4. Конструирование и расчет центрально сжатой колонны

4.1. Выбор расчетной схемы

Для колонны балочных клеток принимаю колонну, жестко закрепленную на фундаменте и с шарнирным опиранием балок. Сечение колонны принимаю сплошным, состоящим из трубы.

Для определения в первом приближении требуемой площади сечения принимаем гибкость колонны в пределах  = 80. Находим значение= 0,641 и определяем требуемую площадь

(5.1)

и требуемый радиус инерции

(5.2)

где

N – опорная реакция, N = 746,3 кН;

l_ef = ·l_Ф - расчетная длина колонны;

- коэффициент, учитывающий способ закрепления опорных частей колонны, μ = 1;

l_Ф – фактическая высота колонны,

R_y- расчетное сопротивление по пределу текучести,R_y= 240 МПа;

γ_с- коэффициент условия работы, γ_с= 1,1.

Отсюда

Рисунок 10 – Расчётная схема колонны

Подбираем сечение сплошной колонны – труба 377×9 ГОСТ 10704-91

(A = 104,049 см², i = 13,015 см, ρ = 81,68 кг/м).

Рисунок 11 – Сечение колонны

Определим геометрические характеристики сечения

Гибкость:

Условная гибкость:

Коэффициент продольного изгиба при 0 < < 2,5 (п 5.3 [4]):

Проверка на устойчивость:

Проверкана прочность:

4.2 Конструирование и расчёт базы

Фундамент проектируем из бетона В10, следовательно, R_b = 6 МПа. Принимаем предварительно R_b,loc = 1,5R_b = 9 МПа.

Требуемая площадь опорной плиты

(5.3)

где

N– нагрузка на колонну, включая её собственный вес,

R_b,loc– расчётное сопротивление бетонная при местном сжатии;

(5.4)

α = 1 для бетона класса ниже Б25;

R_b – расчётное сопротивление сжатию бетона (призменная прочность),

A_f - площадь фундамента, на который опирается плита;

Примем отношение площади обреза фундамента к площади плиты 1,5.

Тогда

Примем требуемую площадь опорной плиты A_pl= 0,16 м². Тогда площадь фундаментаA_f= 0,25 м².

Отсюда

Рисунок 12 – Схема базы колонны

Базу колонны трубчатого сечения обычно принимают квадратной. Толщину плиты определяют из условия работы её как консоли, с заменой круга на равноценный по площади квадрат.

(5.5)

Где

σ_В– реактивное давление фундамента,

А_ТР– площадь трапеции,

c– расстояние до центра тяжести трапеции, с = 22 мм;

Отсюда

Тогда толщина опорной плиты

Толщину плиты примем 10 мм.

Высоту траверсы определяют исходя из требуемой длины сварного шва для полной передачи усилия со стержня колонны на траверсу:

где

n_w– количество швов, прикрепляющих траверсы к стержню колонны,n_w= 8;

β, R_w,γ_w– минимальное значение из β_f,R_wf,γ_wfи β_z,R_wz,γ_wz.

При механизированной сварке на монтаже (т.е. в любых пространственных положениях) с диаметром проволоки 1,4 мм β_f= 0,7;R_wz= 166,5 МПа,γ_w= 1,k_f= 5 мм.

Тогда

Примем h_d= 150 мм.

4.3 Конструирование и расчёт оголовка

На колонну сверху свободно опираются балки. Для передачи усилия на стержень колонны между ветвями колонны предусматриваем ребро, поддерживающее плиту и передающее нагрузку на ветви колонны. На колонну действует про­дольная сила, равная опорной реакции балки N = 746,3 кН. Ширина опорных ребер балок 400 мм. Торец колонны фрезерован. Толщину плиты оголовка принимаем равной 20 мм.

Плита поддерживается ребрами, прива­ренными к стенке колонны. Толщину ребер определяем из условия смятия:

l_r - длина сминаемой поверхности, равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка.

R_p – расчётное сопротивление на смятие торцевой поверхности;

Принимаем толщину ребер t_r равной 10 мм. Задаемся катетом шва k_f = 10 мм.

Сварка — полуавтоматическая в среде углекислого газа, материал — сталь ВСт3пс6. Сварку произ­водим проволокой Св-08Г2С. Расчетное сопротивление металла шва R_wf=215,6 МПа. Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления R_wz=166,5 МПа. Коэффициенты _f=0,8; _z=1,0.

Расчетным сечением является сечение по металлу границы сплавления.

Определяем высоту ребра по требуемой длине шва

(5.6)