31. Колонны каркаса промышленных зданий. Типы колонн промышленных зданий. Как подобрать колонны для промышленного здания
31. Колонны каркаса промышленных зданий. Типы колонн промышленных зданий.
Стальные колонны могут быть трех типов: постоянного по высоте сечения(рис.а), примененного по высоте сечения – ступенчатые(рис,б) и раздельные(рис когда низко расположен тяжелый кран).
В колоннах постоянно по высоте сечения нагрузка от мостовых кранов передается на стержень колонн через консоли на которые опираются подкрановые балки.
Стержень колонны может быть сплошного или сквозного сечения. Достоинство колонн постоянного сечения (особенно сплошных) – их конструктивная простота и небольшая трудоемкость изготовления.
Эти колонны применимы при сравнительно небольших крановых нагрузках (Q до 15-20т) и незначительной высоте цеха (h до 8-10м).
При кранах большой грузоподъемности выгоднее переходить на ступенчатые колонны, которые для одноэтажных производственных зданий являются основным типом колонн.
Подкрановая балка в этом случае опирается на уступ нижнего участка колонны и располагается на оси ее ветви, называемой подкрановой ветвью. Верхнюю часть колонны (надкрановую часть) проектируют сплошного сечения, нижнюю часть колонны (подкрановую часть) при ширине до 1 м включительно – сплошного, при большей ширине – сквозного сечения. В зданиях с кранами «особого» режима работы необходимо осматривать и ремонтировать подкрановые пути без остановки мостовых кранов. Поэтому колонны таких цехов или делают с уширенной нижней частью, чтобы иметь габарит прохода между краном и внутренней гранью верхней части колонны, или для прохода устраивают проем в верхней части колонны.
В раздельных колоннах подкрановую стойку проектируют из одного прокатного или сварного двутавра, связанного с шатровой колонной гибкими горизонтальными планками толщиной t=1012мм.
Благодаря этому стойка работает только на осевую силу с расчетной длинной из плоскости рамы, равной расстоянию от низа башмака до низа подкрановой балки, ьи в плоскости рамы, равной расстоянию между планками.
Разделенные колонны применяют редко, они рациональны при низком расположении кранов большой грузоподъемности и удобны при расширении цеха.
32. Сплошные подкрановые балки. Подбор сечения и проверка прочности подкрановой балки.
Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса (катки) крана, расположенные на концевой балке кранового моста. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста могут быть два, четыре катка и более.
Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов максимальной грузоподъемности с тележками, приближенными к одному ряду колонн, т.е. в положении, при котором на подкрановые конструкции действуют максимальные вертикальные нагрузки. Одновременно к балке прикладываются и максимальные горизонтальные нагрузки.
Типы сечений подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и режима работы кранов. При пролете 6м и кранах до 50т обычного режима работы (легкого, среднего) применяют прокатные двутавры, усиленные для восприятия горизонтальных сил листом или уголками(рис.а) или сварные двутавры несимметричного сечения(рис.б). Для больших пролетов и Q кранов применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией(рис.в).При кранах до 50т рациональны балки составного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой-вставкой(рис.г)
в) г)
Иногда подкрановые балки проектируют бистальными: стенку – из малоуглеродистой стали, пояса – из низколегированной.
Подбор сечения балки. Задаемся сечением Значение коэффициента β определим по формуле:
Определяем Оптимальную и минимальную высоту балки: Задаемся толщиной полок .
Из условия среза стенки силой : Определяем Размеры поясных листови определяем площадь пояса
Проверка прочности сечения.
Определяем геометрические характеристики принятого сечения. Относительно оси х – х: ,
Относительно оси y – y(в состав тормозной балки входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер):
расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения ,,
Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе:
studfiles.net
4. Расчет ступенчатой колонны производственного здания.
Исходные данные.
Требуется подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны однопролетного производственного здания (ригель имеет жесткое сопряжение с колонной). Расчетные усилия:
Для верхней части колонны:
– в сечении 1-1 N= -344,3 кН;M= -74,5 кНм;Q= 3,6 кН;
– в сечении 2-2 N= -373,0 кН;M= -91,8 кНм;Q= 3,6 кН;
.
Материал колонны сталь марки С245, бетон фундамента марки М150.
Конструктивная схема колонны показана на рис. 4.1.
4.1. Расчет верхней части колонны.
4.1.1. Определение расчетных длин колонны.
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам:
и .
Так как
,
,
значения иопределим по табл. 14.1 [1].
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец колонны закреплен только от поворота;
= 2; = 3.
Таким образом, для нижней части колонны:
;
для верхней:
.
Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно:
;
.
Конструктивная схема колонны.
Рис. 4.1.
4.1.2. Подбор сечения верхней части колонны.
Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой:
По формуле 14.16. [1] определим требуемую площадь сечения.
Для симметричного двутавра:
;
;
,
Для стали C245 толщиной до 20 ммRy= 240 МПа = 24 кН/см2;
.
Значение коэффициента определим по прил. 10 [1].
Примем в первом приближении , тогда
;
.
По прил. 8 [1] при и:.
Компоновка сечения: высота стенки
,
принимаем предварительно толщину полок .
По табл. 14.2 [1] при ииз условия местной устойчивости
,
.
Принимаем и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной по
.
Требуемая площадь полки:
.
Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки:
из условия местной устойчивости полки по формуле:
где .
Принимаем ; ;;
.
Геометрические характеристики сечения.
Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:
.
| Параметр | Значение | ||
| A | Площадь поперечного сечения | 78.4 | см2 |
| a | Угол наклона главных осей инерции | -90.0 | град |
| Iy | Момент инерции относительно центральной оси Y1 параллельной оси Y | 1776.501 | см4 |
| Ix | Момент инерции относительно центральной оси X1 параллельной оси X | 26600.133 | см4 |
| It | Момент инерции при свободном кручении | 20.693 | см4 |
| iy | Радиус инерции относительно оси Y1 | 4.76 | см |
| ix | Радиус инерции относительно оси X1 | 18.42 | см |
| Wu+ | Максимальный момент сопротивления относительно оси U | 1182.228 | см3 |
| Wu- | Минимальный момент сопротивления относительно оси U | 1182.228 | см3 |
| Wv+ | Максимальный момент сопротивления относительно оси V | 161.5 | см3 |
| Wv- | Минимальный момент сопротивления относительно оси V | 161.5 | см3 |
| Wpl,u | Пластический момент сопротивления относительно оси U | 1337.8 | см3 |
| Wpl,v | Пластический момент сопротивления относительно оси V | 248.88 | см3 |
| Iu | Максимальный момент инерции | 26600.133 | см4 |
| Iv | Минимальный момент инерции | 1776.501 | см4 |
| iu | Максимальный радиус инерции | 18.42 | см |
| iv | Минимальный радиус инерции | 4.76 | см |
| au+ | Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Y(U) | 15.079 | см |
| au- | Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления оси Y(U) | 15.079 | см |
| av+ | Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси X(V) | 2.06 | см |
| av- | Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления оси X(V) | 2.06 | см |
| yM | Координата центра тяжести по оси Y | 21.5 | см |
| xM | Координата центра тяжести по оси X | 0.4 | см |
studfiles.net
33. Расчет и конструирование стержня колонны промышленного здания. Сплошная колонна.
Колонны производственных зданий работают на внецетренное сжатие. Значения расчетных усилий: продольной силы N, изгибающего момента в плоскости рамы Мх и поперечной силы Qх определяют по результатам статического расчета рамы.
При расчете колонны проверяют ее прочность и местную устойчивость элементов.
Для обеспечения нормальных условий эксплуатации колонны должны обладать необходимой жесткостью.
Сечения ступенчатых колонн подбирают раздельно для каждого участка постоянного сечения (верхней и нижней частей колонн)
Сплошная колонна.
Для колонн с небольшими усилиями, а также в случаях, когда изгибающий момент может действовать как в одну, так и в другую сторону применяют симметричные сечения из:
а) прокатного двутавра типа Ш;
б) двутавра составного сечения.
При больших усилиях с односторонним моментом проектируют несимметричные сечения различного вида.
Расчет стержня колонны производится в такой последовательности:
- Определяют расчетную длину колонны в плоскости рамы для верхней и нижней частей отдельно:
для нижней части lx1=l1; для верхней части lx2=l2,
где l1 и l2 – геометрические длины соответственно нижней и верхней частей колонны;
и – коэффициенты приведения расчетной длины, определяемые по СНиП или таблицам в учебнике
Расчетная длина нижней части колонны из плоскости рамы
ly1=l1.
Расчетная длина верхней части колонны из плоскости рамы
ly2=l2 – hп.б.,
где hп.б.– высота подкрановой балки.
-Подбор сечения верхней части колонны.
Для верхних надкрановых частей ступенчатых колонн применяются, как правило, симметричные двутавры.
-Требуемая площадь сечения колонны определяется по формуле
где N – продольная сила для верхней части колонны, определяемая из расчета рамы;
–коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии.
–зависит от условной гибкости стержня и приведенного эксцентриситета
-Компоновка сечения
По требуемой площади Атр подбирают из сортамента широкополочный двутавр типа Ш или компонуют составное сечение из трех листов.
-Проверяют устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента
где.внА – определяется по разделу,
-Проверяют устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента,
-Проверяют местную устойчивость поясов и стенки.
-Подбор сечения нижней (подкрановой) части колонны.
Нижняя часть колонны, как правило, конструируется несимметричного сечения, для подбора которого рассматривают два загружения с положительным и отрицательным моментами.
-Требуемая площадь сечения: как для верхний части
-Соединение верхней части колонны с нижней (траверса).-База колонны.
Конструирование стержня колонны сплошного сечения
В центрально-сжатых колоннах сплошного сечения сдвигающее усилие между стенкой и поясами незначительное, поэтому сварные швы, соединяющие элементы поясов и стенки, назначают конструктивно (толщиной 6÷8 мм)
В колоннах, сечение которых составлено из трёх листов, толщину стенки принимают по возможности наименьшей, отвечающей условию обеспечения местной устойчивости
При несоблюдении этого условия стенку укрепляют продольными рёбрами жёсткости
Размеры поперечных рёбер:
ширина парного ребра жесткостиТолщина ребра:
studfiles.net
11.База колонны.
База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий с колонны на фундамент.
Для сплошных колонн применяются общие базы.
Двустенчатая база с общими траверсами.
Двустенчатая база с раздельными траверсами
Для передачи момента на фундамент база внецентренно сжатой колонны развивается в плоскости действия момента, центр плиты обычно совмещается с центром тяжести колонны.Если момент одного знака по абсолютному значению значительно больше момента другого знака, возможна конструкция базы с плитой, смещенной в сторону действия большего момента.
Под плитой в бетоне фундамента возникают нормальные напряжения, определяемые по формулам внецентренного сжатия:
;
,
где Апл– площадь плиты;
Wпл– момент сопротивления плиты;
B, L – ширина и длина плиты.
При большом значении изгибающего момента под плитой возникают растягивающие напряжения. Поскольку плита на фундаменте лежит свободно, то для восприятия возможного растяжения устанавливают анкерные болты, которые являются расчетными элементами.
Ширина плиты «В» принимается на 100-200 мм шире сечения колонны. Из условия прочности бетона фундамента на сжатие () из вышеприведенной формулы можно определить длину плиты
.
Данный расчет базы колонны аналогичен расчету базы центрально сжатой колонны.
Усилие в анкерных болтах определяют в предположении, что бетон не работает на растяжение сила Fа, соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимаются анкерными болтами (см. рисунок).
Исходя из уравнения равновесия сил относительно центра тяжести сжатой зоны бетона M-Na-Fay =0, усилие в анкерных болтах (с одной стороны базы) определяется по формуле
.
Требуемая площадь сечения одного анкерного болта
,
где а, y – см. по рисунку;
n – число анкерных болтов с одной стороны базы;
– расчетное сопротивление анкерного болта.
При проектировании базы следует учитывать способ установки колонны на фундамент (установка колонны на подкладки с последующей выверкой или «безвыверочный» метод).
Сквозная колонна.
Нижняя часть (подкрановая) решетчатой (сквозной) колонны состоит из двух ветвей – наружной (шатровой) и внутренней (подкрановой), связанных между собой соединительной решеткой в двух плоскостях (по граням ветвей).
Для колонны средних рядов проектируют обычно симметричного сечения с ветвями из прокатных профилей (двутавр типа Ш) или составного сечения.
Нижняя (решетчатая) часть колонны работает как ферма с параллельными поясами. От действующих в колонне расчетных усилий N и M в ее ветвях возникают только продольные усилия. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Несущая способность колонны может быть исчерпана в результате потери устойчивости какой – либо ветви (в плоскости или из плоскости рамы) или в результате потери устойчивости колонны в целом (в предположении, что она работает как единый, сквозной стержень).
Особенности расчета сквозной колонны
1.Определение расчетных длин колонн
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости и из плоскости рамы определяются так же, как и в сплошной колонне.
2.Подбор сечения верхней части колонны.
Подбор сечения, компоновка, проверка устойчивости в плоскости действия момента и из плоскости действия момента производится так же, как и в сплошной колонне.
studfiles.net
