Колонна сплошного сечения К7 (стр. 1 из 3)
1. Назначение и описание конструкции
Колонны – элементы конструкции, работающие на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.
Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундаменты на грунт. Колонна состоит из 3 основных частей:
стержня – основного несущего элемента колонны;
оголовка, представляющего собой опору для вышележащей конструкции и распределяющего нагрузку по сечению стержня;
базы (башмака), распределяющей сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента и закрепляющей колонну в фундаменте.
Центрально-сжатые колонны работают на продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения.
Сплошностенчатые колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах.
В центрально-сжатых колоннах нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны, либо симметрично относительно оси стержня.
Рисунок 1 – колонна сплошного сечения
оголовок
стержень
база
2. Выбор и обоснование материала
Колонна сплошного сечения относится к 3 группе сварных конструкций. По таблице 50 приложение 1 СНиП II-23-81* определяем материал для колонны сплошного сечения при эксплуатации в климатическом районе II3 с расчетной температурой эксплуатации от минус 40°С до минус 50°С.
Для изготовления колонны сплошного сечения принять сталь марки.
С 255 по ГОСТ 27772 – 88,
где, С – сталь строительная.
255 – предел текучести δт = 255 МПа
Из таблицы 51* СНиП II-23-81* выписываем в таблицу 1
Таблица 1 – Нормативные и расчетные сопротивления проката
| Сталь | Толщина проката, мм | Нормативное сопротивление проката, МПа | Расчетное сопротивление проката, МПа | ||||||
| Листового широкополосного универсального | Фасонного | Листового широкополосного универсального | Фасонного | ||||||
| Ryn | Run | Ryn | Run | Ry | Ru | Ry | Ru | ||
| C 255 | 2-3.9 | 255(26) | 380(39) | — | — | 250(2550) | 370(3800) | — | — |
| 4-10 | 245(25) | 380(39) | 255(26) | 380(39) | 240(2450) | 370(3800) | 250(2500) | 370(3800) | |
| 11-20 | 245(25) | 370(38) | 245(25) | 370(38) | 240(2450) | 360(3700) | 240(2450) | 360(3700) | |
| 21-40 | 235(24) | 370(38) | 235(24) | 370(38) | 230(2350) | 360(3700) | 230(2350) | 360(3700) | |
По таблице 55 приложение 2 СНиП II-23-81* выбираем материал для сварки, соответствующей стали и заносим в таблицу 2.
При сварки колонны сплошного сечения ручную дуговую сварку штучно плавящемся электродом с покрытием применить при выполнении сборочных операций в качестве прихватки. Основную сварку выполнить полуавтоматом в среде защитного газа для колонны сплошного сечения. Поясные швы большой протяженности выполнить автоматической дуговой сваркой под слоем флюса. Короткие швы выполнить полуавтоматической сваркой в среде защитного газа.
Таблица 2 – Материалы для сварки, соответствующие маркам стали
| Группы конструкций в климатических районах | Марка стали | Материалы для сварки | |||
| Под флюсом | В углекислом газе (по ГОСТ 8050-85) или в его смеси с аргоном (по ГОСТ 10157-79*) | Покрытыми электродами | |||
| Марки | Тип электродов (по ГОСТ 9467-75) | ||||
| Флюсов (по ГОСТ 9087-81) | Сварочной проволоки (по ГОСТ 2246-70*) | ||||
| 1 во всех районах; 2, 3 и 4 в районах I1, I2, II2 и II3 | C 255 | АН-348-А | Св-08А | Св-08Г2С | Э42А |
Из таблицы 56 СНиП II-23-81* определяем нормативные и расчетные сопротивления материалов швов сварных соединений с угловыми швами и заносим в таблицу 3.
Таблица 3 – Нормативные и расчетные сопротивления металла швов сварных соединений с угловыми швами
| Сварочные материалы | Rwun, МПа(кгс/см2) | Rwf, МПа(кгс/см2) | |
| Тип электрода (по ГОСТ 9467-75) | Марка проволоки | ||
| Э42, Э42А | Св-08, Св-08А | 410(4200) | 180(1850) |
Из таблицы 1 ГОСТ 27772-88 определяем химический состав проката и заносим в таблицу 4.
Таблица 4 – Химический состав проката
| Наименование стали | Массовая доля элементов % | |||||||||
| Углерода, не более | Марганца, не более | кремния | Серы,не более | Фосфора, не более | Хрома,не более | Никеля,не более | Меди,не более | ванадия | Других элементов | |
| С 255 | 0,22 | 0,65 | 0,15-0,30 | 0,050 | 0,040 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | — | — |
3. Расчетная часть
Расчет и конструирование стержня колонны
Подбор сечения стержня колонны
Подобрать двутавровое сечение стержня сплошной колонны высотой H=6.0 м. Колонна в обоих направлениях шарнирно закреплена. Колонна нагружена расчетной сжимающей силой N=1500 кН. Материал сталь С 255 по ГОСТ 27772 – 88
Расчетная схема колонны, согласно условию, имеет вид, представлен-ный на рисунке 2
Рисунок 2
Следовательно, расчетная длина lef в обоих направлениях lx и ly с учетом коэффициента μ=1, учитывающего закрепления концов стержня колонны, определяется по формуле
Определяем требуемую площадь сечения Атр
Согласно приложению листовой прокат толщиной от 4 до 10 мм из стали С 255 имеет расчетное сопротивление Ry = 240 МПа = 24 кН/см²
Задаемся в первом приближении значением φ0 = 0.7, чему согласно приложению соответствует гибкость λ0 ≈ 75
Определяем габариты сечения. Находим требуемые радиусы инерции
Используя приближенные зависимости радиусов инерции от конфигура-ции сечения ( для сечения на рисунке 2 )
Определяем требуемые высоту и ширину сечения
Для удобства автоматической приварки поясов к стенке принимаем
Подбор толщины стенки и поясов
Учитывая, что на площадь стенки приходится около 20% общей площади сечения, толщина стенки
Округляя до реальной толщины листового проката, назначаем tw = 0.8 см = 8 мм. Тогда на долю поясов приходится площадь
Отсюда требуемая толщина одного пояса
Округляя, назначаем tf= 0.8см = 8мм. Полученные размеры проставляем на поперечном сечении стержня колонны ( рисунок 3 )
Рисунок 3
Проверка подобранного сечения
Фактическая площадь ( смотри рисунок 3 )
Минимальный момент инерции
Момент инерции площади сечения стенки относительно оси y пренебрегаем ввиду малости
Минимальный радиус инерции
Наибольшая гибкость
Согласно приложению коэффициент продольного изгиба
Проверим устойчивость подобранного сечения при
Что указывает на отсутствие излишков материала
Проверка условной обеспечения устойчивости стенки и поясов
Условная гибкость
Местная устойчивость стенки без укрепления продольными ребрами жесткости обеспечена, если выполняется неравенство
Следовательно, укрепление стенки продольными ребрами не требуется
В поперечных ребрах нет необходимости, если выполняется неравенство
Устойчивость поясов обеспечена, если выполняется неравенство
Неравенство не выполняется следовательно необходимо установить поперечные ребра жесткости на расстояние
Расчет и конструирование оголовка колонны
Рисунок 4 – оголовок
Определение длины ребра оголовка