 2000 мм).

Устойчивость ветви проверяют по формулам внецентренного сжатия

и

Расчетная длина ветви принимается равной высоте прохода h_пр.

Пример 14.1. Законструировать и рассчитать сечение верхней части колонны в месте устройства прохода в теле колонны.

Исходные данные:

Расчетные усилия для подбора сечения .

Сечение колонны в месте прохода: пояса 32х1,4 см, стенка 97,2х0,8 см; ширина прохода 45 см; высота прохода 200 см. Сталь С235 по ГОСТ 27772-88 при толщине до 20 мм; .

Решение:

Для обеспечения равнопрочности расчет ведем на те же расчетные усилия, что и при подборе сечения. Сечение окаймляющих ребер принимаем 20х1,4 см. Тогда для ослабленного сечения колонны определим:

Положение центра тяжести ветви:

Расстояние между центрами тяжести ветвей

Определяем геометрические характеристики ветви:

; ;

Определяем усилия в ветвях ослабленного сечения:

Проверяем устойчивость ветви:

;

; ;

;

Проверяем устойчивость ветви колонны из плоскости действия момента. Для этого предварительно определяем значения коэффициентов и:

где .

При ,.

Тогда

Здесь ;;

Таким образом, .

Проверка всего ослабленного сечения.

Геометрические характеристики:

;

; ;

;

; ;;

.

Устойчивость одной ветви и участка колонны в целом обеспечены.

Конец примера.

14.3.3. Конструкция и расчет элементов баз внецентренно-сжатых колонн.

По конструктивному решению базы внецентренно-сжатых колонн (14.1.) могут быть двух типов: в колонне сплошного сечения с траверсами в базе внецентренно-сжатой колонны (14.2.) и (рис. 14.3.) в колонне сквозного сечения база раздельного типа с траверсами и с фрезерованным торцом как в центрально-сжатых колоннах сплошного сечения (см. рис. 6.1, 6.2.).

Первые применяют при сравнительно небольших расчетных усилиях. При больших усилиях в колоннах сквозного сечения применяют базы второго типа.

14.1. База внецентренно-сжатой колонны (блок 4) База (башмак) колонны - это нижняя часть колонны, которая воспринимает усилия со стержня колонны и передает на фундамент через сварные швы и опорную плиту, размеры которой определяются в зависимости от прочности материала фундамента. При этом база может быть сплошной и раздельной ( в колоннах сквозного сечения) Вернитесь к тексту.

Рис. 14.3. База внецентренно-сжатой сплошной колонны.

14.2. Траверса в базе внецентренно-сжатой колонны (блок 4) Траверса - это элемент базы колонны служащий для распределения усилия, передаваемого со стержня колонны на большую площадь, так как прочность материала фундамента (бетона) меньше чем прочность стали. При этом траверсы могут быть сплошными и раздельными (для колонн сплошного и сквозного сечения) Вернитесь к тексту.

14.3.4. Базы колонн сплошного сечения с распределительной конструкцией.

Базы в колоннах сплошного сечения состоят из траверс, ребер, диафрагм (т.е. распределительной конструкции) и опорной плиты.

Расчет базы в колоннах сплошного сечения начинаем с расчета опорной плиты. Шириной опорной плиты задаемся конструктивно также как в центрально-сжатой колонне, а затем из выражения определяем L (длину плиты).

Напряжения под плитой (отпор фундамента) в этом случае распределяется неравномерно (принимается по линейному закону).

Толщина опорной плиты для базы колонны с распределительной конструкцией определяется из расчета ее как пластины, опертой на элементы сечения стержня и базы колонны и нагруженной неравномерно распределенным давлением (отпором) фундамента. В зависимости от конструкции базы опорная плита может иметь участки с таким опиранием: на четыре или три канта (при отношении размеров участка плиты менее двух); на два канта (параллельных друг другу или соприкасающихся под углом) и консольные (рис.14.4.).

Рис.14.4. Расчётная схема плиты На рисунке показаны три характерных участка: 1 – консольный, защемленный по линии опирания на траверсу; 2–защемленный (опирающийся) с трёх сторон; 3 – защемленный по контуру.

Изгибающие моменты для участков с опиранием на четыре, три и два (соприкасающихся под углом) канта определяются по таблицам составленным академиком Б.Г. Галеркиным (Упругие тонкие плиты. Гостехиздат, 1936 г.).

Для участка, опирающегося на четыре канта M₁=₁·q·a²; где: q - давление на 1 см²плиты (не более R_ф); а - короткая сторона участка плиты; значения коэффициентов₁приведены в таблице 14.1.

Таблица 14.1.

b/a	1	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	Более 2
1	0.048	0.055	0.063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,100	0,125

Для участка, опирающегося на три канта и два канта (соприкасающихся)

M=·q·a²,

где: а - длина свободного края (при опирании на три канта) или размер по диагонали между кантами (при опирании на два канта); значения коэффициентов приведены в табл. 14.2..

Таблица 14.2.

b1/a	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

Здесь b₁ (при опирании на два канта) - размер, равный расстоянию от вершины угла до диагонали.

Изгибающий момент на консольном участке равен

М = q·c²/ 2

По наибольшему из найденных изгибающих моментов для различных участков плиты определяется требуемая толщина плиты:

.

Толщина плиты принимается обычно в пределах от 20 до 40 мм.

Кроме расчета опорной плиты, необходимо рассчитывать траверсы, диафрагмы, ребра жесткости и их прикрепление.

В зависимости от конструкции, траверсы рассматриваются как двухконсольные балки или как две консоли, воспринимающие изгибающий момент от реактивного давления фундамента. Суммарная длина швов для прикрепления одной ветви траверсы определяется по формуле

или .

При этом толщина углового шва k_f принимается не более 1 - 1,2 толщины траверсы, которая из конструктивных соображений принимается 10…14 мм. Швы между опорной плитой сварной колонны и траверсой рассчитываются на полное усилие, действующее в колонне.

Прикрепление консольных ребер в базе внецентренно-сжатой колонны (14.3.) к стержню колонны рассчитывается на момент и поперечную силу

M_к =_ф·c_к· (l_к²/ 2), Q_к=_ф·c_к·l_к,

где: с_к - максимальное расстояние между ребрами и смежными элементами базы с распределительной конструкцией в соответствии с линиями раздела; l_к- длина консольного ребра.

Угловые швы, прикрепляющие ребра к стержню колонны, рассчитываются на равнодействующую напряжений от изгибающего момента и поперечной силы

а стыковые швы на приведенные напряжения

Прикрепление диафрагмы (двух опорные балочные ребра)в базе центрально-сжатой колонны(14.4.)к ветвям траверсы рассчитывается несколько в запас прочности на усилие

N_д =_ф·a·в,

где: _ф- напряжение фундамента под плитой базы; а - расстояние между ветвями траверсы; в - ширина полосы плиты, передающей давление на диафрагму.

14.3. Консольные ребра в базе внецентренно-сжатой колонны (блок 4) Консольные ребра в базе центрально-сжатой колонны служат для уменьшения размеров консольных участков опорной плиты с целью уменьшения изгибающих моментов в плите. Тем самым уменьшается толщина плиты с одной стороны и увеличивается жесткость базы, а следовательно, более равномерно распределяется давление под плитой базы. Вернитесь к тексту.

14.4. Диафрагмы (двух опорные балочные ребра) в базе внецентренно-сжатой колонны (блок 4) Диафрагмы в базе центрально-сжатой колонны служат для уменьшения размеров участков опорной плиты, опирающейся на три или четыре стороны (канта) с целью уменьшения изгибающих моментов в плите и тем самым уменьшением толщины плиты. Вернитесь к тексту.

Плита рассчитывается также как в центрально-сжатых колоннах, только _бпринимается различным для разных участков и равным_б.max на данном рассматриваемом участке.

Траверсы могут быть одно и двустенчатые (сплошными и раздельными для каждой ветви). Расчетные схемы для траверс принимаются упрощенными в виде консольных балок или двух консольных однопролетных балок. Конструируются траверсы аналогично траверсам центрально-сжатых колонн.

Пример 14. 2. Произвести расчет и конструирование базы колонны сплошного сечения.

Исходные данные:

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (данные из расчета рамы)

1) М₁= + 866 кН*м;N₁= 2108 кН,

2) M₂= - 57 кН*м:N₂= 1773 кН.

Ширина нижней части колонны в_н = 80 см; ширина полки колонны 34 см.

Сечение колонны симметричное, поэтому расчет ведем по первой (наихудшей) комбинации усилий.

Ширину опорной плиты базы определяем по конструктивным соображениям:

В_пл= 34 + 2*1 + 2*10 = 56 см. Принимаем ширину плиты В_пл= 56 см.

Из условия прочности бетона фундамента на сжатие

.

Определяем длину плиты

Принимаем длину плиты L_пл= 130 см.

Тогда максимальные и минимальные напряжения под плитой базы колонны будут:

Принимаем, что напряжения под плитой изменяются по линейному закону. Тогда точка с нулевыми напряжениями будет на расстоянии 99.3 см от левого края плиты, а центр тяжести эпюры сжимающих напряжений на расстоянии 33.1 см также от левого края плиты.

Толщина опорной плиты для базы колонны с распределительной конструкцией определяется из расчета ее как пластины, опертой на элементы сечения стержня и базы колонны и нагруженной неравномерно распределенным давлением (отпором) фундамента. Конструкция базы принята аналогичной с показанной на рис. 14.3. В примере имеем три разных участка: участок №1 – консольный; участок №2 – опертый по трем сторонам; участок №3 – опертый по четырем сторонам.

Изгибающие моменты по участкам:

; при;

при ;

Уменьшаем максимальный изгибающий момент на участке 2

при ;

По максимальному моменту на консольном участке определяем толщину плиты

. Принимаем толщину плиты 36 мм.

Высоту траверсы определяем по длине сварных швов, необходимых для прикрепления ее к стержню колонны.

Максимальное усилие (с запасом) на левые сварные швы, прикрепляющие траверсу к стержню колонны:

При 4-х вертикальных швах с минимальным катетом . Высота траверсы и ребра составят:

Принимаем высоту траверсы .

Проверяем прочность траверсы:

Конец примера.