5.1.Расчет оголовника колонны.

В соответствии с принятым конструктивным решением каркаса здания, опирание фермы на колонну шарнирное. Ферма передает на оголовник опорную реакцию R_ф

R_ф=N_c.в+N_c.н=349,2+211,7=560,9 кН

Толщина опорной плиты назначается конструктивно. (t_пл=20мм)

Толщина ребра назначается из условия его смятия:

t_p=

где b_p=220-ширина вертикального ребра оголовника, назначается конструктивно.

R_b=R_un/=R_u=360(МПа)-расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности при наличии прогонки.

t_p==0,35 см

Толщину t_p не менее толщины стенки колонны, окончательно принимаем t_p=6мм.

Высоту вертикального шва t_p из условия прочности сварных швов крепления ребра и стенки колонны. Для этого необходимо принять характеристики сварного шва. Материалы для соединений стальных конструкций принимают по таблице Г.1. СП16.13330.2011. Сварка ручная электродуговая покрытимы электродами(ГОСТ 9464) Для стали с R_yn<290МПа подходят электроды Э42, Э42А, Э46. Принимаем электроды Э42А.

Нормативные и расчётные сопротивления металла шва сварных соединений с угловыми швами определяют по таблице Г.2. СП16.13330.2011, для электрода Э42А:

R_wun=410 МПа-нормативное сопротивление металла углового шва.

R_wf=180 МПа-расчетное сопротивление металла углового шва.

По таблице 4 СП16.13330.2011

R_wz=0,45*R_un=0,45*370=166,5 МПа-расчетное сопротивление по металлу границы сплавления шва с основным металлом колоны.

R_un=370МПа-нормативное сопротивление по временномусопротивлению металла колоны

Коэффициенты проплавления _f и _z определяем по таблице 39 СП16.13330.2011

Для ручного вида сварки _f =0,7; _z=1

По п.14.1.16 СП16.13330.2011 вычисляем отношение

Тогда расчет выполняем по металлу шва по формуле (176) СП16.13330.2011

k_f-катет сварного шва

k_{f. min}=4мм

Для расчета принимаем 7 мм

Окончательно принимаем h_p=17см

Вертикальное ребро оголовника необходимо проверить на срез:

условие не выполняется.

Так как условие не выполняется, то необходимо уточнить высоту ребра из условия среза:

Окончательно принимаем h_p=26см

5.2.Расчет конструирования базы колонны

Конструирование и расчет базы состоит в нахождении размеров опорной плиты в плане, ее толщины, размеров поперечного сечения, толщины траверсы, расчет анкерных болтов и швов.

Размеры опорной плиты определяются по наибольшему неблагоприятному сочетанию M и N создающих наибольший уровень сжимающих напряжений по краю опорной плиты.

Бетон В12

- Определение расчетного сопротивления бетона на местное сжатие:

где расчетное сопротивление бетона;

коэффициент, учитывающий распределение напряжений ;

коэффициент, учитывающий класс бетона для бетона В12);

- коэффициент, учитывающий пространственность (принимаем, что ).

Определение размеров опорной плиты:

где ширина полки

толщина траверсы ;

величина консольного свеса, принимаемая от 60 до 100 мм,

Длину опорной плиты определяем из условия прочности бетона в наибольшем месте сжатия.

Принимаем

Для построения эпюры работы опорной плиты высчитываем и:

Определение толщины плиты:

Опорная плита разбивается элементами траверсами, полками и стенками. Для этих участков 1,2,3 для полосок единичной ширины определяем изгибающий момент.

Участок I

Изгибающий момент для пластины:

а=16,7 см

b=46см

b/a=2,75>2 плтогда:

Участок II

а=34см

b=17,6см

b/a=0,5>β=0,06 тогда:

Участок III

b=100-10=90см

10см-предварительная толщина траверсы.

Требуемая толщина плиты на расчетных участках определяется по формуле:

В формулаъ R_y=23кН/см² так как толщина плиты базы как правило больше 20 см.

Уточняем значение изгибаемого момента на участке 2 с учетом установленного ребра.

а= 16,5 см; b=8,8см

b/а=1,87 β=132

М₂=0,132*0,56*16,5²=20,12кН*см

Требуемая толщина плиты с учетом установленного ребра:

Окончательно принимаем

Расчет анкеровочных болтов

L_пл=66см длина плиты определена ранее.

d=50…100 расстояние м/у плитой базы и осью анкеровочного болта

L_аб= L_пл+2*5=76см

с=

Для расчета анкеровочных болтов используется III комбинация усилий.

М=140,8 кН*м; N=427,3 кН; Q=24,4 кН.

Найдем от этих усилий максимальное и минимальное напряжение:

c=43,94см

а – расстояние от центра тяжести сечения колонны до центра тяжести участка эпюры давления в фундаменте с жатием.

а=

у-расстояние от оси анкерного болта до центра тяжести участкаэпюры давления в фундаменте.

Усилие в анкеровочном болте:

n-кол.болтов.

Для вычисления требуемой площади сечения анкерного болта назначаем марку Ст пс2

R_ba=190Н/мм²=19кН/см²

Требуемая площадь сечения болта будет:

Диаметр болта подбираем по таблице Г.9 СП16.13330.2011

с A_bn=3.53

Окончательно принимаем болты из стали Ст пс2.

Максимальный изгибаемый момент в прижимной пласитине

Требуемый момент сопротивления в прижимной пластине.

Задаемся толщиной пластины 40 мм тогда требуемая ширина:

Принимаем прижимную пластину сечением 3,2х100

А=3,2*10=32см²

Траверса рассчитывается на усилие от опоры бетона с соответствующей грузовой площадью. В траверсе возникают усилия:

Q_тр=δ_max*l_св*В=0,56*7,6*54=229,8кН

М_тр= Q_тр*l_св/2=873,24 кН*см

δ_max=0,56кН/см²- максимальное напряжение под плитой.

Предварительно задаемся размерами траверсы h_тр=400мм

В траверсе возникают напряжения:

-касательные:

-нормальные:

Прочность траверсы оцениваем по приведенным напряжениям:

<1,15R_y=27,6кН/см²

Условие выполняется

Сварные швы крепления траверсы к колоне рассчитывается на усилие передаваемое колонной на сварные швы:

Принимаем катет шва равный к_f=1см

Условие проверки выполняется.

Окончательно оставляем размеры траверсы:

t_тр=10мм; h_тр=400мм; к_f=10мм

Усилия в анкерном болте:

Q_тр.А=F_А=60,75 кН

М_тр.А=60,75*8,1=492,075кН*м

L_а=7,6+5=8,1м

Траверсу необходимо усилить поперечными ребрами жескости

Принимаем шаг поперечных ребер жёсткости 3h_ef=3*46=138мм Это значение уточняется при выполнении чертежа колонны.

-ширина выступающей части парного ребра принимается не менее:

b_r=(h_ef/30+40)=(460/30+40)=56мм.

-толщина принимается не менее:

t_r=2* b_r*

Окончательно размеры b_r и t_t принимаются при выполнении чертежа но не менее рассчитанных значений.