КОЛОННЫ ОПЗ
Типы колонн ОПЗ. Конструктивные особенности Колонны постоянного по высоте сечения Колонны переменного по высоте сечения (ступенчатые) Раздельные колонны Q 20 т сплошные сквозные Q 150 т H 20 м h < 1, 2 м h 1, 2 м реконструкция горизонтальные усилия передают гибкие планки h 1
Типы колонн ОПЗ 2
Типы колонн ОПЗ 3
Типы сечений колонн ОПЗ сплошные сквозные Колонна внецентренно сжатая. Сечение развивается в плоскости действия момента. 4
5 Расчётные длины колонн ОПЗ Потеря устойчивости из плоскости рамы Потеря устойчивости в плоскости рамы Расчётная длина колонны – это эквивалентная из условия устойчивости длина шарнирно опёртого стержня той же жёсткости. Геометрически расчётная длина определяется как расстояние между точками перегиба изогнутой оси стержня.
Расчётные длины колонны в плоскости рамы Расчётная длины верхней и нижней части колонны в плоскости рамы определяется как произведение геометрических длин Нв и Нн на коэффициенты расчётной длины: н и в зависят от: • соотношения моментов инерции Jв/Jн • соотношения длин Нв/Нн • соотношения усилий Nв/Nн • формы потери устойчивости 6
Расчётные длины колонны в плоскости рамы При Нв/Нн 0, 6 и Nн/Nв 3 можно воспользоваться таблицей (табл. 18 СНи. П). В остальных случаях коэффициенты расчётной длины определяются по методике прил. 6 СНи. П. Условия закрепления верхнего конца коэфф-т для нижнего участка н Jв/Jн = 0, 1… 0, 3 Jв/Jн = 0, 05… 0, 99 коэфф-т для верхнего участка в Свободный 2, 5 3, 0 Закреплён только от поворота 2, 0 3, 0 Неподвижный шарнирно опёртый 1, 6 2, 0 2, 5 Неподвижный закреплённый от поворота 1, 2 1, 5 2, 5 7
Расчётные длины колонны из плоскости рамы Расчётная длины верхней и нижней части колонны из плоскости рамы определяется как расстояние между точками, закреплёнными от смещения из плоскости рамы Нв НПБ Нн 8
Расчёт и конструирование верхней части колонны Сечение верхней части колонны – сварной двутавр, как правило, с гибкой стенкой. Средний (неустойчивый) участок стенки в расчётное сечение не включается. При подборе сечения используется комбинация Mmax, Nc. ≈ 15 tw Условие местной устойчивости Условие экономичности 9
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы Физическая гибкость: Радиус инерции сечения Условная гибкость: Радиус ядра сечения Эксцентриситет: Относительный эксцентриситет: Приведённый эксцентриситет: Коэффициент снижения расчётного сопротивления при внецентренном сжатии: Условие проверки устойчивости: х – коэффициент влияния формы сечения, учитывает развитие пластических деформаций 10
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости рамы Физическая гибкость: Коэффициент продольного изгиба: Коэффициент, учитывающий влияние момента (при mx 5): Условие проверки устойчивости: , – коэффициенты по табл. 10 СНи. П 11
Подбор сечения верхней части колонны 12 • Высота сечения h определена при компоновке поперечной рамы. • Толщина полки tf назначается конструктивно (tf = 10… 40 мм). • Высота стенки hw = h – 2 tf. • Толщина стенки tw : . Из условия местной устойчивости . Из условия экономичности • Ширина полки bf: . Из условия устойчивости в плоскости рамы . Из условия устойчивости из плоскости рамы Если условие местной устойчивости стенки не выполняется, то в расчёт включается только устойчивая часть стенки высотой hred ≈ 15 tw
Обеспечение местной устойчивости стенки и полок колонны сплошного сечения 13 • Условия местной устойчивости : . стенки . полок (поясных листов) - предельные условные гибкости стенки и полки; определяются по ф-лам СНи. П в зависимости от условной гибкости всего стержня. • Условная гибкость определяется: . В центрально-сжатой колонне – по наибольшей гибкости max. Во внецентренно сжатой колонне – по гибкости относительно оси, перпендикулярной плоскости изгиба x Зависимость предельной гибкости стенки и полки от гибкости всего стержня даёт возможность: • Не допустить наступления потери местной устойчивости раньше, чем общей. • Выполнять стенку и полки более тонкими, если гибкость колонны достаточно велика.
Способы обеспечения местной устойчивости стенки колонны сплошного сечения 14 L Увеличение продольного ребра жёсткости J Проектирование колонны с гибкой стенкой (2, 5… 3)hw K Установка (2, 5… 3)hw толщины стенки
Расчёт и конструирование нижней части колонны 15 hв hв/2 ув bf Верхняя (надкрановая) часть колонны Наружная (шатровая) ветвь хв е 0 Внутренняя (подкрановая) ветвь Нижняя (подкрановая) часть колонны крайнего ряда Подкрановая ветвь обычно сильнее нагружена, а потому более мощная. 2. . 3 см h. I Для удобства крепления стеновых панелей шатровая ветвь имеет сечение в виде швеллера. ун a 2 z 0 a 1 hн х2 хн х1 Решётка из уголков
16 Определение усилий в ветвях и решётке M В сквозной внецентренно сжатой колонне в ветвях возникают только осевые усилия, то есть ветви работают как центральносжатые стержни. (без учёта Q) Q N Для расчёта подкрановой ветви используется комбинация с моментом, догружающим подкрановую ветвь; для расчёта шатровой ветви – с моментом, догружающим шатровую ветвь. Усилия в ветвях определяются из уравнений равновесия. Nш A 2 Nd a 2 a 1 h 0 Nп « 2» - учитывает, что раскосы расположены в двух плоскостях
Обеспечение устойчивости нижней части колонны (1) Устойчивость ветви из плоскости рамы. Обеспечивается подбором сечения ветви. (2) Устойчивость ветви в плоскости рамы на участке между узлами решётки. Обеспечивается назначением расстояния между узлами решётки. (3) Устойчивость сжатых элементов решётки. Обеспечивается подбором сечения решётки. (4) Устойчивость колонны в плоскости рамы. Обеспечивается назначением расстояния между ветвями (при компоновке поперечной рамы). траверса Для лучшего включения ветвей в работу решётка начинается от подкрановой ветви (более нагруженной) НПБ НТР 4 l 0 Нв 1 3 17 Высота траверсы: НТР = (0, 5… 0, 8)hн 2 l 0 НТР 500 мм Расстояние между узлами решётки должно обеспечивать оптимальный угол наклона раскосов 35° h 0 l 0 ≈ 1, 4 h 0 при opt = 35°
Подбор и проверка сечения подкрановой ветви Сечения ветвей подбирают из условия устойчивости из плоскости рамы. • Задаём п = 0, 75. • Требуемая площадь сечения: • Требуемая высота сечения: • По найденным характеристикам подбираем по сортаменту широкополочный двутавр. • Гибкость • Коэфф-т продольного изгиба (для ц. сж. элемента) • Проверка устойчивости из плоскости рамы: 18
Подбор и проверка сечения шатровой ветви • Высота стенки: • Толщина стенки: • Ширина полки bf назначается конструктивно (15… 20 см). • Задаём ш = 0, 80. • Требуемая площадь сечения: • Толщина полки hw = h. I + 60 мм tw = bf(в) 4 По требуемой площади сечения: 4 По условию местной устойчивости: • Если Аш(тр) < 0, то толщина полки швеллера определяются только из условия местной устойчивости. • Гибкость • Коэфф-т продольного изгиба (для ц. сж. элемента): • Проверка устойчивости из плоскости рамы: После подбора сечений ветвей уточняют положение центра тяжести сечения, жёсткостные характеристики сечения и действующие усилия (статический расчёт) 19
20 Расчёт решётки сквозной колонны • Расстояние между узлами решётки назначается так, чтобы гибкость ветви в плоскости рамы на участке между узлами не превышала гибкость всей ветви из плоскости рамы: • Для раскосов решётки задаём d по = 100. • Требуемая площадь сечения: • По сортаменту подбираем подходящий уголок ( Ad, imin). • Расчётная длина раскоса равна геометрической ld. • Гибкость • Коэфф-т продольного изгиба (для ц. сж. элемента): • Проверка устойчивости раскоса: В качестве Q принимается наибольшее из усилий: • усилие Q из статического расчёта • фиктивная поперечная сила Qfic по ф-ле (23) СНи. П «Стальные конструкции» .
Проверка устойчивости сквозной колонны в плоскости рамы как единого стержня • Физическая гибкость • Приведённая гибкость колонны сквозного сечения (для треугольной решётки); - коэффициент: • Условная приведённая гибкость: • Расчёт производится дважды: при действии момента, догружающего подкрановую ветвь (i = 1), и момента, догружающего шатровую ветвь (i = 2). • Относительный эксцентриситет: • Коэфф-т снижения расчётного сопротивления: • Проверка устойчивости : Приведённая гибкость учитывает деформативность решётки сквозной колонны 21
Обеспечение жёсткости колонн при кручении • Для повышения жёсткости колонн при кручении применяются: 4 В сплошных колоннах – поперечные рёбра жёсткости (не менее двух), установленные с шагом не более (2, 5… 3)hw. Рёбра необходимо ставить при 4 В сквозных колоннах – диафрагмы жёсткости. 22
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛА СОПРЯЖЕНИЯ ВЕРХНЕЙ И НИЖНЕЙ ЧАСТЕЙ СТУПЕНЧАТОЙ КОЛОННЫ
24 Общие соображения Если полная высота колонны превышает 18 м, то в узле соединения её верхней и нижней частей устраивают монтажный стык, иначе выполняется заводской стык. Восприятие и передачу усилий в узле сопряжения осуществляет траверса, которая для надёжности выполняется в виде сплошного листа. В сквозных колоннах траверса работает на изгиб как балка двутаврового сечения, при этом роль поясов балки выполняют рёбра жёсткости (верхнее и нижнее). {не чертить} траверса Расчётная схема траверсы {не чертить}
25 Конструктивное решение узла сопряжения в случае устройства монтажного стыка а – общий вид; б – сечение траверсы; в – расчётная схема траверсы. В колоннах с монтажным стыком верхнее ребро траверсы опускается вниз на расстояние b 1 = 150 мм, чтобы оно не находилось в месте стыка. Для удобства выполнения работ сварные швы в монтажном стыке располагаются в одном сечении.
Конструктивное решение узла сопряжения в случае устройства заводского стыка 500 В колоннах с заводским стыком верхнем ребром траверсы является удлинённая опорная плита. Сварные швы располагаются вразбежку. Опорная плита толщиной 20… 25 мм траверса 26
Расчёт траверсы Нагрузки, действующие на траверсу М, N – изгибающий момент и продольная сила в сечении 2 -2 колонны (используется комбинация, в которой момент нагружает внутреннюю полку); Dmax – максимальное давление кранов; Fпб – вес подкрановой балки. Внутренние усилия в расчётном сечении Расчётное сечение, в котором проверяется прочность траверсы, находится у внутренней грани верхней части колонны. Изгибающий момент: Поперечное усилие: hв, hн – высота сечения верхней и нижней частей колонны; ψ = 0, 9 – коэффициент сочетаний; k = 1, 2 – коэффициент, учитывающий возможную неравномерность передачи давления крана. 27
28 Компоновка размеров траверсы Высота стенки траверсы назначается при компоновке решётки колонны и проверяется по условию прочности на срез стенки подкрановой ветви колонны: {не чертить} где 2 – расчётное число срезов; d – толщина стенки прокатного двутавра подкрановой ветви. {не чертить}
29 Компоновка размеров траверсы Толщина стенки траверсы назначается: {не чертить} 1) из условия сопротивления её торцевому смятию (верхняя кромка траверсы фрезерована): lef – длина площадки смятия. 2) из условия её работы на срез: {не чертить}
Расчёт сварных швов крепления траверсы {не чертить} Расчётные усилия в шве ш1 определяются в предположении, что нагрузка с верхней части колонны передаётся только через её полки: Требуемая длина шва: 4 – расчётное число швов; kf – принятый катет шва (kf ≥ kf , min). {не чертить} Если не выполняется проверка по предельной длине шва, катет шва необходимо увеличить: Принятая длина шва не должна превышать высоту траверсы: lw ≤ hwt – 10 мм. Проверка по предельной длине шва: lw ≤ 85 f kf Шов ш2 (4 шт. ) рассчитывается аналогично на действие усилия Vmax. 30
Проверка прочности траверсы Проверка прочности по нормальным напряжениям: Wx, min – наименьший момент сопротивления сечения траверсы (для верхней или нижней грани). Проверка выполняется, если высота траверсы принята не менее (0, 5… 0, 8)hн. Если проверка не выполняется, необходимо увеличить высоту траверсы или размеры рёбер жёсткости bft , tft. 31
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ БАЗЫ КОЛОННЫ
33 Общие соображения Назначение базы колонны: База с фрезерованным торцом колонны 1 – Распределение нагрузки от колонны по площади фундамента; 2 – Закрепление колонны в соответствии с принятой расчётной схемой. Обязательный элемент базы – опорная плита. Наиболее простая конструкция базы получается, когда колонна опирается непосредственно на опорную плиту. Для равномерности передачи давления торец колонны фрезеруют. Однако в этом случае плиту приходится выполнять достаточно большой толщины, иначе она будет выгибаться. Чтобы уменьшить толщину плиты, предусматривают передачу нагрузки от колонны на плиту через консольные рёбра или траверсы. База с консольными рёбрами База с траверсами
34 Шарнирные и жёсткие базы колонн Если анкерные болты крепятся непосредственно к опорной плите, то вследствие её изгиба имеется возможность некоторого поворота колонны относительно фундамента. Это шарнирный узел сопряжения. Базы с траверсами Чтобы такое сопряжение стало жёстким, необходимо увеличить толщину опорной плиты, однако это нерационально. Если анкерные болты крепятся к выносным консолям траверс и затягиваются с напряжением, близким к расчётному сопротивлению, то возможность какого-либо поворота базы относительно фундамента устраняется. Это жёсткий узел сопряжения. В шарнирных базах диаметр анкерных болтов назначается конструктивно; в жёстких базах – из расчёта на действие растягивающих усилий, стремящихся оторвать колонну от фундамента. Шарнирная Жёсткая
Базы колонн ОПЗ Сопряжение колонны с фундаментом в плоскости рамы принимается жёстким, а из плоскости рамы - шарнирным. При ширине сквозной колонны hн ≥ 1000 мм под каждую ветвь предусматривается своя база. Чтобы в шатровой ветви колонны не появлялись дополнительные изгибающие моменты, центр тяжести плиты совмещается с центром тяжести ветви. 35
Усилия, действующие на базы колонн ОПЗ В расчётной схеме сквозной внецентренно сжатой колонны принято, что в ветвях возникают только продольные осевые усилия. Поэтому базы для каждой ветви рассчитывают как центрально-сжатые. 36 При расчёте опорной плиты и траверсы используется комбинация усилий Mmax, Nсоот в сечении 4 -4 колонны (момент нагружает рассчитываемую базу). Расчётные усилия: Для базы шатровой ветви: Для базы подкрановой ветви: При расчёте анкерных болтов используется комбинация Mmax, Nсоот (момент разгружает рассчитываемую базу), или комбинация Nmin, Mсоот в сечении 4 -4. Окончательно принимается наибольшее значение растягивающего усилия Fa. Расчётные усилия: Для анкерных болтов шатровой ветви: Для анкерных болтов подкрановой ветви:
37 Расчёт опорной плиты Площадь опорной плиты назначается из условия сопротивления бетона фундамента местному сжатию: Rb – расчётное сопротивление бетона фундамента осевому сжатию; b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона за счёт включения в работу ненагруженной части фундамента. Размеры опорной плиты в плане назначаются исходя из её требуемой площади, а также обеспечения необходимой величины её свесов, которые должны составлять не менее 50 мм. Окончательно размеры опорной плиты принимаются кратными 10 мм. Толщина опорной плиты назначается из условия её работы на изгиб под действием реактивного отпора фундамента. Изгибающие моменты определяются для отдельных участков плиты, окончательно для расчёта принимается наибольшее значение: M = max {M 1; M 2; M 3; M 4}. Требуемая толщина плиты*: Окончательно толщина плиты принимается на 2… 3 мм больше требуемой по расчёту (для последующей фрезеровки). * W 0 – момент сопротивления плиты толщиной t 0 и шириной 1 см.
Расчёт траверсы и анкерных болтов Размеры траверсы назначается конструктивно (толщина ttr = 10… 14 мм; высота htr = 40… 60 мм). Требуемая площадь сечения анкерных болтов: Требуемая величина катета сварных швов крепления траверсы к колонне: Nmax = max {NШ; NП}; lw = htr – 10 мм; 4 – число швов. Fa, max = max {Fа, ш; Fа, п}; Rba – расчётное сопротивление анкерных болтов; Проверка прочности траверсы по нормальным напряжениям: по касательным напряжениям: n – число анкерных болтов для одной ветви колонны (2 или 4). 38
Скачать презентацию КОЛОННЫ ОПЗ Типы колонн ОПЗ Конструктивные особенности
3 - Колонны ОПЗ.ppt