Площадь базы сварной колонны

База колонны имеет опорную плиту, которая распределяет нагрузку на фундамент. При определении площади плиты предполагается, что давление на фундамент передаётся по всей поверхности равномерно.

где F - расчётное усилие в колонне

R_Ф - расчётное сопротивление сжатию материала фундамента.

Для бетонного фундамента

R_Ф = 50 - 80 кг/см ²

Обычно толщину плиты принимают в пределах 16-40мм.

Размеры косынки или траверсы определяют по конструктивным соображениям с учётом размещения сварных швов, через которые передаётся усилие от стержня колонны. Для закрепления плиты в фундаменте ставятся анкерные болты. Диаметр болтов не менее 25мм. С каждой стороны базы ставятся не менее 2-х болтов.

Прикрепление базы плиты к фундаменту осуществляется через траверсы, которые предают несколько большую длину, чем опорной плите. Оголовок выбирается в зависимости от сопряжения колонны с балкой.

Свободное опирание балок сверху производится через плиту, приваренную к верхнему торцу стержня колонны. Размеры сварных швов рассчитывают только из условий передачи через них вертикального давления R. Сопряжение подкрановой балки с колонной осуществляется посредством консолей. Сварные швы испытывают давление изгибающего момента M = I · R и привязывающей силы R. Монтажные стыки колонн выполняются швами с полным проваром. Для облегчения монтажа разрешается выполнение стыка на подкладках.

8.7 Пример расчёта (задача)

Подобрать сечения центрально сжатой колонны из двух швеллеров, расположенных полками наружу и соединённых между собой планками. Расчётная нагрузка N = 160 т.с, высота колонны L = 8м, опирание концов шарнирное. Материала - Ст3, R = 2100 кг/см ²

Принимаем коэффициент продольного изгиба φ=0.85 N = 160 т.с. N = L = 8м, Ст3 R = 2100 КГС/см 2 R СВУ = 2100 КГС/см 2

Определяем площадь поперечного сечения:

, см2

Выбрав по сортаметру профиль швеллера

№ 33 (А = 46,5 см ²)

r_X = 13,1 см будем иметь:

Гибкость стержня относительно оси х в соответствии с формулой

Определяем напряжение в стержне:

кг/см 2

Для определения между планками принимаем гибкость λ_b=30, тогда:

см

Расстояние между осями ветвей должно быть выбрано исходя из условия равноустойчивости:

λ_ПР=λ_X

При этом гибкость стержня относительно у

Необходимый радиус инерции сечения стержня относительно оси у

, см

Из таблицы радиусов инерции (таю. 2) берём r_Y= 0,6и отсюда следует расстояние между швеллерами

, см

Для проверки принятых размеров находим характеристики сечения. Момент инерции

, см2

Радиус инерции

 

Гибкость колонны

 

Гибкость ветвей колонны

Приведённая гибкость

Для условия расчёта соединительных планок находим условную поперечную силу
Q_УСЛ = 20 · А = 20 · 93 = 1860кга
Определим перерезывающую силу и изгибающий момент, действующий на планку

	, кгс
	, кг·см

Принимаем планку из полосы сечения 8 х 160мм, будем иметь:
Площадь поперечного сечения планки
А_n = S · B = 0,8 · 16 = 12,8 см ²
Момент сопротивления сечения планки

, см2

Расчётное напряжение в стыковом шве, прикрепляющем планку

кгс/СМ2

Если планку приварить к ветви колонны внахлёст одним угловым швом катетом равному 8мм, то вследствие уменьшения толщины расчётного сечения шва, напряжения сечения шва увеличивается и будет равен 1,4 σ

кгс/СМ2

Это значит, что один угловой шов не удовлетворяет условиям прочности. Следовательно выполняют два шва

 

Выбор швеллера

Для подбора швеллера из сортового проката применяем расчёт методом подбора, задаем предварительно значение коэффициента продольного изгиба φ =0.75
Из СНиПа φ=0,7..0,9

 

где А_Ш - площадь одного швеллера, см

F_MAX - максимальная нагрузка, т·с

φ- коэффициент продольного изгиба

R - сопротивление металла, кг/см (см. таб.3)

, см

По сортаметру ГОСТ 8240-72 выбираем ближайший швеллер.

Швеллер №12, где А_Ш = 13,3см ²

Выписываем данные: I = 304см ⁴

I_У = 31,2см ⁴

ix = 4,78см - радиус инерции

iy = 1,53см

zo = 1,54см

Проверяем устойчивость стержня относительно материальной оси х

где Iприв - зависит от схемы закрепления колонны (см таб. 6)

Находим точное значение φ(см. таб. 7)

 

 

Находим напряжение в стержнях колонны:

 

где σ- напряжение в колонне, кг/см ²

, кг/см 2

Сравниваем напряжение, которое возникает в колонне с расчётным сопротивлением материала.
σ < R

2685,3 < 2900

Условие жёсткости выполнено - колонна устойчива.

Если данное условие жёсткости не выполняется, т.е σ> R, то задают площадь сечения одного швеллера (А_Ш) большего значения

Определяем значение гибкости одной ветви

- гибкость по оси х

- гибкость по оси у

Уточняем значение гибкости одной ветви
λ_B=30(СНиП)
Расстояние между планками (L₁ )
L₁=λ_B·iy,

где λ_B - гибкость одной ветви

iy - коэффициент продольного изгиба

L₁=30-1.53=45.9, см

8. 9 Определение расстояния между ветвями

Расчёт ведётся по приведённой гибкости из условия равноустойчивости

λпр=λx


Требуемый радиус инерции (iy_ТРЕБ)

,см

Расстояние между швеллерами зависит от положения полок

, (см.таб. 5)

где В - расстояние между швеллерами, см

iy_ТРЕБ - коэффициент продольного изгиба относительно оси у

, см 2

 

8.10 Проверочный расчёт   Проверку размеров выбранного сечения производим через определения момента инерции сечения относительно оси у где а - расстояние от центра тяжести всего сечения до центра тяжести одного элемента, см (см.прокат) IyТРЕБ - значение момента инерции по оси у из сортового проката ,см Момент инерции относительно оси у (требуемый) ,см Iy = момент инерции относительно оси х (требуемый) см где Ix - значение из сортового проката по номеру швеллера Необходимый радиус инерции (требуемый) см где iy - табличное значение см   см Условие прочности гибкости по сечению планок 8.11Расчёт размеров соединительных планок Соединительные элементы бывают трёх видов: 1 - Планки применяются для малых и средних нагрузок. Планки при потери устойчивости колонны воспринимают возникающую срезывающую силу «Т» и изгибающий момент. Эти напряжения действуют в швах (рис.8-А) 2 -. Планки с раскосами применяются в мощных колоннах. Силы, которые возникают при изгибе, перераспределяются по осям, такая колонна работает как ферма (рис.8-Б). 3. - Перфорированные листы применяют в колоннах воспринимающих как статическую, так и знакопеременную нагрузку (рис.8-В). Рисунок 10 - вид соединительного элемента Соединительные планки при действии осевой нагрузки на стрежни колонны испытывают изгибающий момент и перерезывающую силу. Находим перерезывающую силу: где Т - перерезывающая сила, см , см