Окончательно назначаем двутавр 35Ш1

Расчёт оголовка колонны

 

Конструктивное решение опорного узла фермы дано на Рис.16. Здесь нет явно выраженного опорного ребра. Его роль играет фасонка и уголки стойки фермы.

На этом же рисунке дано конструктивное решение оголовка. Строганную плиту толщиной t_pl = 20 мм привариваем к фрезерованному торцу стержня колонны угловыми швами катетом k_f = 7 мм (см. табл. 38* СНиП II-23-81*). Размеры плиты в плане 280х380 мм, т.е края плиты выступают за габарит сечения колонны на 20 мм с каждой стороны по высоте сечения и на 15 мм по ширине.

Ширину опорных рёбер принимаем не менее

 

b_r ≥ b_h /2 + t_pl -t_w /2 = 160/2 + 20 - 9,5/2 = 95,25 мм. Назначаем b_r = 100 мм,где

 

b_h = 75+75+10 = 160 мм - габарит сечения оорного узла по ширине фермы. Здесь 75 мм - ширина полки уголка, 10 мм - толщина фасонки.

 

Рёбра и плиту проектируем из стали С235 (учитывая относительно небольшую нагрузку на ферму), для которой R_p = R_u = 35 кН/см² (см. табл. 51а СНиП II-23-81*). Здесь R_p = R_u -расчётное сопротивление смятию, равное расчётному сопротивлению попределу прочности.

Расчётная длина сминаемой поврхности рёбер равна:

 

l_ef = b_h + t_pl = 160 + 20 = 180 мм = 18 см.

Рис.16. Проектирование оголовка колонны

 

Толщину рёбер оголовка определяем по формуле

 

t_r = N /(l_ef ∙∙R_p ∙γ_c) = 266/(18∙35∙1) = 0,42 см = 4,2 мм.

Принимая во внимание, что основная нагрузка через 2 плиты действует на стенку колонны, и роль ребра в опорном узле играет фасонка, необходимость в рёбрах отпадает.

 

Расчёт базы колонны

 

Базой называют опорную часть колонны, передающую усилия со стержня колонны на фундамент.

Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны, условия закрепления её в фундаменте и принятого метода монтажа колонн.

 

При жёстком закреплении на фундаменте базу выполняем так, как показано на Рис.17 и Рис.18.

 

Назначаем материал фундамента - бетон класса В15, для которого расчётное сопротивление осевову сжатию R_b = 0,85 кН/см² (см. табл.8). Материал базы - сталь С235.

 

Таблица 8.

Класс бетона по прочности на сжатие	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25
Расчётное сопротивление бетона сжатию Rb = кН/см^2	0,45	0,6	0,75	0,85	1,15	1,45

 

 

Расчётне сопротивление бетона смятию - R_{b loc} = α∙φ_b∙R_b = 1∙1,2∙0,85 = 1,02 кН/см²: где

α =1 для бетона класса не выше В25;

φ_b = ≤ 2,5 (A_f -площадь верхнего обреза фундамнта; A _pl - площадь плиы базы). При предварительном определении площади плиты можно принять φ_b = 1,2.

 

Принимаем ширину опорной плиты B _pl = B_f + (100...150) = 250 + 100 = 350 мм = 35 см.

 

Здесь B_f = 250 мм - ширина полки двутавра 35Ш1.

 

Требуемая длина плиты определяется по формуле (14.32) [Ю.И. Кудишин "Мталлические конструкции"]

L _pl = + = + = 55,1 см. Принимаем L _pl = 56 см.

Здесь:

N₀ = N + G = 266 + 7,37 = 273,4 кН - вертикальная нагрузка на подошву колонны;

 

здсь G = m_l∙H∙ = 75,1∙10∙9,81 = 7370 Н = 7,37 кН - вес собственно колонны.

N = 266 кН - давлние фермы на колонну (реакция опоры фермы);

М = 110,5 кН∙м = 11050 кН∙см - максимальный изгибающий момент в заделке колонны (на базе колонны);

Ψ = 0,75 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределние напряжений в бетоне.

Определяем фактические напряжения в бетоне фундамента по краям плиты (в районе полок колонны):

 

_max = + = + = 0,14 + 0.61 = 0,75 Кн/см²;

 

_min = - = - = 0,14 - 0.61 = -0,47 Кн/см².

 

Траверсы разделяют всю площадь опорной плиты на различные участки:

1 - консольные; 2- опёрые по 3-м сторонам; 3 - опёртые по 4-м сторонам.

 

Участок №1

 

Изгибающий момент в консольном участке 1 плиты можно определить,выделив полоску шириной 1 см:

М₁ = _max∙с²/2 = 0,75∙4²/2 = 6,0 кН∙см

Участок №2

 

Наибольший изгибающий момент участка плиты, опёртого по 3-м сторонам (на три канта) будет посередине свободной стороны b. Этот момент определяем по формуле:

 

M₂ = β∙σ∙b² = 0,04∙0,75∙25² = 18,8 кН∙см

 

где b = b_f - длина свободного края плиты;

a₁ = L_pl - h = (560 - 338)/2 = 111 мм = 11,1 см (см.рис.17);

Рис.17

 

β - коэффициент, заисящий от соотношения a₁/b; при a₁/b = 11,1/25 = 0,44

 

α 0,040 (см. табл.9).

 

Коэффициенты для расчёта на изгиб прямоугольных пластинок, опёртых на три

канта

Таблица 9.

a1/b	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	2,0	˃ 2
β∙10^3

 

 

Участок №3

 

Расчётнй момент участка плиты, опёртого по 4-м сторонам (на четыре канта) определяется по формуле:

 

М₃ = α∙σ∙ = 0,125∙0,40∙12² = 7,2 кН∙см

 

где:

b₁ = 12 см - длина короткой стороны участка;

α - коэффициент, зависящий от соотношения a₂/b₁ =31,3/12 = 2,6

a₂ = h - 2t_f = 338 -2∙12.5 = 313 мм = 31,3 см;

при a₂/b₁ =2,6 α = 0,125 (см.табл.10)

σ = 0,40 Кн/см² - наибольшие напряжения смятия в пластинке.

Коэффициенты для расчёта на изгиб прямоугольных пластинок, опёртых на четыре

канта

Таблица 10.

a2/b1	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	˃ 2
α∙10^3

 

По наибольшему из моментов определяем требуемую толщину плиты

 

t _pl ≥ = = 2,2 см, назначаем конструктивно t _pl = 25 мм

 

Высота траверсы h_w определяется длиной угловых сварных швов, через которые усилие со стержня колонны передаётся на траверсы. Траверсы привариваемк колонне электродами Э42. Назначаем толщину траверсы t _tr = 10 мм.

Усилие воспринимаемое одним угловым швом:

 

Для 2-х швов с левой стороны (см. рис.17) колонны:

 

N_лев = -N₀ /n + М/(0,5h n₁) = -274,3/4 + 11050/(0,5 · 33,8 · 2) = -68,6 +327 =258,4 Н;

 

N₀ = N + G = 266 + 7,37 = 273,4 кН - вертикальная нагрузка на подошву колонны;

n=4 – общее число вертикальных угловых сварных швов;

n₁=2 – число сварных швов по одну сторону симметрии;

М=M_max=110,5 кН×м – максимальный изгибающий момент в колонне;

H = 338 мм = 33,8 см;

Знак «-«показывает, что усилие N_лев – усилие сж атия.

 

Для 2-х швов с правой стороны (см. рис.17) колонны:

 

N_прав = -N₀ /n - М/(0,5h n₁) = -274,3/4 - 11050/(0,5 · 33,8 · 2) = -68,6 -327 =396 Н;

 

Требуемая длина одного наиболее нагруженного (правого) сварного шва определяется по формуле:

 

_w = = = 42,3 см; где:

 

β_f = 0,7 – при ручной сварке (табл.34* СНиП II -23-85);

R_wf = 18 кН/см² – для сварки электродами Э42 (табл.56 СНиП II -23-85);

k = k_min = 7 мм = 0,7 см (табл.38, СНиП II -23-85).

Конструктивная длина шва, равная высоте траверсы:

h_tr = _w +2 см =42,3 +2 =44,3 см

Назначаем h_tr = 450 мм.

 

Рс.18