Реконструкция двухветвевой сквозной стальный колонны промышленного здания

РАСЧЕТ  И КОНСТРУИРОВАНИЕ  МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ДВУХВЕТВЕВОЙ КОЛОННЫ ЗДАНИЯ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ РАСЧЁТНОЙ НАГРУЗКИ НА 35% 

Конструктивная  схема колонны и её размеры  приведены на рисунке 1:

    

    Подбор  сечений стержня  колонны 

 Исходные  данные 

Расчетные усилия до увеличения расчётной нагрузки:

-для надкрановой  части колонны в сечении 9 (9-11)

=-457,23 кН, = -348,67 кН·м.

-для подкрановой  части колонны в сечении 1(1-3)

=-1899,73 кН, =-866,92 кН·м

(изгибающий момент  догружает шатровую ветвь);

=-1899,73 кН, =1291,69 кН·м

(изгибающий момент  догружает подкрановую ветвь). 

Расчетные усилия при увеличении расчётной нагрузки на 35%:

-для надкрановой  части колонны в сечении 9 (9-11)

=-617,26 кН, = -470,7 кН·м.

-для подкрановой  части колонны в сечении 1(1-3)

=-2564,64 кН, =-1170,34 кН·м

(изгибающий момент  догружает шатровую ветвь);

=-2564,64 кН, =1743,78 кН·м

(изгибающий момент  догружает подкрановую ветвь).

Соотношение жесткостей надкрановой и подкрановой частей колонны

.

Материал колонны - сталь С255 (табл. 1 прил. 4) с  =240 МПа при =10...20мм и = 230 МПа при >20 мм (1 табл. 3 прил. 4).

Сварка элементов - полуавтоматическая в среде углекислого  газа; сварочная проводка - Св-08Г2С (1 табл. 1 прил. 6), положение швов - нижнее. 

    Определение расчетной длины  колонны в плоскости  рамы  

В соответствии с  п.6.8 [4] расчетная длина определяется для каждого участка колонны  с постоянным сечением:

для подкрановой  части  ,

для надкрановой (верхней)

Для одноступенчатых  колонн при  и значение коэффициентов расчетной длины разрешается принимать по табл. 18[4]. В рассматриваемом примере наибольшая продольная сила в нижней части колонны, как видно из таблицы 1; возникает в сечении 1(1-5) при загружениях 1,2,3,5 и 8 и составляет кН. Продольную силу в верхней части колонны (сечение 9(9-11)) подсчитываем при том же загружении:

-345,1+0,9·(-302,4) =-617,26 кН. Таким образом, 

 и 

Так как условие  выполняется, то коэффициенты расчетной  длины

и

Итак, расчётные  длины в плоскости рамы:

 

 Расчетная длина колонны  из плоскости рамы 

Согласно п.6.13[4] расчетные  длины частей колонны в направлении  вдоль здания (из плоскости рамы) принимаются равными расстояниям  между сечениями, закрепленными  от смещения из плоскости рамы. Таким  образом, коэффициенты расчетных длин принимаются равными 1. Следуя этому  указанию, расчетную длину нижней части колонны принимаем равной расстоянию от низа опорной плиты базы колонны до уровня подкрановой ступени колонны, которая закреплена от смещения вдоль здания подкрановыми балками, т.е. принимаем её равной длине нижней части колонны .

Расчетная длина верхней части колонны  из плоскости рамы принимается равной расстоянию от низа ригеля (фермы), где  закрепление обеспечено распорками связей между колоннами, до тормозной  конструкции, которая также закрепляет сечение колонны от смещения из плоскости  рамы

(здесь 1,75 м - высота подкрановой балки на опоре плюс толщина стенки тормозной балки 10 мм).

Дальнейший расчет верхнего и нижнего участков колонны  ведется независимо друг от друга. 

 Конструктивный  расчет надкрановой  части колонны. 

В нашем примере, анализируя усилия в надкрановой  части колонны по табл. 1, приходим к выводу, что наиболее неблагоприятным является загружение 1,2,3,6,8 в сечении 9 (9-11), которое дает самый большой для этой части колонны изгибающий момент и наибольшую продольную силу: =-617,26 кН, =-470,73 кН·м. Это загружение и принимается в качестве расчетного.

 Требуемую площадь  поперечного сечения определяем  из условия устойчивости в  плоскости действия момента п.5.27 [4]:

Здесь φ_е=0,158 – коэффициент, принимаем по [4, табл. 74] в зависимости от условия гибкости и приведенного эксцентриситета 

- определяем с помощью интерполяции  между значениями;    при  и m_ef=5,45

при и m_ef=5,45

Окончательно  при при и m_ef=5,45

По сортаменту (табл.1 прил.5) подбираем двутавр №50Ш2 с  характеристиками:

А=176,6 см²; = 75530 см⁴; =2967 см³; =20,26 см; =6,69 см; h=489 мм;

=14,5 мм; =300 мм; =17,5 мм.

Подобранный номер  профиля должен иметь высоту сечения  , так как принятая при компоновке высота сечения надкрановой части колонны h_v обеспечивает жесткость поперечника здания.

Подсчитываем гибкость стержня в плоскости и из плоскости  рамы.

;

;

Проверяем устойчивость стержня надкрановой части колонны  в плоскости действия момента [4, п.5.27]:

МПа< =240 МПа.

Для определения  коэффициента по [4, табл.74 прил. 6] вычислены следующие параметры: гибкость и условная гибкость стержня колонны =88,85; =3,03; приведенный эксцентриситет =1,336·4,54=6,07.

 Коэффициент  влияния формы сечения  зависит от типа сечения, отношения , условной гибкости , величины относительного эксцентриситета и принимается по [4, табл.73 прил. 6].

При  ;   =3,03 и

 коэффициент  определяем с помощью

интерполяции 

- определяем с помощью интерполяции  между значениями;    при  и m_ef=6,07

при и m_ef=6,07

Окончательно  при при и m_ef=6,07

При определении  следует руководствоваться требованиями п.5.29[4]: для ступенчатых колонн эксцентриситет подсчитывают по максимальному моменту на длине участка постоянного сечения.

Проверяем устойчивость стержня надкрановой части колонны  из плоскости действия момента [4, п.5.30]:

.

 Здесь  =0,787 - коэффициент продольного изгиба, определенный по табл.4

прил.4 в зависимости  от =63,53; с=0,26 - коэффициент влияния момента на устойчивость внецентренно-сжатого стержня.

 определяем с помощью интерполяции  между значениями

 

Коэффициент с подсчитывают по указаниям п.5.31[4] в зависимости  от значения относительного эксцентриситета  , при этом за расчетный момент для стержня с шарнирно-опертыми концами, закрепленными от смещения перпендикулярно плоскости действия момента, следует принимать максимальный момент в пределах средней трети длины, но не менее половины наибольшего по длине стержня момента (рис. 11). 
 

Рис. 11. Эпюра изгибающих моментов при загружениях 1,2,3,6 и 8

M₁₁=18,81+0,9·(26,04-203-95,62-127,49)=-341,25 кН·м;

M₁₁=30,9+0,9·(26,04-203-95,62-127,49)=-329,16 кН·м;

=359,56 кН·м.

В данном примере  .

Следовательно, . Коэффициенты и определены по [4, табл.10] при условии, что

. и

Так как сечение  надкрановой части колонны подбиралось  из условия обеспечения жесткости  поперечника здания >0,5м, оно имело запас по таким факторам как, обеспечение прочности, устойчивости, гибкости. В связи с этим усиление надкрановой части колонны не требуется, хотя при дальнейшем увеличении расчётных нагрузок следует увеличить сечение приваркой полос, уголков или других элементов без предварительного напряжения.

    Конструктивный  расчет подкрановой  части колонны 

По результатам  статического расчётf в программном комплексе SCAD Office усилия от комбинаций загружений при увеличенных значениях расчётных нагрузок в подкрановой части колонны имеют значения: