3. Расчет и конструирование колонны

3.1. Расчетная схема. Расчетное усилие

Колонны рабочей площадки рассчитываются как центрально-сжатые стержни по формуле

N/(A)R_Y_C , (10)

где -минимальный коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от максимальной гибкости (_X или _Y) и расчетного сопротивления стали R_Y по табл.72[1] или по табл.П.4.

При расчете главной балки было принято шарнирное сопряжение балки с колонной. Горизонтальная несмещаемость верхнего конца колонны обеспечивается системой вертикальных связей. Нижний конец колонны считается закрепленным шарнирно, если анкерные болты крепятся к опорному листу базы, и защемленным, если болты закреплены на траверсах, которые развиты относительно данной оси сечения стержня (рис.16).

Рис. 16. К расчету колонны: а – конструктивные схемы; б – расчетные схемы

З а длину стержня l_C принимается расстояние от низа ГБ до низа базы колонны (до верха фундамента): l_C=h_Н-(t_H+h+a)+h_Б. Здесь h_H-отметка верха настила по заданию ; t_H-толщина настила; h-высота сечения главной балки; а - выступающая часть ребра главной балки, которую можно принять равной 30мм; h_Б - заглубление базы колонны ниже нулевой отметки, принимается равным 0,5…1,0м.

Расчетная длина колонны l_ef=l_C, где -коэффициент, зависящий от способа закрепления концов сжатого стержня (рис.16). В курсовом проекте закрепление обоих концов можно принять шарнирными.

Расчетная сосредоточенная сила N равна двум опорным реакциям ГБ: N=qL, где q-расчетная нагрузка на ГБ.

3.2. Компоновка и подбор сечения

С начала, задавшись приблизительно гибкостью =70…100, по табл.П.4 находим для соответствующего значения R_Y коэффициент  и определяем условную гибкость = . Затем, из формулы (10), вычисляем требуемую площадь сечения А_ТР=N/R_Y и назначаем размеры сечения.

3.2.1. Колонны сплошного сечения

Некоторые варианты сечений сплошной колонны показаны на рис.17.

Прокатные профили подбираются по сортаментам. При назначении размеров сварной колонны необходимо учитывать ряд требований. Так, чтобы обеспечить возможность автоматической сварки, ширина b_f сварного двутавра должна быть не менее 220мм и не более высоты стенки h_W.

По принятой гибкости, используя зависимости, приведенные на рис.17, определяют приближенно требуемую ширину полки bfтр=lef/0.24λ. Высоту стенки колонны h_W принимают примерно равной bfтр, с учетом стандартных размеров листов.

Рис. 17. Типы сечений сплошных и сквозных колонн

Толщина стенки при компоновке сечения принимается минимальной в пределах 6…14мм из условия ее устойчивости:

п ри <2 t_W(h_W/(1,30+0,15²)) ;

п ри 2 (h_W/2,3) t_W(h_W/(1,20+0,35)) .

Требуемые площадь сечения полки двутавра A_f,ТР=(A_ТР-h_Wt_W)/2 и ее толщина t_f,ТР=А_f,ТР/b_f.

Толщина полки t_f двутавра должна удовлетворять устойчивости полки:

t _fb_ef /(0,36+0,1), где b_ef=0,5(b_f-t_W) –свес полки.

Назначив приближенно размеры сечения, делаем точную проверку общей и местной устойчивости колонны:

1. Определяются характеристики сечения A, I_X, I_Y, i_X, i_Y.

2. Вычисляются гибкости стержня: _X=l_X/i_X, _Y=l_Y/i_Y.

3. По большему из двух значений гибкости определяется  из табл.П.4 и делается проверка общей устойчивости колонны:

N/(A)R_Y_C.

4. Должно соблюдаться условие: _МАХ_ПРЕД; _ПРЕД=180-60, где =N/(AR_Y_C) [1].

5. Для двутаврового сечения вычисляется точное значение отношения h_W/t_W. При значении h_W/t_W2,3 стенка двутавровой колонны укрепляется поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5…3)h_W одно от другого. Размеры ребер жесткости назначаются так же, как и в главной балке.

Если при проверке общей устойчивости обнаружены большие запасы несущей способности (более 5…10%), сечение колонны корректируют и проверку повторяют.