Центрально-сжатые колонны. Выбор типа сечения колонны. Расчет стержня колонны. Сплошные колонны замкнутых сечений

4 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Центрально-сжатые колонны предназначены для восприятия нагрузок от балочных клеток междуэтажных перекрытий, рабочих площадок, ферм покрытий, эстакад, путепроводов и пр. и передачи этих нагрузок на фундаменты или другие нижележащие конструкции.

Колонна состоит из трех частей: оголовка, стержня и базы (рис. 11.21).

По конструкции стержня колонны подразделяют на

сплошные, сквозные с планками(рис II21)и сквозные с решетками (рис.II21)Соединение ветвей колонны планками целесообразна при расстояниях между ветвями b, не превышающих 500-600 мм; при больших расстояниях рациональнее применять решетку из одиночных уголков, требующую меньшего расхода стали.

При заполнении стальной тонкостенной трубы бетоном получается весьма эффективная комплексная трубобетонная конструкция, в которой за счет работы на растяжение стальной оболочки поперечные деформации бетонного заполнения уменьшаются и прочность бетона на сжатие возрастает. Такие колонны компактны, хорошо удовлетворяют архитектурным требованиям, удобны в эксплуатации, в том числе на открытом воздухе и в агрессивной среде [4].

§ 2. ВЫБОР ТИПА СЕЧЕНИЯ КОЛОННЫ.

 При выборе типа сечения колонны учитывают требования экономичности, удобства крепления примыкающих элементов, простоты эксплуатации. Различные типы сечений колонн и приближенные значения их радиусов инерции приведены в табл. 11.5.

Для получения колонны минимальной массы необходимо скомпоновать сечение ее так, чтобы гибкости стержня относительно главных осей были одинаковы, а толщины элементов сечения — минимальными с учетом ограничения СНиП (3), гарантирующих местную устойчивость элементов сечений.

Весьма целесообразны сплошные колонны замкнутых сечений (сечения № 5-8, табл. II5). Достоинствами таких колонн являются равноустойчивость (при 1х=1_у), компактность, хороший внешний вид.

С увеличением длины колонны и уменьшением нагрузки сквозные колонны становятся рациональнее сплошных. В них легко удовлетворяются требования ранноустойчивости, они менее трудоемки, стоимость их ниже, так как стоимость профильного проката ниже, чем листовой стали.

При больших расчетных длинах и небольших нагрузках бывают рациональны колонны из четырех уголков, соединенных решетками в четырех плоскостях (сечение 11, табл. 11.5).

3. Расчет стержня колонны.

Нагрузку на колонну можно вычислить, умножив суммарную интенсивность всех постоянных и временных   нагрузок на грузовую площадь, с которой нагрузка передается на колонну. Например, нагрузка на среднюю колонну на (рис. II.22) при равномерно распределенной

 по перекрытию нагрузке может быть определена по формуле

N = F_{rp ∑}2g,            (11.27)

где Frp = bL; 2g— суммарная интенсивность всех постоянных ивременных нагрузок на 1 м⁴ перекрытия.

Расчетная длина L₀ колонны определяется в зависимости от расчетной схемы, т. е. от способа закрепления концов колонны, по формуле

L₀=µL                    

Где L—геометрическая длина колонны, µ - коэффициент расчетной длины, принимаемый но рис. II.7.

Необходимую площадь сечения сплошных колонн F_Tp определяют по формуле Fтр=N/φ_МИН*mR

Однако в этой формуле значение φ_МИН неизвестно. Поэтому требуемую площадь сечения F_Тp определяют путем ряда попыток, т. е., задавшись ориентировочно гибкостью стержня λ_ОР=60-100, φ_ор принимают по СНиП(3) и вычисляют по формуле(II.29) значение Fтp в первом приближении.

чтобы устойчивость колонны относительно свободной оси была бы не меньшей, чем ее устойчивость относительно материальной оси. При расчете колонн необходимо иметь в виду, что гибкость их не должна превышать 120.

При проектировании сквозных колонн с планками расстояние между планками l₁, в свету назначают так, чтобы гибкость l₁ ветви была в пределах l₁=30-40, т. е. l₁ =( 30-40) r₁; ширину планки d_пл принимают обычно в пределах d_пл= (0,5-0,75) b; толщину планки - d_пл=(1/10—1/25) d_пл из листовой стали толщиной 6-10 мм. Планки заводят на ветви на 20—30 мм и приваривают угловыми швами по всей ширине планки (рис. 11.24,а). Эти швы рассчитывают на изгиб и срез от действия условной поперечной силы.

В центрально-сжатой колонне поперечная сила может возникнуть лишь при искривлении (изгибе) стержня от потерн устойчивости; при изгибе возникают изгибающий момент и поперечная сила, значения которых зависят от мощности колонны. При эксплуатации потеря устойчивости колонн недопустима, поэтому поперечную силу называют условной и обозначают Q_усЕе значение определяют в зависимости от площади сечения колонны и класса стали по указаниям СПиП[3].

При необходимости назначить габариты сечения центрально-сжатой колонны без выполнения каких-либо расчетов хотя бы весьма приближенно (например, при эскизном проектировании) можно исходить из обычных гибкостей колонн (l=60—90, но не более 120), приближенных значении радиусов инерции сечений (см. табл. 11.5), а также примерного равенства высоты и ширины сечения. Так, например, для колонны с расчетной длиной l_x=l_y=l из сварного широкополочного двутавра (сечение № 2 табл.11.5) при l=60 будем иметь:

l=l/r=l/0,24b,

откуда

b=l/0,24 l= l/0,24*60=l/ 14.4=h,

или округленно

b=H=1/14.

Вычисленные таким образом приближенные значения габаритных размеров центрально-сжатых колонн расчетной длиной l_x=l_y=I дли наиболее распространенных типов сечений приведены в табл. 11.6.

Глава VI. ФЕРМЫ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Фермы, как и балки, широко применяют в строительных конструкциях для перекрытия пролетов.

СНиП [3] и вычисляют по формуле (11.29) значение F_тр в первом приближении. Далее, пользуясь сортаментом и рекомендациями § 2, назначают сечение близкой к F_тр площадью, определяют для него действительные значения F_бр, r_x, r_y, l_x, l_y  и по большей из гибкостей стен уточняют действительное значение q_мин [3] и проверяют сечение по формуле (11.5). Если сечение, назначенное в первом приближении, лает перенапряжение или большой запас, то его соответственно увеличивают или уменьшают и вновь проверяют по фактическим данным. Сечение считается подобранным хорошо, если перенапряжения нет и уменьшить его в пределах сортамента невозможно. Необходимую площадь сечения сквозных колонн определяют но работе их относительно материальной оси (ось х —x в сечениях № 9 и 10 табл. 11.5) так же, как и дли сплошных колонн.

       При работе сквозных колонн относительно свободной оси (ось y - y в сечениях № 9 и 10 табл. 11.5) потеря устойчивости происходит при меньших нагрузках, чем в сплошных той же площади и гибкости. Это объясняется тем, что в сквозных колоннах ветви соединены для совместной работы не по всей длине, а лишь на участках планок  или решеток, в результате чего возникают большие, чем в сплошных колоннах, взаимные сдвиги ветвей в продольном направлении. Кроме того, жесткость сквозной колонны уменьшается в результате возможности потерн местной устойчивости отдельных ветвей на участках между планками или решетками (рис. 11.23).

В расчетах эти обстоятельства учитывают введением вместо l_у увеличенной, так называемой приведенной, гибкости l_пр, по которой и принимают значения коэффициента φ для проверки устойчивости сквозной колонны относительно свободной оси. Значение l _пр определяют по СНиП [3].

В связи с тем что l_у существенно зависит от расстояния b между ветвями сечения (№ 9 и 10, табл. 11.5), всегда можно принять такой размер b,