Расчет фундамента под стальную колонну включает в себя определение размеров и вида фундамента в зависимости от нагрузки, которую колонна будет передавать на основание. Сначала необходимо рассчитать осевую нагрузку, учитывая вес самой колонны, а также дополнительные нагрузки, такие как статические и динамические влияния, например, от оборудования или ветра.
После этого, с учетом грунтовых условий и допустимых напряжений в том материале, из которого будет изготовлен фундамент, можно определить его размеры. Чаще всего для стальных колонн используют ленточные или свайные фундаменты. При расчете также учитывают факторы безопасности, такие как коэффициенты надёжности, чтобы гарантировать долговечность и устойчивость конструкции.
Расчет столбчатого фундамента под колонну
Расчет фундамента выполняем под колонну среднего ряда, которая работает как центрально сжатый элемент. Фундамент под колонну среднего ряда считается как центрально-загруженный.
Расчет подошвы столбчатого фундамента
Усилия от нормативной нагрузки определяются приблизительно, путём деления расчётных нагрузок на средний коэффициент надежности по нагрузке:
гн=1.15 — средний коэффициент надежности по нагрузке;
Глубина заложения фундамента
Глубина заложения фундамента d определяется с учетом:
конструктивных особенностей сооружения;
глубины заложения соседних фундаментов и прокладки коммуникаций;
рельефа, характера напластования и свойств грунтов;
глубины сезонного промерзания грунтов.
Определение глубины сезонного промерзания
dfn=1,2 — нормативная глубина сезонного промерзания, м; кn=0,6 — коэффициент характеризующий параметры эксплуатации здания. Глубина фундамента должна быть больше 0.9м. Принимаю глубину заложения фундамента 1,5 м. Защитный слой бетона принимаю равным a0=3,5 см, так как будет производиться подготовка по грунту, толщиной слоя 10 см
Определение ширины подошвы фундамента
расчётное сопротивление грунта (принимается по СНиП МПа — пески пылеватые маловлажные плотные). глубина заложения фундамента. м. удельный вес грунта на обрезок фундамента. кН/м 3 .
Длина стороны фундамента
При центрально-загруженном фундаменте принимаем квадратную форму основания фундамента.
Длина стороны фундамента:
Принимаем фундамент: 1,61,6 м и Аф = 2,6 м 2
Давление на подошву грунта
Принимаем бетон В15 с прочностью на одноосное сжатие Rb = 8.7 МПа, нормативным сопротивление бетона при растяжении Rbt = 0.75 МПа и рабочую арматуру А-II с расчетным сопротивлением растяжению RS = 280 МПа.
Полезная минимальная высота фундамента определяется из условия продавливания его колонной при действии расчётной нагрузки
Высота фундамента с учетом конструктивных требований
hф = h0 + a = 0,33 + 0,04 = 0,4 (0,37) м.
Конструктивно принимаю высоту ступеньки h1 = 20 см; h2 = 20 см
Конструктивно принимаю высоту ступеньки h1 = 20 см; h2 = 20 см.
Рис.6 Расчетная схема фундамента
Армирование столбчатого фундамента по колонну
Фундамент рассчитывается как центрально нагруженный.
Нагрузка на фундамент с учетом собственного веса фундамента:
Площадь сечения арматуры фундамента находим из расчета нормальных сечений I-I и II-II по изгибающим моментам, определяется как для консолей от действия давления грунта по подошве фундамента. Значение моментов находим на всю ширину фундамента
Площадь сечения арматуры на всю ширину фундамента
ASI = МI/ RS 0.9 h0 = 91,6 10 4/ 0.9 0.2 280 10 3 = 18,175 cм 2
ASII = МII/ RS 0.9 h0I = 11 10 4/ 0.9 0.2 280 10 3 = 2,183 cм 2
Армирую фундамент 8 стержнями по одной стороне и 8 по другой ? 14 мм класса А-II с общей AS Ф = 24.62 см 2 .
Расчет металлической колонны
Металлические центрально сжатые колонны применяются для поддерживания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, эстакадах и др.
Колонны передают нагрузку от выше лежащей конструкции на фундамент. Расчетная схема одноярусной колонны определяется с учетом способа закрепления ее в фундамент, а также способа прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.
Расчетная длина колонны определяется по формуле:
где, μ — коэффициент расчетной длины, применяемый в зависимости от закрепления стержня.
При шарнирном креплении колонны сверху и внизу μ = 1.
Колонны могут быть два типа: сплошные и сквозные.
Максимально возможноя расчетная нагрузка для сквозных колонн из двух швеллеров достигает 2700…3600 кН, для колонн из двутавров — 5500…6000 кН.
При значительных нагрузках сквозные колонны получаются сложными в изготовлении, более рациональными оказываются сплошные колонны, которые проектируются в виде широкополочного двутавра (прокатного или сварного).
В данном примере рассмотрим расчет сквозной колонны, сечение которого составлено из двух швеллеров.
Расчет металлической колонны относительно оси Х-Х
Подбор сечения колонны начинаем с определения требуемой площади поперечного сечения колонны по формуле:
где, N — расчетная нагрузка на колонну, передаваемая балками;
φ — коэффициент продольного изгиба;
Ry = 24 кН/см 2 — расчетное сопротивление стали;
γc — коэффициент условной работы, принимается по табл.1
Табл. 1 Коэффициент условной работы γc
Так как на колонну опирается две главные балки, то N = 2Qmax
где, Qmax — реакция главной балки.
Коэф. φ принимаем по табл.2 в зависимости от предварительно заданной гибкости стержня колонны λs, которая назначается для сквозные колонн с нагрузкой:
- до 1500 кН — λs = 90…60;
- с нагрузкой до 3000 кН — λs = 60…40;
- для сплошных колонн с нагрузкой до 2500 кН — λs = 100…70;
- с нагрузкой до 4000 кН — λs = 70…50
Табл. 2 Коэффициенты устойчивости при центральном сжатии φ
Задаемся гибкостью λs = 70, при этом φ = 0,754
Требуемая площадь сечения:
Требуемый радиус инерции сечения:
По требуемой площади сечения и радиусу инерции подбиаем по сортаменту соответствующий прокатный профиль, выписываем действительные характеристики принятого сечения h, Jx, Jy0, ix, iy, z0 для сечения, составленного из двух швеллеров (Рис.3 а) или для двух двутавров (Рис.3 б).
Рис. 1 Типы сечения сквозных колонн а — сечение из двух швеллеров б — сечение из двух двутавров
По Aтр = 57,37 см 2 и ix,тр = 11,3 см по сортаменту принимаем два швеллера №27
Тогда А = 2*35,2 = 70,4 см 2 , ix = 10.9 см
Рассчитываем гибкость колонны:
По табл. 2 в зависимости от λx = 72.48 определяем коэффициент продольного изгиба φ = 0,737
Проверяем устойчивость стержня колонны по формуле:
Перенапряжение не допускается, недонапряжение допускается не более 5 %.
Принимаем сечение. составленное из двух швеллеров №27 на планках.
Расчет металлической колонны относительно оси Y-Y
Определяем расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости:
где, λпр — приведенная гибкость относительно оси Y-Y; λх — гибкость относительно оси Х-Х.
Задаемся гибкостью ветви на участке между планками от 30 до 40. Для рядовых планок равна:
где b — ширина сечения сквозной колонны;
Концевые планки принимаются длиной, равной примерно 1,5ls.
Толщина планок назначается из конструктивны условий ts = (1/10…1/25) ls в пределах 6…12 мм. Рис. 2
Рис. 2 Схема расположения планок в колонне
Ширина сечения сквозной колонны равна:
где bшв — ширина пояса швеллера, а — 100…150 мм из конструктивных соображений.
b ≥ 2*95 + 100 ≈ 300 мм
Максимальное расстояние между планками l0 определяется по принятой гибкости λ1:
где λ1 = 30 — гибкость на участке между планками; i = 2,73 см — радиус инерции швеллера №27, i1 = iy;
Тогда, расчетная длина ветви равна:
Значение lв принимаем кратным высоте колонны.
где Jпл — момент инерции площади поперечного сечения планки;
J1 = 262 см 4 — момент инерции сечения швеллера №27;
Вычисляем гибкость стержня колонны λy. При n > 5 имеем:
В колоннах с раскосной решеткой (рис.3) имеем:
где — коэф., зависящий от угла наклона раскоса;
A – площадь сечения всего стержня колонны; Ap – площадь сечения раскосов в двух плоскостях.
Рис. 3 Схема узла раскосной решетки
При λ1 = 30 — гибкость ветви (задаем в пределах 30…40);
n — соотношение жесткостей;
γ1 — угол перекоса;
Угол перекоса γ1 определяем по формуле:
где Δp — удлинение раскоса (Рис.3).
При λy определяется радиус инерции сечения стержня колонны
где Jy — момент инерции сечения стержня колонны;
Требуемая ширина сечения равна:
Полученное значение меньше b = 300 мм, следовательно, принимаем b = 30 см.
Определяем гибкость стержня колонны относительно свободной оси:
Если λпр = λх, то напряжение можно не проверять, колонна устойчива в двух плоскостях.
Если значение λпр отличается от λх, то необходима проверка устойчивости стержня колонны по формуле:
где φy — коэф. принимаем по табл.2 в зависимости от λy.
Расчет планок
Расчет планок сквозной колонны сводится к назначению их размеров и расчету их прикрепления к ветвям.
Расчет планок проводится на условную поперечную силу Qусл:
где А — площадь поперечного сечения стержня колонны.
Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани, равна:
Определяем изгибающий момент и поперечную силу в месте прикрепления планки:
Принимается приварка планок к полкам швеллера угловыми швами с катетом шва kш = 0,7 см.
Тогда прочность по металлу шва, равна:
меньше прочности по металлу границы сплавления, равной
Следовательно, необходима проверка по металлу шва.
Для проверки определяется площадь сварного шва:
где, lш = ls = 20 см — момент сопротивления шва.
Определяем напряжение в шве от момента и поперечной силы:
Прочность шва определяем по равнодействующему напряжению:
Если проверка не выполняется, необходимо увеличить катет шва kш и сделать перерасчет.
p.s.: Если у вас есть знакомые которые ищут расчет строительных конструкций в программе Lira (Лира), Мономах, SCad поделитесь этой статьей в социальных сетях и тем самым поможете им.
Поделиться ссылкой:
- Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
- Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
- Больше
- Нажмите, чтобы поделиться в Google+ (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
- Поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
- Нажмите для печати (Открывается в новом окне)
