Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc

При жестком сопряжении ригеля с колонной моменты в опорных сечениях ригеля равны моментам, действующим в сечении 5-5 для колонн. При этом, взяв наибольший момент для левой опоры ригеля при определенном сочетании нагрузок, определяют соответствующий момент для правой опоры при том же сочетании нагрузок (сочетание 1, 2, 4, 6, 8):

М_л = – 1079 кН·м; М_п = – 364,1 кН·м.

Для нижнего участка колонны определяют максимальное значение поперечной силы Q_max, которая необходима для расчета соединительной решетки в сквозных колоннах.

Для верхнего участка колонны (сплошного сечения) для расчета местной устойчивости стенки также потребуется определить поперечную силу Q.

7.5.3. Выбор расчетных комбинаций усилий для подбора сечений

верхней и нижней частей колонны

Элемент конструкции может включать несколько расчетных сечений (два–три). Анализируя все возможные комбинации изгибающих моментов и нормальных усилий по сечениям в этом элементе, отсеиваются те из них, которые явно не представляют опасности, т.е. имеют явно меньшие значения как моментов, так и нормальных сил, чем в других сечениях. После этого по одной из оставшихся комбинаций подбирают сечение элемента конструкции, а на все остальные проверяют его (в табл. 7.7 расчетные комбинации усилий выделены жирным шрифтом).

Для верхней части колонны сплошного сечения, выполненной из симметричного сварного или прокатного двутавра, знак изгибающего момента не имеет значения. Выбирают по возможности абсолютное наибольшее значение изгибающего момента. В рассматриваемом примере комбинация нагрузок, дающая расчетные значения N иM в надкрановой части колонны в сечении 5-5, очевидна. Принимают расчетные значения усилий при учете двух и более кратковременных нагрузок: – M_max = – 1079 кН·м; N = – 1090 кН; Q = – 129,6 кН.

При подборе сечения нижней части внецентренно-сжатой решетчатой колонны, состоящей из двух ветвей, компонуя сечение колонны, сначала подбирают сечения отдельных ветвей, работающих как центрально-сжатые стержни. Затем производят проверку колонны как единого сквозного стержня на устойчивость от действие Nи M.

Максимальное сжимающее усилие в ветви колонны складывается из части нормальной силы, действующей на все сечение колонны, и сжимающего усилия в ней от изгибающего момента (изгибающий момент должен догружать рассматриваемую ветвь колонны). По принятому правилу знаков усилий для наружной ветви колонны это будет комбинация усилий с положительным значением момента, для подкрановой ветви – с отрицательным.

---

Для расчета наружной ветви колонны принята комбинация усилий в сечении 1-1: M₁ = + 1392 кН·м и N₁ = – 3328 кН; для расчета подкрановой ветви комбинация усилий в сечении 2-2:M₂ = – 1005 кН·м и N₂ = – 3328 кН.

В случае, когда возникает сомнение, какая комбинация усилий N иM дает максимальное значение сжимающего усилия в ветви, можно ориентировочно определить его в предположении, что нормальная сила приложена в середине сечения колонны, по формуле

N_в = N/2 + M/h_н,

где h_н= 1,25 м – ширина нижней части колонны.

Для расчета наружной ветви в сечении 1-1 комбинации усилий

+ M_max = 1954 кН·м; N_соот= 2059 кН и

– N_max= 3328 кН; + M_соот = 1392 кН·м (принята к расчету).

Выполним проверку:

N_в′ = 1954 / 1,25 + 2059 / 2 = 2592 кН;

N_в = 3328 / 1,25 + 1392 / 2 = 3358 кН.

Таким образом, убеждаемся, что принятая комбинация усилий является расчетной: N_в = 3358 кН > N_в′ = 2592 кН.

В качестве второго варианта произведен статический расчет поперечной рамы с шарнирным соединением ригеля с колоннами. Исходные данные для расчета приведены в табл. П3 прил. 3, результаты расчета – в табл. П4 прил. 4.

В связи с меньшей жесткостью поперечной рамы при шарнирном соединении ригеля с колоннами заметно увеличился изгибающий момент в нижнем сечении колонны на уровне примыкания ее к фундаменту от горизонтального воздействия ветра и поперечного торможения кранов (соответственно на 26% и 68%).

---

Глава 8

ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ КОЛОННА

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

_____________________________________________________________
8.1. Общие требования при проектировании конструкций

При проектировании конструкций промышленного здания следует строго соблюдать требования строительных норм и правил, обеспечивающих необходимую надежность, капитальность, долговечность и заданные условия эксплуатации здания в целом, а также отдельных элементов и соединений конструкций.

Элементы конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям норм с учетом сортамента на прокат. В составных сечениях, устанавливаемых расчетом, недонапряжение не должно превышать 5%.

При компоновке сечений следует широко использовать экономичные профильные элементы. В составных сечениях из отдельных листов их размеры должны быть увязаны со стандартами и ГОСТами.
8.2. Исходные данные для расчета колонны

Конструктивная схема ступенчатой колонны, работающей на внецентренное сжатие, изображена на рис. 8.1.


Рис. 8.1. Конструктивная схема колонны

Основные размеры колонны приняты по данным примера 6.1. Геометрические длины колонны:l₂ = H_в= 6,3 м;l₁ = H_н = 14,1 м. Соотношение жесткостей надкрановой EI₂и подкрановой EI₁ частей колонны EI₂/EI₁ = 0,2. Материал колонны – сталь класса С255 с расчетным сопротивлением R_y= 24 кН/см² при толщинеt = 10 – 20 мм и R_y = 23 кН/см² при толщинеt > 20 мм.

Значения расчетных усилий приведены:

– для надкрановой части колонны для двух сечений на рис. 8.2;

– для подкрановой части колонны на рис. 8.3.



Рис. 8.2. Расчетные усилия для расчета надкрановой части колонны



Рис. 8.3. Расчетные усилия для расчета подкрановой части колонны:

а – для расчета наружной ветви; б

---

– для расчета подкрановой ветви
Определяющим предельным состоянием внецентренно-сжатой колонны является потеря устойчивости, зависящая в первую очередь от гибкости стержня. Проверку прочности необходимо делать только для колонн, имеющих ослабленные сечения, а также при значениях приведенного эксцентриситета m₁>20. Устойчивость стержня проверяется как в плоскости, так и из плоскости действия момента. Сечение ступенчатой колонны подбирается раздельно для надкрановой (верхней) и подкрановой (нижней) частей.
8.3. Компоновка сечения и расчет надкрановой части колонны

Пример 8.1. Подобрать сечение надкрановой части колонны, принимая его в виде сварного двутавра высотойh_в= 700 мм (см. рис. 8.1).

8.3.1. Определение расчетных длин надкрановой части колонны

Определяем расчетную длину в плоскости действия момента (относительно оси х-х):

l_x2 = ₂ l₂ = 3  6,3 = 18,9 м,

где ₂ = 3,0 – коэффициент расчетной длины (при соблюдении условий

l₂ /l₁= 6,3 / 14,1 = 0,45 < 0,6и N₁/N₂= 2473,5 / 479,3 = 5,16 > 3)

определяется по табл. 8.1 с учетом того, что при жестком сопряжении ригеля с колонной верхний конец закреплен от поворота. При других условиях ₂определяется по [6, п. 6.11];

l_у2= l₂– h_б = 6,3 – 1,7 = 4,6 м.

Таблица 8.1

Коэффициенты расчетной длины ₁ и ₂ для

одноступенчатых колонн рам одноэтажных промышленных зданий

при l₂ / l₁  0,6 и  = N₁ / N₂  3

Условие закрепления верхнего конца колонны	Коэффициент 1для нижнего участка колонны при I2/I1, равном		Коэффициент 2для верхнего участка колонны
	св. 0,1 до 0,3	св. 0,05 до 0,1
Свободный конец	2,5	3,0	3,0
Конец, закрепленный только от поворота	2,0	2,0	3,0

---

Обозначения, принятые в таблице:

l₁; I₁ N₁ – соответственно длина нижнего участка колонны, момент инерции сечения и действующая на этом участке продольная сила;

l₂; I₂; N₂ – то же верхнего участка колонны.

В плоскости, перпендикулярной действию момента (относительно

оси у-у), расчетная длинаl_у2 принимается равной расстоянию между точками закрепления верхней части колонны от смещения перпендикулярно плоскости действия момента (такими точками являются тормозная конструкция подкрановой балки и распорки по колоннам в уровне поясов стропильных ферм):

8.3.2. Подбор сечения колонны

Предварительно необходимую площадь сечения определяем, используя формулу Ясинского:

А_тр= N₂ (1,25 + 2,8e/h)/R_y = 479,3  (1,25 + 2,8 × 239 / 70) / 24 = 203 см²,

где е = M_2,max/N₂ = 1144,6 / 479,3 = 2,39 м = 239 см – эксцентриситет продольной силы.

Распределяем площадь А_тр между стенкой и полками.

Толщина стенки t_w принимается в пределах (1/60 – 1/120)h_w =

= 1,08 – 0,6 см, где h_w= h_в – 2t_f= 70 – 2  2,5 = 65 см (толщиной поясов предварительно задаются t_f = 12 – 30 мм, принимаем t_f = 25 мм). Назначаем t_w= 10 мм.

Требуемая площадь полки

А_f = b_ft_f = (А_тр – h_wt_w)/2 = (203 – 65  1) / 2 = 69 см².

Ширина полки обычно назначается в пределах b_f = (1/20 – 1/30)l₂ =

= (1/20 – 1/30) 6300 = 315 – 210 мм. Принимаем b_f= 300 мм.

Толщина пояса

t_f = A_f/b_f= 69 / 30 = 23 мм.

Окончательно проектируем стенку из листа 650×10 мм и полку из листа 300×22 мм. Размеры увязываются со стандартными размерами листов, выпускаемых отечественными заводами (см. табл. 3.7, 3.8, 3.9).
8.3.3. Проверка устойчивости надкрановой части колонны

1. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента (относительно оси х-х).

Определяем геометрические характеристики принятого сечения колонны:

---