Центрально-сжатые колонны и стоики. Виды и классификации колонн.

Это древнейшая конст-ция . Начало использ-ия 4 тыс до н.э. Изначально все колонны проектировались и изготавливались из эмпирических соображений. Впервые о них упомянул Ветрувий - прочность, польза, красота. Впервые расчетное обоснование по проектированию колонн было предложено Эйлером N=((i²*n²)=1*EJ/l²)

Все колонны делят на 2 вида:

 -центрально-сжатые

-внецентренносжатые

Область применения центрально-сжатых колонн – опоры зданий, опоры покрытий, перекрытий, опоры мостов, эстакад, путепроводов и площадок. Любая колонна состоит из 3-х основных частей: оголовок, стержень, база. С точки зрения расчета все центр сжатые элементы объединены в один блок. Центр сжатые колонны почти всегда проектируются из стали, редко из алюмин сплавов.

Типы сечения колонн:

1.сплошные (оси Х, У пересекают материал)

-открытые (двутавр прокатный, составной)

-замкнутые (труба)

2.Сквозные (оси не пересекают материал)

Сплошные колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах; сквозные – при меньших нагрузках, больших высотах.

С точки зрения работы на центр сжатие наиболее рациональны сплошные замкнутые сечения (труба i_max =0,35d) Чем выше i, тем выше несущая способность. Такие сечения с технологической точки зрения не удобны. Зачастую возникает вопрос о линейной устойчивости стенки. С технологич точки зрения наиболее рациональны двутавры (i_x=0.45h, i_y = 0.24b. b=2h).

Двутавр колонного типа _ соотношение шир и выс примерно одинаков рацион.

В несильно нагруженных конст-ях весьма рацион-ны сечения из гнутых профилей (с точки зрения расхода м-ла). В сильно нагруженных конт-циях испол-ют трубобетон (опоры мостов, эстакад.)

Выбор расчетной схемы колонны зависит от:

-геометия конст-ции

-условие нагружения

-условие закрепления

Сплошные колонны. Подбор сечения и конструктивное

Оформление стержней сплошных колонн

Стержень сплошной колонны проектируют из прокатных профилей или листов, образующих открытое либо замкнутое сечение. Колонны открытых типов удобнее в монтаже, их поверхности доступны для ремонта и окраски, но такие колонны не обладают равноустойчивостью. Замкнутые сечения позволяют обеспечить равноустойчивость, но сильно затрудняют использование болтовых соединений и требуют полной изоляции внутренней полости от вредных воздействий внешней среды.

Наиболее простая колонна получается из 1-го двутавра однако вследствие относительно небольшой боковой жесткости такая колонна рациональна в тех случаях, когда в плоскости меньшей жесткости есть дополнительные раскрепления (продольные связи). Составные двутавровые сечения наиболее рапрост-ны, они жестки в обоих направлениях и достаточно просты в изготовлении. По затрате металла наиболее экономичны колонны трубчатого сечения, однако из за более сложного конструктивного оформления оголовка и базы

они применяются реже.

Выбор типа сечения колонны

N небольшая --> сечение сплошное.

Зависит от N, от условий сопряжения с вышележащими кон-циями и фундаментом, от условий эксплуатации (степень агрессивности среды, ст-нь образования коррозии). В сильно агрессивных средах лучше использовать колонны замкнутого сечения с приваркой всех неплотностей. Наличие сортамента и завода изготовителя.

Сплошные колонны N<200t

200<N<400t – замкнутые

N>400t – сплошные, сварные профили

Алгоритм подбора сечений прокатных профилей:

1. l₀ à l_ef = l₀*μ

μ=1/n , n – кол-во полуволн синусоиды

2. λ=l_ef/i, λ=50-70

3. A_TP=N/φ*R_y*γ_c

4. i_TP = l_ef/λ ~ i_min,

5. φ – коэф-т продольного изгиба

φ=f(λ;R_y) – табл 72 СНиП

6. А_факт > A_TP, i_факт^min>i_TP

7. λ=l_ef/ i_факт^min =>φ

8. σ=N/φ*A<=R_y*γ_c ,R_y-σ/ R_y*100%

Компоновка сплошного составного сечения цент сж стержня колонны

Местная устойчивость стенок и поясных листов

Расчет колонны начинают с определения расчетной сжимающей силы N, которая равна сумме опорных реакций от расчетных нагрузок всех установленных на колонну балок. Далее определившись с констр-ями опирания балок и закрепления колонны в фунд-те, находят расчетные длины и назначают тип поперечного сечения колонны.

После этого можно приступить к предварит расчету кот начинают с назначения гибкости. Назначив гибк-ть находят коэф-т φ, вычисляют требуемую площадь поперечного сечения и требуемые радиусы инерции, затем устанавливают генеральные размеры сечения.

После можно приступить к назначению размеров стенки и полок, исходя из требуемой площади сечения колонны и опираясь на условия местной устойчивости. Для полок применяют листы толщиной 8…40 мм, а для стенки 6..16 мм.

Т.к. гибкостью задавались произвольно переходим к проверке наибольшей гибкости с последующей корректировкой назначенного сечения. Увеличив или уменьшив размеры полок и стенки необходимо вновь проверить устойчивость.

Для укрепления контура сечения и стенки колонны устанавливают поперечные ребра жесткости на расстояниях 2,5,,,3 м одно от другого. Размеры этих ребер можно принимать по типу ребер жесткости сост балок.

Поясные швы в колоннах и стойках делают сплошными с миним катетом, но не менее 6 мм.

Расчет и конструирование соединительных элементов сквозных стержней

Виды решеток:

1. Раскосные (наиб рациональные)

2. Раскосно распорные

3. Безраскосные

1- не эстетичны в гр и пром зданиях

3 – для общественных зданий

Решетка неободима для обьединения ветвей в отдельную конструкцию

Уменьшение расчетной длины отдельных ветвей в плоскости решетки

Для восприятия случайных эксцентриситетов.

Неизменность сечений сквозных обеспечивается диафрагмами жесткости

Раскосы воспринимают поперечную силу а полки колонны момент.

Расчет решетки Nр – усилие в раскосе

Nр= Nfic+Nобж

Nfic = Qfic/2*sina

A – угол между раскосом и вертикалью.

Nобж – вычисляется в зависимости от геометрии решетки и усилии в в ветвях колонны. Зная усилие мы считаем что он сжат.

Напряжение в раскосе

Nd- усилие в одном раскосе

Ad – площадь сечения 1 раскоса

Планки

Qfic/4*l=Fпл*b/2