3. Проектирование колонны.

Конструктивно колонны состоят из трех частей:

1)Оголовок - верхняя часть колонны, воспринимающая нагрузку от балочной клетки;

2)База – нижняя часть колонны, распределяющая нагрузку на фундамент;

3)Стержень – основная часть колонны, расположенная между оголовком и базой.

3.1. Подбор поперечного сечения стержня.

Стержень колонны, который является ее наиболее материалоемкой частью, проектируют сплошного или сквозного сечения. В рамках курсового проекта рассматриваем два варианта конструктивного решения стержня (сплошное и сквозное) для экономического сравнения.

С плошное сечение.

а) Расчетная схема.

1

Определим геометрическую длину стержня колонны:

где - толщина настила = 0,010 м

- высота балки настила = 0,33 м

- высота главной балки = 1,3 м

- высота базы колонны, принимаемая 0,7 м

Определим расчетную длину стержня, необходимую при проверке устойчивости:

- коэффициент расчетной длины, принимаемый при шарнирном примыкании стержня с обеих сторон.

Значение расчетной нагрузки на наиболее нагруженную колонну составляет:

где - максимальное значение поперечной силы в главной балке.

б) Статический расчет.

Стержень колонны в данном варианте расчетной схемы является центрально сжатым. Максимальное значение расчетной продольной силы составит, Н:

где – коэффициент, учитывающий собственный вес колонны (ее масса пока не известна).

3. Конструктивный расчет.

Для подбора сечения стержня определяют требуемую площадь попе- речного сечения, м²:

– минимальное значение коэффициента продольного изгиба для центрально сжатого стержня.

Так как не все параметры известны, то значение коэффициента принимается из опыта проектирования предварительно

Принимаем двутавр №40К3 с геометрическими характеристиками:

, ,

Уточним гибкость стержня:

< 120…130

Условная гибкость стержня:

По приложению 4 для типа сечения «b» принимаем

Проверка выбранного сечения на устойчивость:

Проверка стержня на гибкость:

Проверка не удовлетворяет условиям. Поэтому целесообразно принять составное сечение двутавра

Определим требуемые размеры сечения, задавшись предварительным значением

Тогда , α₁= α₂=0,24 (коэффициенты для двутаврового сечения центрально сжатого стержня) и размеры сечения

Определяем толщину стенки двутавра из условия местной устойчи-

вости:

Толщину стенки принимаем 8мм (прил. 2).

Далее компонуем пояса. Их толщину находим из условия прочности:

где – требуемая площадь одного пояса.

Толщину поясов принимаем 22мм и проверяем их по условию местной устойчивости:

т.е. обеспечивается.

Определяем необходимые геометрические характеристики сечения:

Уточняем гибкости стержня:

< 120…130

Условная гибкость стержня:

По приложению 4 для типа сечения «b» принимаем

Проверка выбранного сечения на устойчивость:

Проверка стержня на гибкость:

Проверка удовлетворяет условиям.

Сквозное сечение

Рассмотрим вариант сквозного сечения стержня колонны из двух ветвей, что наиболее применимо в таких сооружениях. Формирование расчетной схемы и статический расчет стержня ни чем не отличается от варианта со сплошным сечением.

Конструирование заключается в подборе сечения двух ветвей, как правило, из прокатных профилей и определении расстояния между ветвями.

Сечение подбирают исходя из требования

– минимальное значение коэффициента продольного изгиба для центрально сжатого стержня

Так как не все параметры известны, то значение коэффициента принимается из опыта проектирования предварительно для сквозного сечения

Принимаем 2 двутавра 35Б2 с геометрическими характеристиками:

, ,

Уточним гибкость стержня относительно материальной оси:

<120…130

По приложению 4 для типа сечения «b» принимаем

Требуется проверка устойчивости стержня относительно материальной оси (х-х):

Условие не выполняется.

Принимаем 2 двутавра 40Б1 с геометрическими характеристиками:

, ,

Уточним гибкость стержня относительно материальной оси:

<120…130

По приложению 4 для типа сечения «b» принимаем

Требуется проверка устойчивости стержня относительно материальной оси (х-х):

Проверка стержня на гибкость:

Проверка удовлетворяет условиям.

Расстояние между ветвями b находят из условия равноустойчивости сечения. Принимаем - гибкость ветви стержня относительно свободной оси (у₀-у₀) на участке между элементами соединенной решетки.

Тогда

Определяем требуемый радиус инерции сечения и расстояние между ветвями:

Принимаем расстояние между ветвями b=36см (кратно 20мм).

Вычислим геометрические характеристики сечения относительно свободной оси:

Уточним гибкость стержня относительно свободной оси:

<

Условие равноустойчивости выполняется.

Для совместной работы ветвей стержня сквозного сечения требуется постановка соединительной решетки: безраскосной или раскосной, закрепляемой на сварке. Для центрально сжатых колонн с расстоянием между ветвями целесообразна безраскосная решетка (соединительные планки из листовой стали).

Размер планок определяется из конструктивных соображений:

=0,65*26=16,9≈18см

=0,07*18=1,26≈1,4см

Шаг планок по сути уже задан гибкостью в расчете стержня:

Принимаем

Тогда расстояние между осями планок:

Принимаем , ,

Для расчета планок нужно определить условную поперечную силу в сечении колонны, которая возникает при продольном изгибе (потере устойчивости):

которая распределяется на усилия между двумя планками:

Прочность самих планок обеспечиваются принятыми размерами. А расчету подлежат сварные швы, прикрепляющие планки. Сварка – ручная, электродами Э42.

От условной поперечной силы в сварных швах возникают перерезывающие силы и изгибающие моменты:

Прочность сварных швов по приведенным напряжениям:

- нормальные напряжения в шве;

- касательные напряжения в шве;

- момент сопротивления шва;

- площадь сечения шва;

- катет сварного шва;

- длина сварного шва;

= - минимальная прочность сварного соединения угловыми швами (по металлу шва),

- коэффициент проплавления сварного шва для ручной сварки [1];

- расчетное сопротивление сварного соединения угловыми швами для электродов марки Э42 (прил. 5);

- коэффициент условия работы сварного соединения без учета климатического района [1].

Кроме соединительных планок ветвей стержни соединяют диафрагмами жесткости для обеспечения крутильной жесткости. Для этого принимаем листовую сталь 6 мм. Шаг диафрагм 2,96 м.

3.2. Сравнение вариантов сечений

№ вар.	Расход стали				Количество
	на основной комплект, кг	на детали, кг	общий, кг	общий, %	типоразмеров	элементов
1	2398,9	-	2398,9	100	1	1
2	959,16	109,95	1069,11	57	3	19

Вариант №1

Вариант №2

Вывод: Принимаем вариант №2 т.к. он менее металлоемок.