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:

                            A≥N/φ

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:

                              i= / λ

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

                              N ≥ /φ

Наибольшую гибкость колонны находят по формуле

=  /  

где  -меньший радиус инерции принятого сечения (ix,iy)

В зависимости от и находят действительный коэффициент продольного изгиба φ

                        σ =N/φA≤

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.

Сквозные колонны:

а) решетка из уголков; 6) соединение ветвей планками; в) сечения сквозных центрально-сжатых колонн; 1 - ветвь колонны; 2 - соединительная решетка.