3. Центрально-сжатые колонны.

3.1 Подбор сечения сплошной колонны.

Требуется подобрать сечение сплошной центрально-сжатой колонны. Закрепление колонны – шарнирное сверху и снизу. На колонну сверху опираются главные балки, входящие в состав балочной клетки. Отметка верха настила – 9,5 м.

На колонну нагрузка передается с двух главных балок. Определяю продольно сжимающую силу:

2∙1529=3058 кН,

где максимальная поперечная сила в главной балке.

_{По [1, прил. 5]} . Расстояние между точками закрепления (отметками низа главной балки и обрезом фундамента) определим по формуле

=950-173,5-2+90 = 864,5 см, где

мм – размер колонны ниже отметки пола.

По заданию для колонны используется сталь С275. Колонна относится к третьей группе конструкций по назначению [2, табл. 50]

кН/см² при толщине листового проката до 20 мм.

Задаемся гибкостью λ = 70 (N > 3000 кН), φ=0,739 [1, прил. 7].

Рис. 7. а – расчетная схема колонны; б – сечение колонны.

Требуемую площадь сечения колонны определяем по формуле см².

Компонуем сварное двутавровое сечение колонны

см, где см; 0,24 [1, прил. 8]

Принимаем стенку из листа 420 × 14 мм, пояса – 420 × 16 мм.

Площадь сечения колонны см² > см²

Определим геометрические характеристики сечения:

мм, мм, мм,

см⁴, см,

> 2.

Проверим местную устойчивость поясов и стенки колонны:

;

Местная устойчивость элементов сечения колонны обеспечена.

Проверим устойчивость колонны

< 1,

где [1, прил. 7] по .

Устойчивость колонны обеспечена. Недонапряжение 2,3 %.

3.2 Расчет оголовка колонны.

Расчетная нагрузка на оголовок колонны кН.

Строганную опорную плиту толщиной мм привариваем к фрезерованному торцу стержня колонн угловыми швами с катетом мм [1, табл. П4.5]. Размеры плиты в плане 490 × 460 мм. Ширину опорных ребер принимаем не менее

мм.

Ребра и плиту проектируем из той стали что и стержень колонны С275 с кН/см² [1, прил. 1].

Расчетная длина сминаемой поверхности ребер равна мм.

Толщину ребер оголовка определим по формуле:

см.

Принимаем ребро из полосы по ГОСТ 103-76* [1, табл. П9.8] сечением 32 × 150 мм ( мм > мм).

Ребра привариваем к стенке колонны угловыми швами электродами типа Э42 [1, табл. П4.1] с расчетным сопротивлением металла шва кН/см² [1, табл. П4.1].

кН/см².

Зададимся катетом сварного шва [1, табл. П4.5] :

мм мм мм

и определим высоту ребер оголовка:

см. Принимаем 55 см.

Рис. 8 Оголовок колонны.

Проверим ограничения по длине фланговых швов

см см.

Ограничения выполнены.

Проверим прочность ребра и стенки колонны:

кН/см² 15 кН/см²;

кН/см² 15 кН/см²,

Прочность стенки колонны не обеспечена. Увеличиваем высоту ребра оголовка см.

кН/см² 15 кН/см².

Заданный оголовок удовлетворяет условиям прочности.

3.3 Расчет базы колонны.

Расчет базы центрально-сжатой сплошной колонны при шарнирном сопряжении ее с фундаментом. Материал фундамента – бетон класса В25. Материал базы – сталь С275.

Расчетная нагрузка на базу колонны с учетом ее собственного веса

кН.

Для бетона В25 – 1,45 кН/см² [1, табл. 12]. Примем и определим требуемую площадь плиты базы:

кН/см²; см²;

Рис. 9 База колонны

Проектируем базу с траверсами из листов толщиной 10 мм и с учетом размещения консольных свесов (участок 1) и проушин для анкерных болтов (участок 3) назначаем размеры плиты 52 × 62 см с площадью см².

Принимая размеры верхнего обреза фундамента 70 × 80 см, уточним расчетное сопротивление бетона смятию и проверим прочность бетона фундамента:

;

Расчетное сопротивление бетона смятию кН/см²;

кН/см² кН/см².

Прочность бетона фундамента обеспечена.

Определение толщины плиты. Так как опорная плита является листовой конструкцией, изгибающие моменты на каждом участке плиты находим от погонной нагрузки

см кН/см, собранной с полосы шириной 1 см.

Участок 1 – консольный. Вылет консоли 40 мм.

кН∙см.

Участок 2 – опертый на четыре канта. Отношение большей стороны к меньшей .

кН∙см,

здесь 0,125 [1, табл. 13].

Участок 3 – опертый на три канта. Отношение закрепленной стороны пластины к свободной . Плита рассчитывается как консоль

кН∙см.

Определяем требуемую толщину плиты:

см,

где 48,92 кН∙см; 26 кН/см² [1, прил. 1]; [1, табл. П2.1].

Принимаем толщину плиты 32 мм [1, прил. 9.6] (1 мм добавляем на фрезеровку).