Толщина опорной плиты в базе стальной колонны принимаемая без расчета в простейших случаях
Обновлено: 06.05.2024
Здравствуйте, товарищи инженеры!
У меня возник вот такой вопрос. Хотелось бы разобраться, что к чему.
Расчитываю базу колонны. База жесткая, по типу жесткой базы в КОМЕТЕ (тип 10, на 4ех болтах, с траверсами и опорными ребрами). При расчете программа мне выдает, что катет шва прикрепления траверсы к опорной плите - 20мм. Показалось много. Почитал в Белене - написано, что швы, крепящие ветви траверсы к опорной плите, расчитываются на полное усилие, действующее в колонне. примерно прикинул вручную - получается почти также. Но ничего не нашел про то, как расчитываются швы прикрепления самой колонны к опорной плите. Они назначаются конструктивно не менее минимальных и в работе не учитываются?(а все усилия передаются через швы крепления траверсы к опорной плите) Или же все швы (колонна-к опорной плите и траверсы-к опорной плите) расчитываются совместно на полное усилие в колонне? (по типу примера 4 пособия по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций).
Извините, если туплю, но хочется окончаьтельно разобраться с этим вопросом!
Тогда швы колонне к плите - конструктивно, с минимальным катетом?
Тогда считается, что N передается через фрезерованный торец, а швы траверс к плите - на равнодействующее M и Q? Катет шва 20мм - нормально? А Какие вообще ограничения существуют по катетам шва?(в снипе - до 18мм)
У двухветвевых колонн промышленных цехов фрезеруют торец колонны и опорную плиту для возможности выполнения так называемого безвыверочного монтажа. Колонна приваривается к опорной плите только в связевом блоке.
бред.
колонна приваривается к плите конструктивно везде - см. учебник МК под ред. Г.С. Веденикова стр. 452
Инженер-недоучка на производстве
11.15. В соединениях элементов с фрезерованными торцами (в стыках и базах колонн и т. п.) сжимающую силу следует считать полностью передающейся через торцы.
Во внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах сварные швы и болты, включая высокопрочные, указанных соединений следует рассчитывать на максимальное растягивающее усилие от действия момента и продольной силы при наиболее неблагоприятном их сочетании, а также на сдвигающее усилие от действия поперечной силы.
Почитал в Белене - написано, что швы, крепящие ветви траверсы к опорной плите, расчитываются на полное усилие, действующее в колонне.
то Гиппопо:
стр 224. Примерно посередине! Написана там вот такая хрень:
швы, прикрепляющие ветви траверсы к опорной плите, расчитываются на полное усилие, действующее в колонне
то Eugene84:
Неточно выразился. В СНИпе написано - 18мм и более. А более - это до какого предела?
Про остальное, что вы написали - к теме не совсем относится. Я спрашивал про расчет швов. Конструктивные требования я знаю.
Кроме того, читайте параграф 11
Читал. Все понятно. Здесь у меня и не было вопросов.
Товарищи инженеры, вопрос так и не исчерпал себя!
вовсе не бред, вы не в учебник смотрите а побывайте на строительстве какого-нибудь металлургического завода и посмотрите своими глазами. Это практика проектирования еще с советских времен, посмотрите например серию 1.424.3-7 в.7. Я не говорю про районы с сейсмичностью 7-9 балов. В иностранных проектах, которые я видел, опорная плита приварена к колонне и имеет к тому же шпору из двутавровой балки, такие колонны, если у них большая масса, не удобно монтировать и выверять.
Ого. Вот это. это даже не шов, это швище целый. Где такое написано, ткните носом, спасибо скажу! Offtop: И пойду по всем проектным конторам, куплю им хлебушка, сухари пусть сами сушат. Или смотрите вложение! СНиП устанавливает ограничения на минимальный катет (таблица 38) и максимальный катет (п. 12.8а). Где написано про 18 мм и более, все глаза проглядел?
Как обычно, тема зашла совсем в иное русло, а ответа я так и не получил.
то Eugene84:
Да блин! В таблице 34* нашего "родного" стального СНИПА написано, что значения коэффициентов bf и bz при катетах щвов. в четвертой графе 18мм и более. Значит, есть катеты 18мм и более. Вот мне и было интересно, сколько это более?
Eugene84, я все-таки спрашивал, как правильно расчитывать швы, а не про требования к минимальным и максимальным катетам. Мне хотелось узнать, как расчитывать швы крепления траверсы к опорной плите. Например, у нас большие усилия в опорном узле, траверса, например t16, максимальный катет 16х1,2=19,2мм. (более 18мм) А ведь при больших усилиях и 18 мм, я думаю, может не пройти. И что тогда? Брать швы крепления колонны к опорной плите за расчетные и тоже включать их в работу?
Например, если передать все усилия через швы траверс, то получим катет шва траверсы к опорной плите 18мм.( с учетом больших усилий в узле). Если включим в работу швы крепления колонны к опорной плите - то получим, например, 12мм. Что будет правильнее - наварить такой шов 18 мм или расчитать все швы (траверсы к опорной плите и колонну к опорной плите) на полное усилие? Вот что меня интересует.
Попробую сегодня накидать пример, чтобы легче было обсуждать!
4.Понятие о расчете внецентренно- сжатых колонн
В отличие от центрального сжатия при внецентренном сжатии напряжения в поперечном сечении распределяются неравномерно. При этом возможны три основных случая :
а)σ min>0, σmax > 0;
б)σ min=0, σmax > 0;
При внецентренном сжатии на продольный изгиб оказывает влияние изгибающий момент, и поэтому размеры сечения внецентренно сжатых элементов увеличивают в направлении действия момента.
Распределение напряжений при внецентренном сжатии
Расчет внецентренно сжатых колонн зависит от материала. Внецентренно сжатые железобетонные и каменные колонны необходимо рассчитывать не только на прочность, общую устойчивость, но в некоторых случаях на раскрытие трещин.
Тема: «Особенности расчета стальных колонн под нагрузкой. Общий порядок расчета »
Цель урока: Дать основные понятия расчета и конструирования стальных колонн.
1.Особенности работы стальной колонны. 2 .Расчет центрально-сжатой колонны сплошного сечения под нагрузкой.
3.Правила конструирования центрально – сжатой колонны.
4. Расчет центрально - сжатой колонны сквозного сечения.
1.Особенности работы стальной колонны
Простейшей конструкцией стальных колонн является сплошная колонна постоянного сечения, выполненная из трубы или прокатного двутавра. Выполняются сплошные колонны составного сечения из прокатных элементов: двух швеллеров, уголков и других комбинаций.
Сечения сплошных колонн: а) прокатный двутавр; б) сварной двутавр; е) труба; г) сечение из двух швеллеров; д) сечение из двух уголков
Сплошная центрально-сжатая колонна: а) конструкция;
б) сечение из прокатной двутавровой балки;
в) двутавровое сечение, сваренное из листов;
1 — стержень колонны; 2 — оголовок колонны; 3 — база колонны
4 — фундамент; 5 — расчетная схема
Несущая способность стальных колонн может быть исчерпана от потери местной устойчивости, для исключения этого явления применяется постановка поперечных ребер жесткости конструктивное увеличение толщины листов, из которых изготавливается колонна.
Потеря местной устойчивости: а)схема потери местной устойчивости сварного двутавра б)постановка ребер жесткости для обеспечения местной устойчивости; 1 — ребра жесткости
2.Расчет центрально-сжатых стальных колонн сплошного сечения
При расчете стержня колонны необходимо выполнение следующих расчетов: по прочности, по потере общей устойчивости, а также при этом необходимо ограничивать гибкость.
Расчет прочности выполняют по формуле
где σ —нормальное напряжение в сечении колонны;
N — расчетная продольная сила;
— площадь сечения нетто, т.е. площадь сечения за вычетом площади ослаблений,
-расчетное сопротивление стали по пределу текучести (таблица 51 СНиП
— коэффициент условия работы, (при расчетах прочности сплошных колонн = 1,1 или по таблица 6 СНиП II-23-81*)
Обычно несущая способность колонн теряется в результате продольного изгиба. Поэтому размеры сечения стержня принимают из расчета на устойчивость.
Расчет на устойчивость выполняют по формуле
где φ — коэффициент продольного изгиба;
А — площадь без учета ослаблений (брутто).
Независимо от расчета на прочность и устойчивость нормы ограничивают наибольшую гибкость стержня колонны, которая должна быть не больше предельной (табл. 19 СНиП II-23-81*).
Проверка гибкости выполняется по формуле
где — расчетная длина колонны
i-радиус инерции сечения.
Общий порядок подбора сечения стержня колонны (тип 1)
1.Определяют нагрузку на колонну
2.Устанавливают расчетную схему.
3.В зависимости от расчетной схемы находят расчетную длину колонны по формуле
=μ l где μ, — коэффициент расчетной длины);
l-геометрическая длина колонны.
4.Назначают тип поперечного сечения стержня колонны: труба, прокатный двутавр, составное сечение из прокатных профилей и т.п.
5.Принимают сталь для колонны; выбор стали зависит от конструкции колонны, величины нагрузок, климатического района и условий эксплуатации (отапливаемое или не отапливаемое здание), экономического обоснования и т.д.
6.Для принятой стали определяют расчетное сопротивление по пределу текучести (таблица 51 СНиП II-23-81*).
7.Определяют коэффициент условия работы колонны (табл. 6 СНиП II-23-81*).
8.Определяют требуемую площадь поперечного сечения стержня. Требуемая площадь сечения находится из формулы:
Так как А и φ неизвестных, то одной из величин необходимо задаться, т.е. принять предварительно, а затем выполнить проверочный расчет. Задаемся гибкостью λ, величина которой не должна превышать (гибкость колонн обычно находится в пределах от 100 до 70), по принятой гибкости устанавливают коэффициент φ (табл.72 СНиП II-23-81*).
9.Определяют требуемый радиус инерции, подставляя в уравнение принятую гибкость:
10.По найденным площади и радиусу инерции, пользуясь сортаментом прокатных элементов, принимают сечение стержня колонны и выписывают фактические характеристики принятого сечения(А, ix,iy ).
Для сварных колонн, выполняемых из стальных листов, сечение колонны следует назначить самостоятельно: высота сечения колонны в виде двутавра принимается обычно в пределах
h= (1/12— 1/20)l; ширина b принимается равной высоте сечения h толщина поясов принимается в пределах 10—40 мм, а толщина стенки = 6—18 мм. Назначенное сечение должно иметь площадь, примерно равную требуемой площади .Наименьший расход металла получается, если на долю поясов приходится около 80% от общей площади поперечного сечения, и соответственно, 20% должно приходиться на стенку:
Полученное сечение колонны может быть изменено при дальнейших расчетах.
11.Проводят проверку принятого сечения и при необходимости выполняют уточнение его размеров.
Проверку устойчивости производят по формуле
Наибольшую гибкость колонны находят по формуле
где -меньший радиус инерции принятого сечения (ix,iy)
В зависимости от и находят действительный коэффициент продольного изгиба φ
12.Независимо от выполненного расчета необходимо, чтобы гибкость колонны не превышала предельной . Предельные гибкости сжатых элементов принимаются (для основных колонн они определяются) по табл. 19 СНиП II-23-81*.
λпред = 180 - 60ά, где коэффициент ά = N/φA ≥0,5).
3. Правила конструирования центрально-сжатых стальных колонн
В стальных колоннах выражены все три элемента: оголовок, стержень и база.
Стержни колонн передают нагрузку от оголовка на базу. Стержни центрально-сжатых колонн должны проектироваться исходя из принципа равноустойчивости, т.е. их гибкости относительно главных осей сечения должны быть равны.
Выполнение стержня колонны из прокатных широкополочных двутавров или из сварных двутавров не отвечает принципу равноустойчивости, но дает пригодное для колонн сечение.
Оголовки центрально-сжатых колонн. Оголовок является верхней частью колонны, он служит для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций и передачи их на стержень. В связи с этим оголовки проектируются с учетом конструкции опирающихся на них балок или ферм(при этом также учитываются особенности их крепления), передачи нагрузок и с учетом сечения стержня колонны.
В сплошных колоннах опорный лист оголовка усиливают ребрами жесткости, которые препятствуют изгибу опорного листа и одновременно способствуют включению в работу всего расчетного сечения колонны. Длина ребер жесткости принимается из учета восприятия прикрепляющими их угловыми сварными швами всего приходящегося на колонну усилия.
Оголовки стальных колонн с различным сечением стержней:
а) сечение стержня колонны — двутавр; б) труба; в) четыре уголка; 1 — стержень колонны; 2 — опорная плита; 3 — центрирующая пластинка; 4 — ребро жесткости.
Базы центрально-сжатых стальных колонн. База колонны предназначена для распределения нагрузки и передачи ее на фундамент. Если нагрузку не распределить, то такая колонна раздавит бетон фундамента, так как прочности стали и бетона различны и относительно небольшая площадь сечения стального стержня будет передавать значительные напряжения на бетон. База также обеспечивает крепление колонны к фундаменту.
В простейшем случае база центрально-сжатой колонны состоит из опорной плиты, к которой приварен стержень колонны. Колонна передает давление на фундамент через опорную плиту. В простейших колоннах толщина опорной плиты в этом случае может приниматься без расчета в пределах 20—60 мм.
4. Понятие о расчете сквозных центрально-сжатых колонн.
При большой высоте колонны габаритные размеры ее поперечного сечения должны соответственно увеличиваться. Целесообразно применение сквозных колонн, на изготовление которых тратится меньше металла.
Сквозные центрально-сжатые колонны выполняют из двух или четырех ветвей .Сквозные колонны компонуют из швеллеров или двутавров. Равноустойчивость колонны в обеих плоскостях (по главным осям) достигается путем раздвижки ветвей на необходимые расстояния. Колонны с соединительными планками более просты в изготовлении и применяются при расстоянии между ветвями до 0,8 м. При больших размерах сечения применяют соединительные решетки из уголков.
а) решетка из уголков; 6) соединение ветвей планками; в) сечения сквозных центрально-сжатых колонн; 1 - ветвь колонны; 2 - соединительная решетка.
6.4.2. Определение толщины опорной плиты
Толщину опорной плиты, опертой на торцы колонны, траверс и ребер, определяют из условия ее прочности на изгиб от отпора фундамента, равного среднему напряжению под плитой:
Обычно на практике толщину плиты принимают в пределах 20 – 40 мм. Для расчета плиты выделяют участки пластинки, опертые по четырем, трем и одной (консольные) сторонам, соответственно обозначенные цифрами 1, 2, 3 на рис. 6.13).
В каждом участке определяют максимальные изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, от расчетной равномерно распределенной нагрузки
На участке 1, опертом по четырем сторонам:
где 1 = 0,053 – коэффициент, учитывающий уменьшение пролетного момента за счет контурного опирания плиты по четырем сторонам (определяется по табл. 6.4 в зависимости от отношение большей стороны участки b к меньшей a.
Коэффициенты 1 для расчета на изгиб плиты, опертой по четырем сторонам
Значения b и a определяют по размерам в свету:
b = 400 – 2d = 400 – 2 7,5 = 385 мм; а = 360 мм; b/а = 385 / 360 = 1,07.
На участке 2, опертом по трем сторонам:
где – коэффициент принимается по табл. 6.5 в зависимости от отношения закрепленной стороны пластинки b1 = 40 мм к свободной а1 = 360 мм.
Коэффициенты для расчета на изгиб плиты, опертой на три канта
На консольном участке 3
Рис. 6.14. Укрепление плиты диафрагмой
При опирании плиты на два канта, сходящихся под углом, расчет изгибающего момента в запас прочности производится как для плиты, опертой по трем сторонам, принимая размер a1 по диагонали между кантами, размер b1 равным расстоянию от вершины угла до диагонали (рис. 6.15, а).
При резком отличии моментов по величине на различных участках плиты для наиболее экономичного использования материала плиты необходимо внести изменения в схему опирания плиты, чтобы по возможности выровнять значения моментов. Это осуществляется постановкой диафрагм и ребер. Введением диафрагмы толщиной td = 10 мм разделяем плиту на участке 1 пополам (рис. 6.14).
b/a = 38,5 / 17,5 = 2,2 > 2,
где
При отношении сторон b/a > 2 при опирании плиты на четыре канта изгибающий момент определяется как для однопролетной балочной плиты пролетом а, свободно лежащей на двух опорах:
По наибольшему значению изгибающих моментов, найденных для различных участков плиты, определяем требуемый момент сопротивления плиты шириной 1 см:
откуда толщина плиты
Принимаем лист толщиной 30 мм.
Если tf получается больше 40 мм, то можно уменьшить значения изгибающих моментов на участках плиты путем постановки дополнительных ребер. Можно принять для плиты сталь более высокой прочности, что проще постановки ребер.
Для рассматриваемого участка плиты 1 в полосе шириной 1 см при определении изгибающего момента M1 ׳ допускается учитывать разгружающее влияние смежных консольных участков вдоль длинных сторон (как в неразрезной балке).
Можно ли учитывать опорную плиту жесткой быза колонны при расчете сечения траверсы?
Доброго времени суток! При проектировании не больших зданий (1-2 этажа) с небольшими пролетами нагрузки на базу как правило не велики и доминирующим всегда является момент от ветровой нагрузки. При конструировании таких баз, как правило толщина плиты по расчету получается маленькой и ее принимают конструктивно не менее 30мм. При этом сама плита остается не нагруженной. В связи с этим возникла мысль - А можно ли использовать сечение опорной плиты базы при расчете траверсы? Это значительно уменьшает высоту траверс. Перерыл всю доступную литературу - ответа на данный вопрос не нашел. Прошу поделится мыслями, кто что думает по этому поводу, может кто-то сталкивался в практической деятельности с этим.
В своей практике наблюдал как при аварии ствол колонны получал пластические деформации, при этом база оставалось целой, но по расчету траверсы должно было выгнуть. Следовательно траверсы работали иначе. Поэтому постепенно пришел к мысли что траверсы работают совместно с плитой.
__________________
Советов у меня лучше не просить. Потому что чувство юмора у меня развито сильнее чувства жалости.
вынужден не согласится - катет шва зависит от высоты траверсы. А траверса подбирается по реактивному отпору. Абсолютно все известные мне методики так построены.
А высота траверсы зависит от материала и геометрии сечения, но как правило в сечении не учитывают опорную плиту - вопрос же стоит - насколько будет актуальным использовать опорную плиту для уменьшения высоты траверсы.
Вам больше заняться не чем эти "копейки" экономить? Сколько там на одну базу 1 кг. металла экономии? С практической точки зрения не имеет смысла, а здесь в основном "ремесленники".
На картинках нет траверс, есть рёбра.
----- добавлено через ~4 мин. -----
м больше заняться не чем эти "копейки" экономить? Сколько там на одну базу 1 кг. металла экономии? С практической точки зрения не имеет смысла, а здесь в основном "ремесленники".
Я бы не сказал что это копейки. речь же идет не про сильно нагруженные базы, а бызы одно-двух этажных зданий. К примеру - нормальное напряжение уменьшается в 2 раза, высота при этом уменьшается в 1,5 раза - это влияет на привязку по высоте к фундаменту и на сам фундамент, влияет на длину сварного шва, что влияет на стоимость и трудоемкость производства. влияет много на что. Здесь даже больше академический интерес и вопрос саморазвития..
----- добавлено через ~3 мин. -----
Не понял подвоха? Что не так. При одной и той же длине траверсы, можно наложить разный катет шва - соответственно будет различная несущая способность шва. То-есть подбирается катет шва от заданной длинны траверсы именно так идет алгоритм расчета в серии 1.400-10.
----- добавлено через ~5 мин. -----
Ну это придирка к понятийному аппарату. современный язык вообще не совершенен и многие слова люди понимают по разному. Хотите называть ребрами - пожалуйста - главное что бы при этом смысл не терялся.
----- добавлено через ~13 мин. -----
А почему Вы считаете что это некоректно? можно ваше мнение. На самом деле я проводил расчет пластинчатыми КЭ в Лире, все аналитические выкладки подтверждаются с некоторой погрешностью (5-10%), что конечна многовато. так же проводил анализ податливости этого узла и вычисление коэффициента жесткости и по методикам еврокода и по собственным догадкам - результат тоже интересен - все результаты говорят об одном - что траверса(ребро) работает совместно с опорной плитой в той или иной степени.
Повторюсь речь идет о базах, где очень мала вертикальная составляющая. в таких базах влияние опорной плиты очень велико и было бы логично ее учитывать. Но к сожалению в летературе ничего подобного нет, а любая отечественная книга по МК даст Вам понять что это вообще "шарнир", но это далеко не так, но это тема другого разговора.
Добрый день! Конструктивной беседы не получилось, ни критику особо ни кто не высказывает, ни мыслями и идеями не делится.
Предлагаю на суд мой труд, где сведен в единую кучу алгоритм расчета указанной базы с учетом опорной плиты. Прошу высказывать конструктивную критику, делиться мыслями. Если по результатам беседы будут найдены ошибки в аналитических формулах или удасться добавить какие-то улучшения - буду считать, что цель достигнута, и перейду к разработке аналогичных алгоритмов для еще 6 баз, что будет неплохим и абсолютно бесплатным подспорьем.
Прошу знатоков обратить особое внимание на расчет "жесткости" узла, которую потом можно использовать в расчетах ЛИРЫ или SCADA с учетом податливости узлов. Еврокод дает алгоритм расчета жескости, но только для базы без траверс (ребер), здесь же представлена методика вычисления схожая с Еврокод, но отличающаяся коэффициентами. В отечественной литературе ничего подобного найти не удалось - возможно кто-то знает книгу по этому вопросу.
Файл расчета не смотрел. Судя по схемам в посте 1 Вы считаете ребро с опорной плитой как консольную балку под распределенной нагрузкой. Проблема может быть вот в чем. Когда ребра или траверсы баз колонн считают отдельно от опорной плиты как балки под распределенной нагрузкой - это условный расчет не отражающий их действительного НДС. То есть приняли упрощенную модель ребер, учитывающую лишь общие закономерности работы элемента. Затем по упрощенной модели получили сечения элементов. Далее в результате экспериментов и(или) опыта эксплуатации конструкций убедились, что упрощенная модель обеспечивает несущую способность не ниже полученной экспериментально и конструкция обладает требуемой надежностью. После этого эту упрощенную модель используют при проектировании конструкций. Вы предлагаете другую упрощенную модель, дающую по расчетам более высокие значения несущей способности. В этом случае есть риск, что модель не обеспечит требуемую надежность, поскольку она не подкреплена результатами экспериментов и нет опыта эксплуатации конструкций, спроектированных по этой упрощенной модели.
То же самое касается Вашей модификации расчета жесткости узлов на основе методики Еврокода.
ZVV, абсолютно с Вами согласен - все именно так и есть. На 100% веру, это все принимать нельзя, до проведения экспериментов и анализа..
Но я думаю в этой работе есть смысл, и он заключается в следующих тезисах:
- Все методики аналитического счета были созданы для упрощения и уменьшения времени работы инженера, так как он работал в лучшем случае с калькулятором и нужно было сделать так, что бы было просто и надежно, поэтому часто жертвовали такими вещами, как учет совместной работы элементов. Все методики очень стары . Сегодня ситуация изменилась, процесс расчета можно автоматизировать и учесть совместную работу не составляет большого труда;
- У меня складывается впечатление, что с 1991г. и по сегодняшний день - в России научная работа в строительстве не ведется вообще. Новых книг нет, а если есть - то очень слабые. Новых разработок очень мало. Пора переходить на более точные методы расчета, пора разрабатывать новые методики;
- Все эксперименты давно перешли в программы типа (ANSYS, Nastran). Эти программы позволяют моделировать реальные ситуации без лаборатории;
- Пора менять менталитет Российского инженера - сколько можно закладывать 3-ой запас на "туалеты". Любой необоснованный перерасход - это это целая цепочка из отраслей экономики. Заложили больше на 10 тонн - а это и производство перегрузили и металлургию нагрузили и шахты по добычи руды (так как таких перерасходов в масштабах страны - тысячи. то-есть тысячи тонн). это отражается очень глубоко в экономике. но каждый жалуется что мы плохо живем - а причина в самих НАС (Причем инженер - стоит на вершине этой пирамиды. От нас исходят идеи решения.). Такой же пример можно привести с продажами билетов автобусах - простой билет для контроля - это лес, переработка леса, изготовление бумаги, типографии - тысячи человеко-часов. Давно стоит задуматься - а нужен ли он этот билет.
Читайте также: