2018-01-08
1044
Стрижень наскрізної колони складається з окремих гілок, з’єднаних між собою за допомогою планок чи граток (рис. 4.4). Відстань між гілками приймають, виходячи з умови стійкості, але не меншою, ніж 100... 150 мм. Спільна робота окремих гілок перерізу забезпечується ґратками чи планками.
Для економії металу при проектуванні колони необхідно наблизитися до рівностійкості стрижня, де гнучкості λх 
λу.
Pозкісні решітки більш жорсткі й легкі (при ширині більше від 1 м), ніж безрозкісні, але легко пошкоджуються при транспортуванні та монтажі. Безрозкісні решітки краще виглядають, простіші у виготовленні, але важкі при ширині колони більше від 1 м.
Вихідні дані
Позначка верху колони – 6,800 м. Заглиблення колони нижче від рівня підлоги – 0,8 м. Опорна реакція головної балки – 1000 кН. Матеріал колони – сталь класу С235. Для фасонного прокату при 
= 2... 20 мм 
= 230 Мпа (23 кН/см2).
Розрахункова схема колони визначається способом закріплення її з фундаментом і способом прикріплення балок, що передають навантаження на колону. 3’єднання колон із фундаментом може бути жорстким і шарнірним. Приєднання колони до фундаменту прийнято жорстким (із деякою податливістю), головна балка жорстко (з деякою податливістю) закріпляє верхній кінець колони, а допоміжна – шарнірно. При такому випадку розрахункової схеми колони коефіцієнти приведення довжини прийняті 
.
|
|
|
а) б) в)
Pис. 4.4. Tипи решіток наскрізних колон, а і б – ґратчасті колони з різним кутом нахилу ґраток; б – наскрізна колона на планках
Розрахункові довжини колони 
,
де 
– довжина колони.
= 0,7 · (6,8 + 0,8) = 5,32 м.
= 0,8 · (6,8 + 0,8) = 6,08 м.
Розрахункове стискаюче зусилля
= 2 · 
· 1,01 = 2 · 1000 · 1,01 = 2020 кН,
де – опорна реакція головної балки;
1,01 – коефіцієнт урахування власної маси колони.
Приймаємо наскрізний перетин із двох швелерів.
Задаємося гнучкістю відносно матеріальної осі Х-Х у межах 40... 100, 
= 70 (
= 0,754).
Потрібну площу поперечного перерізу колони визначаємо за формулою методом послідовних наближень
см2,
де – коефіцієнт поздовжнього згину (табл. 72, [1]);
– розрахунковий опір сталі розтягу, стиску, згину при границі плинності (табл. 51, [1]).
За сортаментом підбираємо два швелери № 36: 
= 53,4 · 2 = 106,8 см2;
= 360 мм; 
= 110 мм; 
= 7,5 мм; = 12,6 мм; 
= 14,2 см; 
= 2,68 см;
= 513 см3; 
= 3,1 см; = 110 см.
Перевіряємо стійкість відносно матеріальної осі х-х 
38,
визначаємо фактичне = 0,911 (табл. 72, [1]).
Перевіряємо напруження
= 23 кН/см2.
Недонапруження
, що допустиме.
Визначаємо відстань між гілками наскрізної колони, виходячи із рівностійкості колони, тобто 
.
Розглянемо варіант з’єднання гілок планками.
У наскрізних центрально стиснених стрижнях, гілки яких з’єднані планками або решітками при перевірці стійкості відносно вільної осі (що не перетинає гілки колони), коефіцієнт поздовжнього згину 
y повинен визначатись за приведеною гнучкістю 
. При цьому гнучкість окремих гілок повинна бути менше від гнучкості, обчисленої відносно матеріальної осі, і не більше ніж 40.
|
|
|
Задаючись гнучкістю гілки 
= 30, знаходимо
.
см.
Потрібна ширина
61,4 см,
де 
– коефіцієнт для визначення розмірів перерізу колон (для даного випадку схеми перерізу = 0,44), таблиця 5.8 [5].
Приймаємо 
= 64 см.
Проміжок 
між поличками при цьому становить 
=
= 640 + 2 · 26,8 – 2 110 = 473,6 мм, що перевищує конструктивний мінімум 150 мм.
Приймаємо розміри планки:
Довжина планки 
= 473,6 + 8 = 481,6 мм. Приймаємо 
= 490 мм.
Рекомендована ширина планок 
= (0,5... 0,75 ).
Приймаємо = 400 мм.
Товщина планки 
= 8 мм.
Для забезпечення заданої гнучкості гілки = 30 розрахункова її довжина, що відповідає відстані у просвіті між планками, повинна становити
= 30 · 3,1 = 93 см.
Визначаємо відстань між осями планок
= 93 + 40 = 133 см.
Перевіряємо переріз відносно вільної осі 
:
визначаємо момент інерції
110389 см4;
радіус інерції і гнучкість стрижня
= 32,1 см;
;
розраховуємо приведену гнучкість
35,5 < = 37,5;
визначаємо 
= 0,911;
перевіряємо стійкість колони відносно вільної осі
= 23 кН/см2.
Недонапруження
, що допустиме.
Для перевірки міцності планок і швів, що прикріплюють її до гілок, визначаємо перерізуючу силу й момент, які діють на одну планку
37кН;
кН;
38,4 кН;
1230 кН·см.
Планки приварюємо до поличок гілки колони кутовими швами, міцність яких при 
= 8 мм буде меншою від міцності планки, тому потрібно перевірити міцність зварювальних швів (у розрахунку враховуємо тільки вертикальні ділянки шва) на сумісну дію сили, що зсуває 
, і згинаючого моменту 
.
Зварювання напівавтоматичне зварювальним дротом Св-08ГА ГОСТ 2246-70*, діаметром 1,4 мм, у середовищі вуглекислого газу за ГОСТ 8050-85.
За [1] знаходимо: 
= 20 кН/см2 (табл. 56, [1]);
(табл. 3, [1]); Для С245 
= 37 кН/см2 (табл. 51, [1]);
кН/см2;
Коефіцієнти 
; (п. 11.2*, табл. 34, [1]);
(п. 11.2*, [1]). Оскільки 
, перевірку виконуємо тільки за металом шва.
Визначаємо площу перерізу і момент опору зварювального шва:
= 0,7 · 0,8 · 40 = 22,4 см2;
149,3 см3.
Напруження в шві від моменту
8,2 кН/см2.
Напруження в шві від зсуву силою
1,7 кН/см2.
Сумарне напруження
.
Міцність шва забезпечена.
Розрахунок бази колони
Приймаємо фундамент із бетону класу В7.5, для якого міцність на зминання бетону 
= 0,45 кН/см2 , таблиця 4.3.
Потрібна площа опорної плити 
4489 см2.
Ширину плити приймаємо рівною
36 + 2 · 1 + 2 · 6 = 50 см.
Тоді довжина плити 
89,8 см.
Приймаємо довжину плити 
= 90 см (див. дод. VI, табл. 10, [3]). Напруження під плитою 
0,449 кН/см2 
= 0,45 кН/см2.
Приймаємо конструкцію бази (рис. 4.5). Для визначення товщини плити необхідно знайти згинальні моменти на ділянках “1”, “2”, “3”.
На ділянці “1”, опертої на чотири канти,
0,053 · 0,449 · 33,432 = 26,6 кН · см,
де 
– коефіцієнт, який визначається за таблицею 4.1 залежно від відношення довшого до коротшого боку 
36 / 33,43 = 1,08, тобто = 0,053.
На ділянці “2”, опертої на три канти
,
0,073 · 0,449 · 17,52 = 10,0 кН · см,
де 
– коефіцієнт, що визначається за таблицею 4.2 залежно від відношення закріпленого боку до вільного 
10,32 / 17,5 = 0,59, тобто = 0,073.
Згинальний момент на консольній ділянці “3”
8,1 кН · см.
За максимальним моментом на ділянці “2” визначаємо необхідну товщину плити
2,45 см.
Для плити візьмемо сталь класу С235, для якої при = 20... 40 мм 
22 кН/см2.
Остаточно приймаємо товщину плити = 25 мм (дод. VI, табл. 10, [3]).
Висоту траверси знаходимо за довжиною зварювальних швів, необхідних для прикріплення її до стрижня колони.
При восьми вертикальних швах при 
= 7 мм (п. 12.8, а і табл. 38 [1]) висота траверси дорівнює
26 см.
Ці довжини не повинні перевищувати 85 
= 85 · 0,7 · 0,7 = 41,6 см.
|
|
|
Потрібна висота траверси 
= 2 + 1 = 27 см.
Приймаємо висоту траверси hтр = 300 мм, товщину tтр = 10 мм (дод. VI, табл. 10, [3]).
 |
Рис.4.5. Схема бази наскрізної колони
Виконуємо перевірку траверси на міцність (
0,449 кН/см2, 23 кН/см2 для класу С235 при = 4... 10 мм):
на консольній ділянці
453,1 кН · см;
130,7 см3;
3,5 кН/см2 < 23 кН/см2;
на середній ділянці
1885,4 кН · см;
14,2 кН/см2 < 23 кН/см2.
Міцність зварювальних швів, які прикріплюють консолі на ділянці 2 до стрижня колони (висота консолей і діафрагми прийнята рівною висоті траверси, тобто 28 см):
860,8 кН · см;
= 36 · 0,449 · 10,32 = 166,8 кН.
