Промышленное здание

   Площадь сечения нижней части колонны  определяем по формуле:  

 

   Заменим сквозное сечение из составного швеллера и двутавра сечением из двух прокатных двутавров. В этом случае площадь одного двутавра равна: 

принимаем для  нижней части колонны сквозное сечение  из двух двутавров 30Ш2 (ГОСТ 26020-83).

   Момент  инерции верхней части колонны  определяем по формуле:

,где 

k_в – коэффициент, принимаемый при жестком сопряжении ригеля с колонной равным 1,5.

   Заменим составной двутавр прокатным  с параллельными гранями полок. Для верхней части колонны  принимаем двутавр 70Ш3 (ГОСТ 26020-83).  
 
 
 

5. РАСЧЕТ КОЛОННЫ

5.1. Выбор расчетных  сочетаний усилий 

По  результатам статического расчета поперечной рамы, построим эпюры  изгибающего момента  для левой колонны.

                                                  

          Постоянное         Снег 1                Снег 2      Кран D_max слева  Кран D_max справа 

                                                     

     Тормоз справа       Тормоз слева    Ветер слева          Ветер справа

Эпюры изгибающего момента M для левой колонны 

Определяем  расчетные сочетания  усилий (РСУ) для левой  колонны 

 
 
 
 
 

   Для расчета  верхней части колонны выбираем следующее РСУ: M =1042 кН·м, N =-859,1 кН. При  расчёте нижней части колонны  выбираем две комбинации РСУ: догружающую  шатровую ветвь и догружающую  подкрановую ветвь. Тогда положительный  изгибающий момент догружает подкрановую ветвь, а отрицательный – шатровую.

      Для подкрановой ветви примем: M₁ = 718 кН·м, N₁ = -2198,5 кН,

      а для шатровой ветви M₂ = -1358 кН·м, N₂ = -2209,5 кН.

    

5.2. Расчёт верхней части колонны 

   Верхняя часть колонны представляет собой составное симметричное двутавровое сечение. Требуемую площадь поперечного сечения определяем по формуле:

 

   Верхняя часть колонны выполнена из стали  С245 с максимальной толщиной элементов в сечении менее 20 мм, поэтому R_y=24 кН/см².

 

   Размеры сечения: высота стенки h_w=968 мм, толщина стенки t_w=10 мм, ширина полки b_f=340 мм, толщина полки t_f=16 мм.

Поперечное  сечение верхней части колонны 

   Характеристики  верхней части колонны:

– момент инерции относительно оси х-х

– момент инерции относительно оси y-y

  

– момент сопротивления  наиболее сжатого волокна (крайней  точки полки)

 

– площадь 

 

– радиусы  инерции

 ,

– геометрическая длина верхней части колонны  принимается как расстояние между  уступом колонны и центром  тяжести нижнего пояса стропильной  фермы 

l_в=6.22 м

– расчетная  длина верхней части колонны  в плоскости действия момента

,

где µ_в=3 – коэффициент расчетной длины

– расчетная  длина верхней части колонны  из плоскости действия момента равна  наибольшему расстоянию между точками  закрепляющими верхнюю часть  колонны от смещения вдоль здания, это расстояние от точки крепления тормозного настила подкрановой конструкции до центра тяжести нижнего пояса фермы

– гибкости верхней части колонны 

, 

– приведенная  гибкость верхней части колонны в плоскости действия момента (относительно оси х-х)

 

– относительный  эксцентриситет

 

   Проверка  местной устойчивости полки осуществляется по условию:

, где 

b_ef – расчетная ширина свеса полки, равная расстоянию от грани стенки до края поясного листа;

     [b_ef/t_f] – наибольшее отношение

 

Расчетная ширина свеса полки:

 

таким образом, проверка местной устойчивости полки выполняется. 
 
 

     Проверка  местной устойчивости стенки осуществляется по условию

, где 

     h_ef=h_w =96,8см — расчетная высота стенки;

      – предельная гибкость стенки,

, где

      =1.569<2– условная гибкость элемента, принимаемая в расчете на устойчивость в плоскости действия момента.

     

,

таким образом, проверка местной устойчивости стенки не выполняется. Чтобы не увеличивать толщину стенки допускается исключить из работы ее среднюю неустойчивую часть высотой h_red в соответствии с п. 7.20^* [СНиП].

   Исключаемая часть стенки определяется по формуле:

, где 

      – условная гибкость стенки

 

     k – коэффициент, принимаемый для  двутаврового сечения равным 

 

   Уменьшенное значение площади поперечного сечения, которое будет приниматься в  расчетах на общую устойчивость, равно:

 
 

Проверяем необходимость укрепления стенки колонны поперечными  ребрами жесткости. Ребра следует  устанавливать, если выполняется следующее  условие:

 

 

следовательно стенка верхней части колонны  должна укрепляться поперечными  ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5...3)h_ef одно от другого.

   Размеры поперечных ребер жесткости примим согласно п. 7.10 [СНиП].

   Ширину  поперечного ребра определяем по формуле:

 

конструктивно принимаем b_s=100 мм.

   Толщина ребра:

Компоновка  поперечных рёбер  жёсткости верхней  части колонны 

   Проверка  общей устойчивости верхней части  колонны в плоскости  действия момента производится по зависимости:

, где 

A – площадь поперечного  сечения, в случае  если местная устойчивость  стенки не обеспечена, то A=A_red;

φ_e – коэффициент, определяемый по табл. 74 [СНиП] в зависимости от приведенного относительного эксцентриситета m_ef:

, где

η – коэффициент  влияния формы сечения, определяемый по табл. 73 [СНиП].

Для определения  η необходимо найти отношение  площади полки к площади стенки: A_f/A_w=34·1,6/(96.8·1,0)=0,56. Для отношения A_f/A_w =0,56 и 0.1<m<5, и 0< <5 и типа сечения 5:

Для m_ef=4,933 и =1,569 коэффициент φ_e=0,24039. 

таким образом, для сечения верхней  части колонны выполняется проверка по общей устойчивости в плоскости действия момента.

   Недонапряжение  в сечении:

 

Следовательно принятое сечение является экономичным  с точки зрения использования  несущей способности материала.

   Проверка  общей устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента производим в зависимости:

, где 

     φ_y – коэффициент, вычисляемый согласно требованиям п. 5.3 [СНиП];

     c – коэффициент,  вычисляемый согласно  требованиям п. 5.31 [СНиП] в зависимости от относительного эксцентриситета m_х.

   При определении m_x за расчетный момент M_x принимаем максимальный момент в пределах средней трети длины стержня.

Геометрическая  схема момента M_x для расчёта на устойчивость из плоскости действия момента

   Расчетный момент в средней трети длины  по схематизированной эпюре равен:

 

     Тогда относительный эксцентриситет в  расчете на устойчивость из плоскости  действия момента определяем как:

  

     Для m_x<5 коэффициент c определяется по формуле:

, где 

     α, β – коэффициенты, принимаемые по табл. 10 [СНиП]:  

 

 

     при λ_y<λ_c (72,41<92) коэффициент β=1.

  

   Коэффициент φ_y определен для λ_y=72,41 и R_y=240 МПа по табл. 72 [СНиП] равным 0,737612.

 

таким образом, проверка общей  устойчивости верхней  части колонны  из плоскости действия момента выполняется.