Проектирование центрально-сжатых колонн сквозного сечения

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ КОЛОНН СКВОЗНОГО СЕЧЕНИЯ

Введение

        Центрально-сжатые колонны воспринимают продольную силу, приложенную по оси колонны. При этом все поперечное сечение колонны испытывает равномерное сжатие.

        Колонна состоит из трех основных частей: стержня, оголовка и базы (башмака) (рис.1).

Сквозные колонны состоят из отдельных ветвей, соединенных между собой для совместной работы планками или решетками из уголков.

        Общий порядок проектирования колонн сквозного сечения укладывается в такую последовательность:

1. Анализ и определение нагрузок.
2. Выбор расчетной схемы колонны.
3. Выбор типа сечения колонны.
4. Конструирование и конструктивные расчеты стержня колонны.
5. Конструирование и конструктивные расчеты базы и оголовка колонны.
6. Графическое оформление работы.

Исходные данные для проектирования определяются заданием.

Полагаем: размеры ячейки в плане 8×12 м;

полезная временная нагрузка = 15 кН/м (1.5 т/ м)

отметка верха балочной клетки       12,0 м;

отметка низа конструкции                10,0 м;

марка бетона фундаментов               М 100;

материал конструкции                      С 38/23.

       Дополнительно к приведенным исходным данным необходимо знать:

а) нагрузку от собственного веса конструкции;

б) коэффициенты перегрузки;

в) предельную гибкость для центрально сжатых колонн ( λпр = 120).

      Рассмотрим все этапы проектирования на конкретном примере.

I.  АНАЛИЗ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК

        Нагрузки, действующие на колонну применительно к балочной клетке, состоят из двух частей: постоянной (собственный вес настила, балок настила, второстепенных и главных балок) и временной технологической, которая определяется заданием. Расчетная нагрузка получается путем умножения нормативной на соответствующие коэффициенты перегрузки, принимаемые для постоянной нагрузки =1.1, для временной =1.2.

        Собственный вес настила и балок можно определить точно, выполнив их расчет. Зная порядок передачи нагрузки на колонну, определяется продольная сила, воспринимаемая колонной. Считаем, что нагрузка временная действует непосредственно на настил, далее передается на балки настила, главную балку и колонну. В соответствии с принятой схемой на колонну опираются две главные балки (рис.3).

Опорная реакция каждой балки равна = . Соответственно на колонну будет передаваться нагрузка равная  = .

         В данной задаче собственный вес настила и балок не известен, так как их расчет не является целью нашего проектирования. Поэтому примем величину постоянной нагрузки ориентировочно, исходя из среднего расхода металла на такие конструкции, которая составляет 0,5-0,15  /  (5-1,5 / ). Приближенно полагаем = 1        ( . Для определения нагрузки на колонну выделим соответствующие ее частям грузовые площади (рис.3). Суммарная грузовая площадь определится из выражения

где  и  - размеры ячейки в плане. Расчетная продольная сила в колонне будет равна

                          

Рис. 1. Сквозная колонна с планками:

1-оголовок;  2-стержень;  3-диафрагмы;

4-планки;     5-база колонны

Рис. 2. Сечения сквозных колонн

Рис. 3. Нормальный тип балочной клетки:

1-балки настила;  2-главная балка;

3-настил;  4-грузовая площадь

2. ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ КОЛОННЫ

         Расчетную схему колонны определяют с учетом  способа закрепления ее в фундаменте, а также способа закрепления балок, передающих  нагрузку на колонну.

         Закрепление верхнего конца колонны принимается: шарнирным – при опирании балок сверху или гибком прикреплении балок сбоку(рис.4,6), закрепленным от поворота – при жестком прикреплении балок к колонне и при ширине рамы не более двух пролетов, жестким – при жестком прикреплении балок  и при ширине рамы  более двух пролетов (рис.5).

Рис. 4. Опирание балок на                          Рис. 5. Примыкание балок

колонну сверху                                            к колоннам сбоку

Закрепление нижнего  конца колонны  принимается: шарнирным – при базе с фрезерованным торцом и при прикреплении базы колонны с распределительной конструкцией двумя анкерными болтами (рис.7); жестким – при прикреплении базы колонны с распределительной конструкцией не менее, чем четырьмя болтами (рис.8).

         Применительно к рассматриваемой конструкции (балочной клетке) соединение колонны с фундаментом принимается шарнирным и жестким. Сопряжение верхней части колонны с главной балкой чаще всего принимают шарнирным, поскольку вследствие изгиба балок нет полного защемления.

         В случае прикрепления главной балки к колонне сбоку последняя работает на внецентренное сжатие при расположении временной нагрузки с одной стороны (см. рис.5).

Однако расчетным случаем является, как правило, полная центрально приложенная нагрузка.

         Для расчета принимаем колонну центрально сжатой, имеющую шарнирное сопряжение с главной балкой и жесткое с фундаментом. Геометрическую длину колонны определяем, исходя из полной высоты с учетом заглубления конструкции базы ниже уровня чистого пола на 600-1000 мм.