Визначення розрахункових зусиль в колоні

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 11Следующая ⇒

Для проектування колони визначаються розрахункові зусилля в таблиці 2.1 за результатами статичного розрахунку, виконаного в підрозділі 1.4. При розрахунку колони будівлі без мостових кранів слід розглянути два розрахункові перерізи згідно зі схемою рами, наведеною на рисунку 1.4: переріз А на рівні закріплення колони в фундаменті та переріз В на рівні обпирання ригеля. Якщо ригель обпирається по осі перерізу колони (е =0 на рисунку 1.4), переріз В розглядати не потрібно, оскільки при тій же поздовжній силі згинальні моменти у ньому завжди будуть меншими, ніж у перерізі А.

Таблиця 2.1. Розрахункові зусилля в лівій колоні поперечної рами

До перших чотирьох строчок таблиці 2.1 заносяться зусилля в лівій колоні від дії окремих навантажень, отримані в результаті статичного розрахунку поперечної рами. Традиційно встановлюються такі правила знаків: додатний момент викликає розтяг колони зсередини рами, а додатна поперечна сила повертає відсічену частину колони за годинниковою стрілкою.

Згідно з правилами урахування спільної дії навантажень, викладеними в пунктах 4.15 – 4.19 ДБН В.1.2-2:2006 [2], навантажувальний ефект в основному сполученні постійного та змінних навантажень визначається за формулою

, (2.1)

де N_ПОСТ – ефект (внутрішнє зусилля M, N, Q) від дії постійного навантаження;

N_ЗМ – ефекти від дії змінних навантажень (сніг, вітер зліва, вітер справа);

ψ – коефіцієнт сполучення, який приймають за пунктом 4.18 ДБН [2]
(ψ =1 при урахуванні одного та ψ =0,9 при урахуванні двох і більше
короткочасних змінних навантажень).

З метою виявлення найбільш небезпечних сполучень внутрішніх зусиль аналізуються їх комбінації, перелічені в таблиці 2.1. При цьому комбінація "+M_max і N" означає, що у ній враховуються найбільші додатні згинальні моменти з відповідними значеннями поздовжніх сил, а комбінація "N і +M_max" враховує навантаження з найбільшими значеннями поздовжніх сил та відповідними значеннями додатних згинальних моментів. Визначальним при формуванні комбінації є зусилля (M чи N), позначене в комбінації першим.

Кожна з перелічених в таблиці 2.1 комбінацій зусиль складається у двох варіантах: постійне та одне змінне навантаження (снігове або вітрове справа чи зліва) з коефіцієнтом сполучення ψ =1; постійне та усі змінні навантаження (снігове та вітрове справа чи зліва) з коефіцієнтом сполучення ψ =0,9. Постійне навантаження враховується завжди, оскільки без нього будівля не може існувати. У верхній строчці таблиці записують номери врахованих навантажень, а в нижній – зусилля, обчислені за формулою (2.1). Якщо якась комбінація зусиль не може реалізуватися в даній рамі, відповідні комірки таблиці 2.1 не заповнюють.

Комбінація "N_min і ±M", призначена для розрахунку анкерних болтів, складається з метою виявлення відриву однієї сторони колони від фундаменту. Тому постійне навантаження, яке притискує колону до фундаменту, може враховуватися з коефіцієнтом надійності, меншим за одиницю (невигідним варіантом є відхилення навантаження від характеристичного в бік зменшення). Для цього зусилля від постійного навантаження, наведені в таблиці 2.1, слід двічі розділити на узагальнений коефіцієнт надійності за навантаженням , де Q_m і Q_e – постійне навантаження з підрозділу 1.3.

Для підбору перерізу колони з таблиці 2.1 вибирається найнебезпечніша комбінація зусиль в перерізах А і В (незалежно від знаку згинального моменту). Якщо вибір такої комбінації зусиль не є очевидним (комбінація з обома найбільшими значеннями M і N відсутня), обирають ту комбінацію зусиль, яка дає найбільше значення зусилля в полиці чи гілці колони. Це зусилля умовно оцінюють за формулою (без урахування знаків M і N), у якій b – висота перерізу колони, попередньо визначена при компоновці поперечної рами в підрозділі 1.2.

Комбінація "N_min і ±M" використовується для розрахунку анкерних болтів, а значення Q_max – для розрахунку ґраток наскрізної колони.

Підбір перерізу колони

Першим етапом підбору перерізу колони є визначення розрахункових довжин. Згідно з пунктами 1.9.3.1–1.9.3.3 ДБН В.2.6-163:2010 [3] розрахункова довжина в площині рами визначається за формулою , у якій μ =2 – коефіцієнт приведення довжини для колони з жорстким закріпленням у фундаменті та вільним верхнім кінцем за 1.9.7 ДБН [3]; h – висота колони, визначена в підрозділі 1.2. Розрахункова довжина з площини рами спочатку приймається рівною висоті колони, а при необхідності зменшується в два чи три рази шляхом встановлення додаткових розпірок у вертикальних в’язях по колонах. Рішення про встановлення таких розпірок приймається за результатами перевірки стійкості колони з площини рами.

Таким чином, вихідними даними для підбору перерізу колони є її розрахункові довжини у площині та з площини рами, а також визначена в попередньому підрозділі розрахункова комбінація зусиль M і N. Перед підбором перерізу значення згинального моменту M і поздовжньої сили N необхідно перемножити та коефіцієнт відповідальності γ_n., встановлений у таблиці 1.4.

Колони одноповерхових будівель можуть виконуватися суцільними або наскрізними. Переваги суцільних колон з прокатних двотаврів чи інших профілів полягають у конструктивній простоті та високій технологічності їх виготовлення. Наскрізні колони з двох гілок, з’єднаних планками чи гратками, характеризуються меншими витратами сталі, але є конструктивно й технологічно складнішими, ніж суцільні. Тому наскрізні перерізи звичайно використовують у високих колонах, які неможливо запроектувати з прокатного двотавра, або які при дотриманні висоти перерізу з умов жорсткості підбираються з надмірними запасами стійкості. Порядок проектування наскрізних позацентрово стиснутих колон детально розглянутий в [5, 6, 7] на прикладі одноповерхових виробничих будівель з мостовими кранами.

В курсовій роботі рекомендується проектувати колони суцільного перерізу, виконані з прокатного двотавра з паралельними гранями полиць. Тип двотавра (Б, Ш чи К) визначається у процесі підбору перерізу з умови рівної стійкості в площині та з площини поперечної рами. Невисокі колони будівель з легкими покрівлями можна також виконувати з гнутозварних замкнутих профілів (прямокутних труб). Підбір перерізу суцільної колони виконується у порядку, описаному нижче.

1. За вказівками норм встановлюють параметри, що визначають відповідальність та умови роботи основної несучої колони каркасу, як це зроблено в таблиці 1.4:

· клас відповідальності будівлі (СС1, СС2, СС3) за пунктом 5.1 і додатком А ДБН В.1.2-14-2009 [1];

· категорію конструкції за призначенням (А, Б, В) та напруженим станом
(І, ІІ, ІІІ) за додатком В ДБН В.2.6-163:2010 [3];

· суму балів і номер групи конструкцій за вказівками пункту В.1 ДБН [3] з урахуванням відсутності несприятливого впливу зварних з’єднань і значних напружень розтягу від розрахункового навантаження (при цьому класам відповідальності СС1, СС2, СС3 за [1] відповідають класи ІІІ, ІІ, І за [3]);

· коефіцієнт відповідальності γ_n для розрахунку колони за граничним станом першої групи в усталеній розрахунковій ситуації за пунктом 7.6.4 ДБН [1];

· коефіцієнт умов роботи γ_с за таблицею 1.1.1 ДБН [3].

2. За встановленою групою конструкцій (як правило, для колони – група 3 або 4) вибирають сталь для проектування колони з таблиці Е.1 ДБН [3].
За таблицею Е.2 ДБН [3] попередньо визначають розрахунковий опір R_y прокату з обраної сталі. Враховуючи характер роботи та вид граничного стану колони (втрата стійкості), рекомендується обирати сталі звичайної міцності з невисокими значеннями розрахункового опору.

3. Необхідну площу поперечного перерізу колони визначають за наближеною формулою, рекомендованою [7]

, (2.2)

де M і N – розрахункова комбінація зусиль в колоні з підрозділу 2.1;

b – габаритна висота перерізу (ширина) колони, попередньо вибрана
при компоновці поперечної рами в підрозділі 1.2.

3. Виходячи з отриманої площі перерізу А_Н та встановленої при компонуванні поперечної рами габаритної висоти перерізу колони b, обирають тип і розмір профілю (прямокутна труба, двотавр типу Б, Ш або К). Висота вибраного профілю (висота двотавра чи більший розмір прямокутної труби) не повинна не меншою за 0,8× b, інакше рама не матиме достатньої поперечної жорсткості. Із сортаменту виписують позначення профілю та геометричні характеристики його поперечного перерізу:

· ширину b_f та товщину t_f полички;

· площу поперечного перерізу А;

· момент опору відносно осі більшої жорсткості W_x;

· радіуси інерції відносно обох осей i_x, i_y.

4. За таблицею Е.2 ДБН [3] з урахуванням товщини полички вибраного профілю уточнюють розрахунковий опір сталі R_y.

5. Згідно з вимогами пункту 1.6.2.2 ДБН [3] визначають розрахункові параметри, необхідні для перевірки стійкості колони в площині рами:

· гнучкість та умовна гнучкість колони в площині рами

; ; (2.3)

· відносний ексцентриситет навантаження

; (2.4)

· відношення площі полички до площі стінки вибраного профілю

; (2.5)

· коефіцієнт впливу форми перерізу за формулами з таблиці К.2 ДБН [3] з інтерполяцією по величині відношення A_f / A_w;

· приведений відносний ексцентриситет m_ef за формулою (1.6.6) ДБН [3];

· коефіцієнт стійкості при позацентровому стиску φ_е за таблицею К.3 ДБН [3] о інтерполяції залежно від приведеного відносного ексцентриситету m_ef і умовної гнучкості .

6. Виконують перевірку стійкості колони у площині рами (у площині дії згинального моменту) за формулою (1.6.5) ДБН [3] і визначають граничну гнучкість за відповідною формулою з таблиці 1.9.9. ДБН [3], використовуючи результат перевірки стійкості в якості значення α. Якщо стійкість колони не відповідає вимогам ДБН [3] (гранична нерівність не задовольняється чи задовольняється з надмірним запасом), або фактична гнучкість колони в площині поперечної рами λ_x перевищує граничну, слід відповідним чином змінити переріз колони й повторити розрахунки за пунктами 3 – 5.

7. Визначають гнучкість та умовну гнучкість колони з площини рами

; ; (2.6)

Розрахункова довжина колони з площини рами спочатку приймається рівною висоті колони: l_y=h. Якщо отримане значення λ_y перевищує визначену в пункті 6 граничну гнучкість, у системі в’язей по колонах встановлюють додаткову поздовжню розпірку й повторюють розрахунки за пунктом 7. Таке конструктивне рішення зменшує розрахункову довжину l_y та гнучкість колони з площини рами λ_y у 2 рази.

8. Визначають розрахункові параметри, необхідні для перевірки стійкості колони з площини рами (за згинально-крутильною формою втрати стійкості):

· коефіцієнт стійкості при центральному стиску відносно осі y – φ_y залежно від умовної гнучкості за таблицями В.2 – В.4 для типу кривої стійкості, що відповідає вказівкам пункту 1.4.1.3 ДБН [3];

· розрахункове значення згинального моменту M_x, яке згідно з пунктом 1.6.2.3 ДБН [3] приймається рівним найбільшому значенню згинального моменту в межах середньої третини довжини колони (у курсовій роботі в запас надійності можна прийняти M_x =2× M /3);

· коефіцієнт с за додатком Н ДБН [3] залежно від відношення площі полички до площі стінки (для прямокутної труби враховують дві стінки);

· коефіцієнт δ_x за формулою (1.6.16) ДБН [3].

9. Виконують перевірку стійкості колони з площини рами (за згинально-крутильною формою втрати стійкості): для двотаврового перерізу – за формулою (1.6.7) ДБН [3], а для перерізу з прямокутної труби – за формулою (1.6.14) та вказівками останнього абзацу пункту 1.6.2.10 ДБН [3]. Якщо стійкість не забезпечена, рекомендується зменшити розрахункову довжину колони з площини рами l_y за рахунок встановлення додаткової поздовжньої розпірки в системі в’язей по колонах і повторити розрахунки за пунктами 7 –9.

Згідно з пунктом 1.6.1.2 ДБН [3], перевірка міцності позацентрово стиснутих стержнів при значенні відносного приведеного ексцентриситету не виконується. Місцева стійкість поличок і стінки колони завжди забезпечується за рахунок відповідної компоновкою перерізів прокатних профілів у сортаменті.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии