Конструирование и расчет нижней части колонны

4.1. Компоновка сечения нижней части колонны:

На концах нежней части колонны (в уровне фундамента и подкрановой балки) могут действовать несколько комбинаций расчетных усилий. Для каждой из этих комбинаций вычисляется:

 

По наибольшему значению компонуем сечение колонны

Расчетное сечение колонны представлено на рис.3;

 

 

Рис.3 Расчетное сечение колонны: 1-если стенка неустойчива; 2-если стенка устойчива.

 

Если стенка устойчива, в работу включаются все сечение (рис.3-1), если неустойчива, то включается в работу сечение поясов и 2 участка размерами a х t_ст (рис.3-2). При этом

Предположим, что стенка неустойчива, тогда

В расчетной схеме рамы заложено значит

где -наибольшая из выбранных по расчетным комбинациям площадь сечения колонны;

- требуемые площади сечения левой (подкрановой) и правой (шатровой) ветвей.

Для подкрановой ветви принимается прокатный двутавр №36, у которого , здесь - площадь двутавра.

Местная устойчивость обеспечивается b_п/t_п=29,27<30.

Шатровая ветвь принимается из полосы ; Размеры .

 

 

4.2. Геометрические характеристики принятого сечения:

-площадь ослабленного сечения.

Остальные геометрические характеристики принимаются по сечению брутто. Положение нейтральной оси:

- расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленного волокна сечения с учетом толщины пояса и размера полки двутавра.

4.3. Расчет на местную устойчивость:

При . местная устойчивость пояса обеспечена.

Чтобы убедиться в том, что устойчивость стенки обеспечена, необходимо провести расчет без учета условного выреза, т.е. по рис. (4-1). В этом случае площадь сечения колонны будет: Остальные геометрические характеристики, принятые по сечению брутто, не изменились.

Стенка устойчива в плоскости изгиба, если:

Стойка не устойчива, предположение было выдвинуто правильно и дальнейший расчет производим по ослабленному сечению .

 

4.4.Расчёт и конструирование базы колонны:

База колонны служит для передачи нагрузки от стержня на фундамент и закрепления колонны в фундаменте. Базы сплошностенчатых колонн применяют с двустенчатой траверсой. Принимаем для фундамента класс бетона В15, для которого призменная прочность бетона R_c = 8,5 МПа.

Расчетные нагрузки на базу определяются из таблицы сочетаний в сечении рамы по обрезу бетонного фундамента.

1-я комбинация М₁=759,9кН*м;N₁=-821,7кН;

2-я комбинация М₂=339,6кН*м;N₂=-1087,7кН;

3-я комбинация; М₃=435,4кН*м;N₃=-1195,8кН;

Под опорной плитой от этих комбинаций возникают реактивные усилия отпора бетона фундамента , , .

По конструктивным соображениям оп­ределяем ширину опорной плиты под колонну: В = b_f+ 2с = 360 + 2·70 = 500 мм=50см, где b_f – ширина полки колонны, равная 360 мм; с – вылет консоли плиты, назна­чаемый обычно в пределах 100 – 50 мм.

Определяем длину плиты по следующей формуле:

, принимается кратно 20 мм.

Расчет ведется по всем комбинациям и принимается наибольше значение . – расчетное сопротивление бетона марки B15 фундамента на сжатие.

1-я комбинация L^треб =94,4см;

2-я комбинация L^треб =57,6см;

3-я комбинация L^треб =65,6см.

Примем L=96см.

От каждой комбинации нужно подсчитать фактическое напряжение в бетоне, проверить его прочность:

1-я комбинация ; ;

2-я комбинация ; ;

3-я комбинация ; .

Опорную плиту подкрепляют ребрами и траверсами. Они образуют в плите систему отсеков 1, 2, 3. Если основных ребер мало, ставят дополнительные, тогда появится дополнительные отсеки 4 и др. предварительно ставиться минимальное количество ребер.

В пределах каждого отсека плита работает на изгиб как пластина, опертая на 3 каната (отсеки 1 и 2), на 4 каната (отсек 4), или как консоль с вылетом равным (отсек 3). С помощью таблиц 8.6 или 8.7[1] определяются изгибающие моменты для каждого отсека:

Из условия прочности при изгибе определяется толщина опорной плиты базы по наибольшему из этих моментов:

Толщина плиты должна быть менее 40 мм. В противном случае в отсеке с ставятся дополнительные ребра и появляются новые отсеки (отсек 4). Здесь плита будет оперта на 3 канта и , тогда , согласно табл.5 Приложения 14 [1] принимаем .

Принимаем толщину траверсы . Каждая траверса крепится к полка колонны двумя сварными швами. Траверса работает как консоль, воспринимая отпор бетона фундамента со своей грузовой площади и усилие в анкерном болте .

Для определения используется особая комбинация расчетных сочетаний в раме, дающая минимальную сжимающую при наибольшем отрывающем моменте , . Для , строится эпюра напряжений отпора бетонного фундамента. Из условия равновесия относительно центра тяжести сжатой зоны бетона усилие в каждом из двух анкерных болтов будет:

где, − количество болтов в растянутой зоне.

Расстояние между анкерными болтами:

Из условия растяжения площадь болта

где, − расчетное сопротивление анкерного болта растяжению

Принимаем диаметр болта 42мм, согласно требованиям. Размеры прижимной плиты и определяются из условия изгиба как в балке сечением пролетом , загруженной двумя силами .

Из условия жесткости высотой траверсы задаются не менее 400 мм. Вертикальные швы крепления траверсы, её сечение, а также швы и сечения ребер рассчитывают на отпор бетона с соответствующих грузовых площадей.

В траверсе шатровой ветви возникают усилия:

;

Напряжения в траверсе от этих усилий и проверка прочности её сечения:

;

Проверка прочности вертикальных угловых сварных швов крепления траверсы к ветви колонны:

Катетом шва задаются по толщине стыкуемых элементов

Траверса проверяется дополнительно на усилие . Усилия в траверсе от :

;

где,

Напряжения в траверсе от этих усилий и проверка прочности её сечения:

Проверка прочности вертикальных угловых сварных швов крепления траверсы к ветви колонны: