Сплошностенчатая центрально-сжатая колонна. Конструктивная схема. Требуемая площадь сечения колонны. Расчет и конструирование стержня сквозных центрально-сжатых колонн

Рис. 12.1 Сплошностенчатая центрально-сжатая колонна:

а – конструктивная схема (1 – оголовок, 2 – стержень, 3 – база);

б, в – схемы передачи нагрузки; г, д – варианты расчетных сечений

При проектировании центрально-сжатых колонн следует стремиться к равноустойчивости стержня относительно главных осей сечения, т.е. гибкости стержня относительно главных осей сечения должны быть равны:

                                                 ,                                                     (12.1)

где

                                       ;       .                                      (12.2)

При равенстве расчетных длин -  - для выполнения условия равноустойчивости необходимо, чтобы сечение колонны имело одинаковые радиусы инерции относительно главных осей - . Это условие строго выполняется для трубчатого сечения, для других сечений достаточно, если радиусы инерции отличаются незначительно.

Кроме того, необходимо также, чтобы наибольшая гибкость колонны   не превосходила предельной - , величина которой оговорена в нормах проектирования и зависит от назначения колонны:

                                                 .                                                    (12.3)

Требуемая площадь сечения колонны определяется из основной формулы расчета центрально-сжатых стержней (7.6):

                                                  .                                                 (12.4)

Однако (12.4) имеет два неизвестных -  это A_тр и , которые связаны между собой следующим образом: чем больше , тем меньше требуемая площадь сечения, т.е. тем меньше расход стали на колонну. Помня об обратной связи между  и , можно сказать иначе: чем меньше гибкость колонны, тем меньше площадь поперечного сечения. Уменьшения гибкости можно добиться  путем увеличения радиусов инерции, принимая тонкостенчатые развитые сечения. При этом нельзя забывать о необходимости обеспечения местной устойчивости отдельных элементов стержня (стенки, полок и т.д.), так как невыполнение условия местной устойчивости может привести к потере устойчивости колонны в целом.

Расчет и конструирование сплошных

центрально-сжатых колонн

Как уже было отмечено, наиболее рациональным типом сечения, с точки зрения работы материала, является трубчатое сечение. Однако чаще в центрально-сжатых колоннах используется двутавровое сечение, хотя при этом редко удается полностью реализовать равноустойчивость. Обычные балочные двутавры непригодны для центрально-сжатых колонн, не считая случаев, когда в одном из направлений колонны раскреплены дополнительными связями.

Чаще всего для центрально-сжатых колонн используется специально разработанный прокатный колонный двутавр (тип К) и сварной составной двутавр.

Стержень сплошной колонны рассчитывают на устойчивость по формуле

                                       ,                                                 (12.5)

где  - коэффициент продольного изгиба, величина которого вычисляется по формулам или принимается по таблицам, приведенным в нормах проектирования, в зависимости от наибольшей гибкости стержня   и расчетного сопротивления материала колонны  . Для этого вычисляют гибкости относительно центральных осей сечения  х-х  и  у-у  по (12.2) и выбирают .

Местная устойчивость стенки и полок центрально-сжатых колонн, выполняемых из прокатных двутавров типа К, всегда обеспечена и проверке не подлежит.

Для обеспечения местной устойчивости стенки двутавровой колонны сварного составного сечения должно быть выполнено условие:

                                       ,                                                 (12.6)

где  и  - расчетные высота и толщина сечения стенки колонны;  - предельное значение отношения, вычисляемое по формулам, приведенным в нормах проектирования.

Если условие не выполнено и увеличение толщины стенки нежелательно, можно укрепить стенку посередине продольным ребром жесткости

(рис. 12.1, д). В этом случае за расчетную высоту стенки принимается расстояние от ребра до полки.

Продольное ребро следует включить в расчетную площадь сечения стержня колонны.

Стенки сплошных колонн при укрепляют поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5...3)h_ef  одно от другого. Нормы проектирования предусматривают не менее двух поперечных ребер жесткости на один отправочный элемент, т.е. часть колонны, предназначенную для транспортировки с завода-изготовителя на строительную площадку.