Подбор сечения сквозной колонны.

Подбор сечения сквозной колонны начинается с расчета на устойчивость относительно материальной оси х, т. е. с определения требуемой площади сечения по формуле

Задавшись гибкостью и определив по ней коэффициент, получаем требуемую площадь и требуемый радиус инерции относительно материальной оси, учитывая, что гибкость относительно материальной оси равна расчетной гибкости.

Определив требуемую площадь и требуемый радиус инерции, подбираем по сортаменту соответствующий им профиль швеллера или двутавра. Если эти величины пo сортаменту не будут совпадать в одном профиле, что бывает при неудачно заданной гибкости, то нужно взять профиль, в котором величины А и i имели бы значения, наиболее близкие к найденным.

Приняв сечение стержня, проверяем его устойчивость по формуле:

В колоннах с планками рекомендуется принимать гибкость ветви, но не более 40.

После окончательного подбора сечения колонну проверяют на устойчивость относительно оси y по формуле (8.11) .

Расчет безраскосной решетки (планок). Расстояние между планками определяется принятой гибкостью ветви и радиусом инерции ветви

В сварных колоннах за расчетную длину ветви принимают расстояние между планками в свету.

Расчет планок состоит в проверке их сечения и расчете прикрепления их к ветвям. Планки работают на изгиб от действия перерезывающей силы ф, величина которой определяется из условия равновесия вырезанного узла колонны:

Отсюда:

Высоту планки hПЛ обычно определяют из условия ее прикрепления.

Толщина планок берется конструктивно от 6 до 10 мм в пределах (1/10-1/15) hПЛ.

В месте прикрепления планок действуют поперечная сила FПЛ и изгибающий момент МПЛ, равный:

В сварных колоннах планки прикрепляют к ветвям внахлестку и приваривают угловыми швами, причем планки обычно заводят на ветви на 20-30 мм

Расчетные длины

Расчетные длины колонн (стоек)

6.8. Расчетные длины I_ej колонн (стоек) постоянного сечения или отдельных участков ступенчатых колонн следует определять по формуле

где l - длина колонны, отдельного участка ее или высота этажа; µ. - коэффициент расчетной длины.

38. Конструирование и расчёт базы центрально-сжатой колонны.

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000…5000 т) рекомендуется применять базы с траверсами. Траверса воспринимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную плиту.

После выбора типа базы расчетом устанавливают размеры опорной плиты в плане и ее толщину. В центрально-сжатых колоннах размеры плиты в плане определяют из условия прочности фундамента.

1. Определение размеров плиты в плане.

Нагрузка на базу колонны N_б = N+G,

где N – максимальная продольная сила на опоре; G – вес колонны.

G = g _f × А× × g_ст

Требуемую площадь плиты определяют по формуле:

A_тр = , (7)

где R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию;

g – коэффициент, принимаемый равным 1, 2...1, 3.

Размеры плиты (В и L) принимаются с учетом типа сечения колонны, расположения стержня в плане, а также размещения траверс и укрепляющих плиту ребер. Вылет консольной части плиты принимают вначале 80…120 мм и уточняют в процессе расчета толщины плиты. Плита работает как пластинка на упругом основании, воспринимающая давление стержня, траверс и ребер. Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки, опертой на торец колонны, траверсы и ребра и загруженную снизу равномерно распределенной нагрузкой от отпора фундамента

Напряжения под плитой базы

q=N/А_пл.

Плита может иметь участки, опертые на четыре, три канта или два канта (рис. 5).

Рис. 5. База центрально сжатой колонны

2. Определение толщины плиты. Для определения толщины плиты вычислим изгибающие моменты на разных участках, принимая q = s.

Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см в пластинках, опертых на 3 или 4 канта, определяются по формулам:

при опирании на три канта:

М=bqс²; (8)

при опирании на четыре канта:

М=aqa², (9)

где q – расчетное давление на 1 см² плиты, принимаемое равным напряжению в железобетонном фундаменте; _.

b, a – коэффициенты, зависящие от отношения сторон расчетного участка плиты, принимаются по табл.3 и табл.4;

a – от отношения более длинной стороны к короткой;

b – от отношения закрепленной стороны пластинки к свободной.

При отношении сторон b/a > 2 расчетный момент определяется как для однопролетной балочной плиты по формуле:

М=qa²/8. (10)

При отношении сторон b₁/с > 2 плита рассчитывается как консоль, изгибающий момент определяется по формуле:

М=q b₁²/2, (11)

где а, b, а₁, b₁ – размеры расчетного участка плиты.

Толщина плиты определяется по наибольшему изгибающему моменту, вычисленному на различных участках:

t_пл= . (12)

Рекомендуется принимать толщину плиты в пределах 20…40 мм.

Диаметр анкерных болтов при шарнирном сопряжении принимают равным d 20…30 мм, а при жестком d 24…36 мм. Диаметр отверстия для анкерных болтов принимается в 1, 5…2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбу с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к базе.

Предполагается, что усилие N со стержня колонны передается на траверсу, а затем на фундамент. Усилие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых определяет высоту траверсы. Если ветви колонны прикрепляются к стержню колонн четырьмя швами, то высота траверсы определяется по формуле:

. (13)

Высота углового шва принимается не более 1…1, 2 толщины ветви траверсы, которая из конструктивных соображений устанавливается равной 10…16 мм. Высота траверсы принимается не более 85β _wκ _f.

Проверяем допустимую длину сварного шва:

£ 85 β _f× k_f

Проверим прочность швов

39. Компоновка балочных конструкций

Балки используют в виде отдельных несущих конструкций, или в виде перекрестных балок.

Система несущих балок называется балочной клеткой. Балочные клетки подразделяются на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный. Упрощенный тип применяется при малых пролетах. В этом случае рационально использование прокатных балок. Шаг балок определяется конструктивным решением настила. При нормальном типе балочной клетки главные балки, как правило, составного сечения, а балки настила – прокатные или гнутые. Усложненный тип балочной клетки применяется при больших нагрузках и расстояниях между колоннами. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное. При этажном сопряжении вспомогательные балки устанавливаются на верхний пояс главных. Такое сопряжение удобно при монтаже и изготовлении, но увеличивает высоту перекрытия. При сопряжении в уровне вспомогательные балки крепятся к главным сбоку. Расстояние между балками настила определяется несущей способностью настила и обычно бывает 0.6 – 1.6 м при стальном и 2-3.5 м при железобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками 2 – 5 м.

Рис.4 Типы сопряжений балок

40. Опирание балки на колонну сверху. Расчёт и конструирование.

Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к вдвойне. Такое соединение может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое - в каркасах многоэтажных зданий. Примеры опирания балок на колонны

а, б - сверху

в - сбоку

Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, (а), либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну (6). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по а) центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

Выступающая вниз часть опорного ребра (б) не должна превышать a < 1, 5 t_OP и обычно принимается 15-20 мм.

Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0, 65 в каждую сторону (б, а эта площадь заштрихована) и длиной, равной высоте стенки балки:

Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного Шва. Шарнирное примыкание балок сбоку по рис. 15, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от описания балок сверху по рис. б.