5.2. Решение опорных узлов колонны

5.2.1. Конструирование оголовка колонны.

Толщину опорной плиты оголовка назначаем конструктивно 2,5 см. Предусматриваем расположение опорных ребер главных балок по осям швеллеров колонны (рис.10), торцы которых предварительно фрезеруются. Для принятой конструкции оголовка назнача

ем катет шва приварки опорной плиты к торцу колонны конструктивно: k_f =0,7 см.

Рис.10. Конструкция оголовка колонны сплошного сечения.

5.2.2. Расчет и конструирование базы колонны

Определим нагрузку от собственного веса колонны:

1,21 кН

где

g₄ - масса 1 п.м принятого швеллера (1 кгс/м=0.01 кН/м)

Расчётная нагрузка на фундамент:

348,16+1,05×1,21=349,43кН

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:

1,5×11,5×0,1×0,9=1,55 кН/см²,

где

R_b = 11,5 МПа – расчетное сопротивление бетона сжатию для класса В20

=0,9 – коэффициент условий работы бетона.

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

см²

Размер стороны опорной плиты, параллельной высоте сечения колонны, принимаем с учетом двухсторонних свесов с=6….8см :

h_pl=h_c +2×c=14+2×6=26 см.

где

h_c – высота швеллера, см;

Определим ширину опорной плиты:

см

Полученное значение b_pl округляем до 2 см в большую сторону, принимаем b_pl = 12 см.

Ширина опорной плиты не должна быть меньше ширины сечения колонны, поэтому проверим условие:

b_pl >2× b 12 см > 2×5.8 = 11.6 см.

Условие выполняется, окончательно принимаем b_pl = 12 см

Уточним фактическую величину сопротивления бетона при местном сжатии опорной плитой базы колонны, для этого зададимся 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= 26+2×15=56 см

b_f=b_pl+2×20=12+2×20=52см

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

2.42 кН/см²

При этом должно соблюдаться условие:

2.42 >1.5525=1.5×11.5×0.1×0.9

В случае если условие не выполняется, в дальнейших расчетах в качестве сопротивления бетона местному сжатию поэтому в дальнейших расчетах используется величина

R_b,loc = 1,15 кН/см².

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

кН/см² < 1,15 кН/см²

При несоблюдении условия размеры опорной плиты увеличивают и повторяют проверку напряжений местного сжатия бетона.

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

Рис.11. База колонны сплошного сечения.

Величины моментов составят:

– в консольной части плиты (участок 1):

кНсм

где

с – консольный свес плиты, см;

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

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

a₂ = 0,5(b_pl  2b_f) =0,5(12  25.8) = 0.2см,

b₂ = h = 14 см.

a₂ /b₂ = 0,2 /14 = 0,01

Так как a₂ /b₂ = 0,01 < 0,5, изгибающий момент определяем как для консольной части плиты, т.е.:

кНсм

Для определения изгибающего момента в части плиты, опертой по четырем сторонам, (участок 3) вначале необходимо определить по табл.2 значение коэффициента  в соответствии с отношением a₃ /b₃.

a₃ = h = 14 см,

b₃ = 2b_f = 25,8 =11,6 см.

a₃/b₃ = 14 /11,6 =1,21 см.

По табл.2, интерполируя, находим  = 0,0636.

Изгибающий момент (формула 5.25):

0.0636×1,1×11.6=9.41кНсм

Толщину опорной плиты определим по наибольшему из найденных изгибающих моментов :

см

Окончательную толщину опорной плиты назначаем по сортаменту листовой стали (табл.8 приложений МУ) t_pl = 30 мм.

Траверсу базы привариваем к колонне вертикальными швами, выполняемыми ручной сваркой.

Толщину траверсы принимаем конструктивно t_d =16 мм. Катет углового шва: k_f = t_d – 0,2см =1,6см – 0,2см = 1,4 см > 0,4см. Высоту траверсы назначим из условия полной передачи усилия от колонны на опорную плиту через сварные швы:

4,952см

где

β_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

R_ωf = 18кН/см – расчетное сопротивление металла шва для электродов Э42А

n = 4 – число учитываемых в расчете швов

=83,3 см

По конструктивным соображениям принимаем высоту траверсы h_d = 25 см.

Анкерные болты базы колонны назначаем конструктивно диаметром 20 мм с глубиной заделки в фундамент не менее 700 мм.