Определение и конструирование стержня сплошной внецентренно сжатой колонны.проверка устойчивости в плоскости изгиба

Типы внецентренно сжатых колонн

Внецентренно сжатой колонной считается колонна, в расчетном сечении которой действуют продольная сила N и изгибающий момент М. Такие колонны широко при­меняют в каркасах производственных зданий (с крановыми нагрузками и без них).

В зависимости от конструктивного решения стержня различают три типа внецентренно сжатых колонн производственных зданий.

постоянного по высоте сечения с консолью для подкрановой балки, применяемые при высоте до нижнего пояса фермы не более 12 м, и грузоподъемностью мостовых кранов не более 20 т;

переменного по высоте сечения (ступенчатые) сплошные и сквозные широко применяемые в каркасах промышленных зданий при большей градации грузоподъемности мостовых кранов (более 20 т). Верхнюю (надкрановую) часть этих колонн выполняют в виде сплошного двутаврового сечения. Нижняя часть колонн, состоящая из шатровой и подкрановой ветвей, имеет связь между ветвями в виде сплошного листа или в виде сквозной решетки из уголков;

раздельного типа, применяемые в цехах с тяжелым режимом работы при грузоподъемности кранов более 150 т и сравнительно небольшой высоте (до 20 м). В таких колоннах ветви нежестко связаны между собой гибкими в вертикальной плоскости планками. В результате каждая из ветвей выполняет самостоятельную функцию: основная шатровая ветвь работает в системе поперечной рамы, воспринимая нагрузку от покрытия, стенового ограждения и от поперечного воздействия мостовых кранов; подкрановая стойка работает как центрально-сжатая от действия только вертикального давления мостовых кранов. Характерные типы сечений подкрановой части сплошных и сквозных внецентренно сжатых колонн.

Определение расчетной длины колон постоянного сечения по высоте

Колонны постоянного сечения применяют в зданиях с небольшими крановыми нагрузками ( до 20 Т), когда железобетонные колонны недопустимы по условиям среды производства. В остальных случаях предусматривают ступенчатые колонны. [1]

Расчётные длины lef колонн (стоек) постоянного сечения следует определять по формуле

lef = µl , (140)

 где l – длина колонны, отдельного участка ее или высота этажа;

µ – коэффициент расчётной длины.

При определении коэффициентов расчётной длины колонн (стоек) значения продольных сил в элементах системы следует принимать, как правило, для того сочетания нагрузок, для которого выполняется проверка устойчивости колонн (стоек)

3 определение расчетной длины ступенчатых колонн

Ступенчатые колонны являются массовыми для колонн одноэтажных зданий. Подкрановая балка опирается на уступ нижней части колонны и располагается по оси подкрановой ветви.

Для ступенчатых колонн расчетные длины верхней и нижней частей определяют раздельно, но исходя из условия одновременного достижения критического состояния при простом нагружении колонны (когда усилия в той и другой частях колонны изменяются пропорционально общему параметру нагружения

Размеры по высоте ступенчатых колонн определяются аналогично колоннам постоянного сечения

Расчётные длины lef колонн (стоек) следует определять по формуле

lef = µl , (140)

 где l – длина колонны, отдельного участка ее или высота этажа;

µ – коэффициент расчётной длины.

Для ступенчатых колонн, жестко закрепленных в фундаментах анкерными болтами, значения коэффициента μ определяют раздельно: для нижнего участка колонны μ1, для верхнего участка колонны μ2

4 определение расчетных комбинаций услилий для сплошных и сквозных внецентренно сжатых колонн

Расчеты элементов каркаса здания должны выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и им соответствующих усилий.

Для расчета колонны расчетные усилия определяют для всех характерных сечений элементов рамы, в которых ожидаются наибольшие усилия. В каждом таком сечении вначале определяют комбинацию нагрузок, которая дает наибольший положительный изгибающий момент Mmax и соответствующую этой комбинации нормальную силу Ns. При этом анализируют все возможные варианты загружений с отвечающими им коэффициентами сочетаний. Затем определяют наибольший по величине отрицательный момент Mmin при соответствующей нормальной силе. И, наконец, - наибольшую нормальную силу при соответствующих (положительном и отрицательном) изгибающих моментах. Таким образом, для каждого расчетного сечения имеем следующие группы усилий:

 +Mmax, Ns; -Мтin, Ns; |N|mах, +Ms; |N|max , -Ms .(2.44)

 Элемент конструкции, например верхняя часть ступенчатой колонны, может включать несколько расчетных сечений (обычно два). Анализируя все возможные комбинации моментов и нормальных усилий в этом элементе, можно отсеять те из них, которые явно не представляют опасности, т.е. имеют меньшие, чем в других значения как моментов, так и нормальных сил. После этого по одной из оставшихся комбинаций подбирают сечение элемента конструкции, а на все остальные проверяют его.

определение и конструирование стержня сплошной внецентренно сжатой колонны.проверка устойчивости в плоскости изгиба

Расчет колонны начинается с определения действующих на колонну нагрузок. Далее, приступая к подбору сечения, вычисляют необходимую площадь сечения стержня по формуле

Для этого предварительно задаются приближенным значением коэффициента продольного изгиба: φ = 0,75 / 0,85.

Размеры сечения назначают, исходя из следующих соображений. Для поясов применяют листы толщиной δ = 8 / 40 мм, а для стенки — толщиной δ = 6 / 16 мм в зависимости от мощности колонны. Высота сечения колонны h в сооружениях обычного типа, т. е. при высоте колонн Н = 10 / 20 м, принимается не менее ((1/15) / (1/20)) H.

Во избежание потери местной устойчивости (местного выпучивания) поясных листов от нормальных напряжений ширина неукрепленной выступающей части пояса не должна превышать 15 его толщин,

При больших соотношениях устойчивость стенки не обеспечивается и ее необходимо укреплять парным продольным ребром жесткости; кроме того, ставятся поперечные ребра, которые размещаются по высоте колонны не реже чем через 3h.

Назначив размеры сечения, удовлетворяющие конструктивным требованиям, определяют для колонны действительную гибкость X и соответствующий ей коэффициент после чего производят проверку напряжения