4. Розрахунок східчастої позацентрово-стиснутої колони

4.1 Вихідні дані:

Необхідно підібрати переріз суцільної (верхньої) та наскрізної (нижньої) частин колони однопролітного промислового будинку. З’єднання колони з ригелем – жорстке. Розрахункові зусилля наведено в табл.3.4 для верхньої симетричної частини і в табл.3.5 для нижньої частини колони.

Отже, розрахункові комбінації зусиль такі:

1. для верхньої частини колони:

, , ;

1. для нижньої частини колони:

- підкранова вітка: ; ;

- зовнішня вітка: ; ;

;

2. для бази колони:

- підкранова вітка: ; ;

- зовнішня вітка: ; ;

;

Співвідношення жорсткостей верхньої та нижньої частин колони , матеріал колони – сталь марки С245, бетон фундаменту – В15. Переріз верхньої частини колони приймаємо у вигляді зварного двотавра, нижньої: підкранову вітку – зі зварного (з трьох листів) двотавра, зовнішню вітку – зі складного зварного швелера (з листа і двох кутників).

4.2 Визначення розрахункових довжин колони

Для нижньої і верхньої частин у площині рами вони такі: і , де і довжини відповідно нижньої і верхньої частин колони, та коефіцієнт розрахункової довжини відповідної частини колони.

Коефіцієнт знаходимо ([1], табл.4, дод.4) залежно від параметрів:

;

де:

.

, величини розрахункових нормальних сил в нижній і верхній ділянках колони, що відповідають найбільш невигідним для колони розрахунковим комбінаціям завантажень рами (згідно табл.3.4).

Приймаємо верхній кінець колони закріплений лише від повороту . Коефіцієнт зведеної розрахункової довжини для верхньої частини колони:

, тому .

Таким чином розрахункові довжини для верхньої та нижньої частин колон (згідно п.6.13 СНіП ІІ-23-81):

• з площини рами ():

;

;

• в площині рами:

;

.

Схема колони зображена на рис.4.1

Рис.4.1. Схема колони.

4.3 Підбір перерізу надкранової частини колони

Знаходимо орієнтовно потрібну площу перерізу, приймаючи для попередніх розрахунків розрахунковий опір сталі МПа:

;

де висота перетину;

ексцентриситет поздовжньої сили.

Компонуємо перерізи колони. Щоб раціонально поділити між стінкою та поличками врахувавши при цьому їх місцеву стійкість, ширину перерізу рекомендується призначати:

,

Врахувавши співвідношення:

,

і конструктивні вимоги, приймаємо перетин стінки і товщину полички (сталь марки С245 за ГОСТ 27772-88; ). Тоді

.

Остаточно приймаємо перетин стінки ;

пояси , тоді площа перетину надкранової частини колони складе .

Знаходимо геометричні характеристики прийнятого перетину:

;

;

;

.

Визначаємо гнучкість і умовну гнучкість стержня колони в площині і з площини рами:

;

;

;

.

Для перевірки стійкості верхньої частини колони в площині дії моменту попередньо знайдемо зведений ексцентриситет:

де: коефіцієнт впливу форми перетину (табл. 73, СНіП ІІ-23-81). При і , при обчислимо за формулою:

;

відносний коефіцієнт:

Залежно від і ([1], табл.2, дод.8) знаходимо коефіцієнт позацентрового стиску . Перевіряємо стійкість колони:

.

Перевіряємо стійкість верхньої частини колони з площини дії моменту. Попередньо знаходимо коефіцієнти і :

де:Тут момент у перерізі СВ при тому ж поєднанні, що й момент у перерізі В.

При коефіцієнт обчислимо по:

де: .

При ; ; , згідно (табл.10, СНіП ІІ-23-81 ) ;

,

,

,

Перевіряємо стійкість стержня колони перпендикулярно до площини дії моменту :

.

Перевіряємо місцеву стійкість поличок і стінки колони прийнятого перетину. Стійкість поличок колони забезпечення згідно з формулою:

Стійкість поличок забезпечена.

Перевіряємо місцеву стійкість стінки, що залежить від ,(п.7.16,СНиП ІІ-23-81),

де: найбільше стискаюче напруження на розрахунковій границі стінки, що приймається зі знаком «+» і обчислене без врахування коефіцієнтів , або ;

відповідне напруження на протилежній розрахунковій границі стінки.

;

;

;

середнє дотичне напруження в розглядуваному перетину.

Величина , тому місцеву стійкість стінки перевіряємо за формулою:

;

де: ,

,

,

Оскільки , згідно з п. 5.24 СНиП ІІ-23-81 перевірка міцності не потрібна, тому що вона наперед забезпечена.

Рис.4.2 Поперечний перетин надкранової частини колони.

Таким чином, міцність, загальна стійкість верхньої частини колони і місцева стійкість її елементів забезпечені.

Поясні шви виконують двосторонніми і розраховуємо їх по табл.37, СНиП ІІ-23-81:

по металу шва;

по металу елемента;

де: статичний момент.

Зварювання нижнє автоматичне, , , (табл.34, СниП ІІ-23-81), , коефіцієнти умов роботи шва, , , .

Електрод типу Е42,

;

.

Приймаємо .