Сбор нагрузок

Колонна работает в составе каркаса здания. Сбор нагрузок выполняется на каркас.

· Постоянная нагрузка

Рис.15

Рис.16

1. Вес конструкции покрытия

= ∑q*B = 2,26*6 = 13,56 кН/м, где

=2,26 - постоянная нагрузка с покрытия, табл.1

В = 6м – шаг стропильной фермы

2. Собственный вес колонны

= (0,02 0,04)* + ,
где - максимальная опорная реакция от действия веса фермы.
= 0,04*35,9 + 35,9 = 37,3 кН
3. Собственный вес панелей.

= *H*B = 0,35*6,15*6 = 12,9 кН,
где = 0,35 кН/м² - вес стеновых панелей
Н*В = 36,9 м² площадь стеновых панелей, приходящихся на 1 колонну.

· Временная нагрузка

Нагрузка от снега

S = * *μ*B
где =1,8 кН/м² – п.5.1 /2/ (район строительства г. Красноярск)
= 1,4 - коэффициент надежности по нагрузке
μ = 1 – коэффициент учитывает конфигурацию кровли (Приложение 3 /2/)
S = 1,8*1,4*1*6 = 15,12 кН/м

Ветровая нагрузка

Рис.17

- давление ветра
ω = * *В*К*с

где = 0,38 кПа– нормативное значение ветрового давления (п.6.4 табл.5 карта 3 /2/)
К = 0,65– коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте (п.6.5 табл.6 /2/)
с =0,8; 0,6– аэродинамический коэффициент (п.6.6 Приложение 4 /2/)

= 1,4 - коэффициент надежности по нагрузке.
ω = 0,38*0,65*0,8*1,4*6 = 1,66 кН/м
ω’ = 0,38*0,65*0,6*1,4*6 = 1,25 кН/м

- Сосредоточенная сила от активного давления
W = *h’ = *4 = 6,64 кН
W’ = *h’ = *4 = 5 кН, где

- высота фермы.

3.3 Статический расчет каркаса

Расчет рамы производим от каждой нагрузки в отдельности, результаты заносятся в таблицу усилий.(табл.5)

Постоянная	Снеговая	Ветровая

Усилия в стойках

Таблица5

№ п/п	Нагрузка	ψ			л
М, кНм	Q, кН	N, кН	М, кНм	Q, кН	N, кН	М, кНм	Q, кН	N, кН
	Постоянная		5,73	-2,79	-151,9	-1,48	-2,79	-151,9	-8,69	-2,79	-151,9
	Снеговая		6,5	-3,2	-113,4	-3,25	-3,2	-113,4	-13	-3,2	-113,4
0,9	5,85	-2,88	-102,1	-2,93	-2,88	-102,1	-11,7	-2,88	-102,1
	Ветровая (слева)		-37,1	15,7	-	10,6	10,6	-	26,4	5,5	-
0,9	-33,4	14,1	-	9,54	9,54	-	23,76	4,95	-
	Ветровая (справа)		35,7	0,41	-	-11,9	3,28	-	-27,66	6,14	-
0,9	32,1	0,37	-	-10,7	2,95	-	-24,9	5,53	-

N_max = -265,3 кН; M = 12,23 кНм

M_max = 45,3 кН; N = -254 кН

3.4 Предварительный подбор сечения

Примем в первом приближении λ=70, по табл. 72/1/ φ=0,754

Найдем требуемую площадь сечения:

По сортаменту подбираем двутавр I 30Ш2:

Рис.18

h=295мм; b_п=200 мм; t_п=13,0 мм; t_ст= 8,5 мм; J_x=12200см⁴; J_y=1737см⁴; i_x=12,53см; i_y=4,73см; A=77,65см²;Wx=827cм³, Wу=173,7cм³, cечение ориентируем по осям.

Найдем фактическую гибкость колонны в плоскостях x-x, y-y:

; табл. 72/1/

= 0,555; = 0,779

3.5 Проверка устойчивости и прочности колонны

- в плоскости х-х

; = =98,2 = 3,35

=3,35 выполняется условие 0 < 3,35 < 5 прил.10 /3/
0,1 < m < 5 m =1,6 прил.10 /3/
А_п /А_ст = 26/22,87 = 1,1 > 1 прил.10 /3/

Тогда

m_ef = η·m=1,45·1,6 = 2,32, тогда =0,321 прил.8/3/

Устойчивость колонны в плоскости х-х обеспечивается.

- в плоскости у-у

кН\м

с – коэффициент учитывающий влияние момента Мх на потерю устойчивости Му

Мх – максимальный момент в пределах средней трети колонны или участка.

Устойчивость из плоскости рамы обеспечено.

Недонапряжение

- прочность

Недонапряжение

Местная устойчивость полок и стенки колонны прокатного сечения обеспечивается сортаментом.

3.6 Конструирование и расчет узлов.

Оголовок колонны сплошного сечения

Рис.19 Оголовок колонны

1- опорная плита; 2- опорное ребро; 3- окаймляющее ребро.

Размеры опорной плиты назначаются конструктивно:

t_pl=20 мм; b_pl=400 мм; h_pl=400 мм,

Опорное ребро.

Высота опорного ребра назначается из условия прочности сварных швов:

R_w¦=180 МПа – табл. 56/1/; g_w¦=1 – п. 11.2/1/; g_с=1,1 –табл. 6/1/; b_¦=1,1 –табл. 34/1/;
R_wz=0,45R_un=0,45×370=166,5 МПа – табл. 3/1/; g_с=1,1 – табл. 6/1/; g_wz=1 –п. 11.2/1/; b_z=1,15 – табл. 34/1/;

разрушение по металлу шва

= 180*1*1,1*1,1 = 217,8 МПа

разрушение по границе сплавления:

* * * = 166,5*1*1,1*1,15 = 210,6 МПа

Необходимую длина сварного шва определяем при разрушении по границе сплавления:

= = 0,063м = 6,3см;

где – опорная реакция с фермы;

h_p=l_w +1=7,3 см. Конструктивно назначаем высоту ребра h_p=20 см, толщину t_Р=10 мм.

Поперечное сечение опорного ребра определяется из условия прочности смятия торцевой поверхности

– площадь опорного ребра;

где , табл. 1/1/.

, принимаем t_p=10 мм тогда b_p=7,4/2*1=3,7 см принимаем b_p=40 мм;

Нижнее окаймляющее ребро. Назначаем ширину ребра b_ок.р=265 мм < H = 295 мм, толщину t_ок.р–10 мм.

База колонны.

Рис.20

а) Определение площади опорной плиты

принимаем а=800мм; в=400мм

где = 4,5 МПа – расчетное сопротивление бетона класса 7,5 при местном сжатии

б) Определение толщины плиты:

Фактическое давление под плитой:

Рассматриваем два участка:

Рис.21

- участок опертый по контуру (участок №2),

- участок опертый на три стороны (участок №1),

Участок №1 работает как плита, опертая на три стороны, т.к. выполняется условие:

, ;

Участок №2 работает как однопролетная балочная плита, т.к. выполняется условие:

, ;

Толщина плиты определяется по формуле:
= ,
где = / * = 4050,4/240*10²*1,2 = 0,14 см³ - требуемый момент сопротивления определяется по 1-му участку.

= = 0,9 см – толщина плиты при ширине полосы в 1 см.

Окончательно принимаем = 20 мм.

Расчет траверсы колонны.

Условно считается, что усилие со стержня колонны передается на траверсу через сварной шов, который ее соединяет. Длина сварного шва, крепящего траверсу, определяется по формуле:

= = = 0,0315 м

по табл. 38/1/ назначаем = 10 мм, сварка автоматическая (в нижнем положении), марка проволоки Св 08.

Геометрические размеры траверсы:

= + 10 = 41,5 мм
Окончательно принимаем = 200 мм (кратно 50мм)
Конструктивная длина сварного шва = 190 мм.

Примем толщину траверсы t_тр=10 мм.

Проверка прочности траверсы.

Проверка прочности траверсы производится на отпор фундамента. Расчетная схема траверсы – однопролетная балка с консолями.
Погонная нагрузка на траверсу определяется по формуле:

= * ,
где = b/2 = 0,2 м – ширина грузовой площади траверсы.
= 0,83*10⁶*0,2 = 166 кН/м

Расчетные усилия в траверсе:

= = (166*0,8)/2 = 66,4 кН

= - = -5,3 кНм;
= 66,4*0,148 – 166* = -3,45 кНм;
= - 166*0,253 = -42 кН;
= - 166*0,253 + 66,4 = 24,4 кН.

Определим геометрические характеристики сечения.

Рис. 22 Сечение траверсы

=20 см²; = 40 см²
= = = 10 см

= = 3,0 см

= + 9²*20 + + 2²*20 = 2460 см⁴

= / = 2460/19 = 129,5*10⁻⁶ м³

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

σ = ≤ * = 240*1,1
= 40,9 МПа < 264 МПа – прочность обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

= ≤ * = 138,6*1,1
= 21 МПа < 152,5 МПа – прочность обеспечена.

Проверка прочности от совместного действия нормальных и касательных напряжений:

σ = ≤ 1,15* *
= = 40,9 МПа; = 21 МПа.
= 54,7 МПа < 303,6 МПа – прочность обеспечена.

Проверка прочности сварных угловых швов, соединяющих траверсу и колонну, от действия нормальных и касательных напряжений:

≤

σ = ; = = = 69,2 см³

σ = = 76,6 МПа

= = = 19,22 МПа

= 79 < 183,1 МПа

Дата добавления: 2015-07-11