Конструкция стальных колонн. Расчет колонн сплошного и сквозного сечения.

Колонны предсталяют собой вертик. расположенные стрежневые эелменты, по которым нагрузка от вышележащих конструкций передается на фундамент. Колонна состоит из 3-х частей:

1 – оголовок; 2 – стержень; 3 – башмак (база)

Если колонна работает на восприятие нагрузки от 1-ой продольной силы, приложенной к центру тяжести сечения, то колонна называется центрально сжатой.

Если продольная сила не совпадает с центром тяжести сечения или к стержню приложены поперечные напряжения, то в ней кроме сжатия возникает изгиб и колонна называется внецентренно сжатой.

По типу сечения различают колонны сплошные или сквозные.

Сплошные состоят из прокатн. элементов или из листов, соедин. на сварке или на болтах.

Колонны сквозного сечения представляют из себя прокатн. профили, соединенные между собой накладн. или раскосами.

При проектировании стальных конструкций необходимо обеспечить устойчивость ее относительно главных осей сечения. После вычисления действующих на колонну расч. усилий с учетом надежности по назначению требуемую площадь сечения стержня колонны опр. из условий расчета сжатых стержней с учетом устойчивости по формуле:

 - коэф. продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости колонны и расчетного сопротивления стали.

Коэффициент  предварительно задается в пределах ( ) или

Гибкость определяется по формуле:

 

При шарнирном закреплении с обоих концов горизонтальное смещение невозможно, возможен только поворот

Жесткое для нижнего конца и шарнирное сверху гориз. смещение невозможно, возможен поворот верхнего конца ( =0, 7)

По вычисленной площади сечения для выбранной схемы сечения соответствен. профилей проектируется методом подбора такое сечение, чтобы моменты инерции относительно главных осей были примерно равны:

В случае сечения колонны, составленного из 3-х листов, размеры сечения назначаются по конструктивным требованиям: пояса из листов толщиной , стенки при длине колоннды 10-20м:

 

 

После проверки общей устойчивости проверяется местная устойчивость стенок и полок. Местная устойчивость стенок определяется из условия:

- расчетная высота, стенки приним. в сварных элементах полной высоте стенки ( )

- предельное значение, принимаемое в зависим. от вида сечения элемента.

Местная устойчивость полок:

При несоблюдении этих условий и невозможности по конструктивным требованиям увеличить ширину колонны, то в колонне устанавливаются ребра жестк., которые располагают на расстоянии (2, 5 3)h одно от другого и в каждом отправочном элементе должно быть не менее 2-х ребер.

Колонны сквозного сечения.

Соединение ветвей колонны планками или раскосами придают колонне большую жесткость и поэтому такого вида сечения колонн применяют при значительных нагрузках, а также при возможных отклонениях продольной силы от оси стержня.

Прочность стержня сквозной колонны, если ее ветви ослаблены какими-либо отверстиями, проверяется по формуле:

Стержень колонны также проверяется на устойчивость. Если сечение стержня состоит из двух ветвей, то ось, пересекающая ветви колонны, называется материальной, а ось, пресекающая планки или раскосы, называется свободной.

Проверка устойчивости стержня относительно материальной оси не отличается от проверки устойчивости центрально сжат. стержня и проводится по формуле:

- коэффициент изгиба, принятый по гибкости:

А – площадь колонны для колонны, состоящей из двух ветвей:

 

Относительно свободной оси ветви колонны не имеют сплошного соединения, а соединены в отдельных местах раскосами или планками, поэтому жесткость колонны в этом направлении понижена. Это учитывается приведенной гибкостью , зависящей от соединения ветвей и устойчивость колонны относительно свободной оси проверяется по формуле:

коэффициент продольного изгиба для свободной оси, принятый для приведен. гибкости.

 

Расчетная длина ветви  для колонн при соединении ветви планками равна расстоянию между планками.

При соединении ветвей раскосами расчетная длина ветви принимается равной расстоянию между изгибами решетки.

- коэффициент, зависящий от угла наклона раскоса.

Колонна может потерять несущую способность не только от потери устойчивости всей колонны, но и потери устойчивости отдельной ветви на участке между узлами креплен. раскосов и планок.

Устойчивость ветви определяется по формуле:

для двух одинаковых ветвей

- коэф. продольного изгиба ветви, принятый по гибкости.

Устойчивость ветви проверяется только относительно оси, параллельной свободной оси сечения колонны. Устойчивость ветви относительно материальной оси обеспечивается проверкой устойчивости всего стержня в целом.

Для обеспечения необходимой жесткости стержня в сквозных колоннах м планками гибкость ветвей на участках между планками не должна превышать 40. Наибольшая гибкость всего стержня не должна быть предельной для сжатия колонн, принятых по СНИП.

Расчет и конструирование соединительных планок и раскосов.

В центрально сжатом стержне усилия в раскосах или планках от действующих внешних нагрузок не возникают.

Величина критической продольной силы, при которой в планках появляются усилия, зависит от геометрических размеров сечения. Так как поперечная сила в планках возникает только при условии продольного изгиба, то она называется условной. Qусл. и ее величина определяется в зависимости от площади сечения стержня колонны и марки стали.

На действие условной поперечной силы проверяются соединительные планки и раскосы. Раскосы, соединяющие ветви колонн, первоначально подбираются по предельной гибкости.

а затем проверяются на устойчивость. При действии на стержень условной поперечной силы в каждом раскосе возникает продольное усилие.

2 – две грани, на которых имеются раскосы.

Напряжение в раскосе проверяется по формуле:

m – коэффициент условий работы сжатых элементов из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых к ветви колонн одной полкой или неравнополочных уголков, прикрепляемых только узкой полкой (m=0.75). Если решетка колонны кроме раскосов имеет стойки, то в них не возникает усилие от Qусл., и поэтому стойки ставятся только для уменьшения длины одной ветви колонны между узлами раскосов.

Планки рассчитываются на изгиб и срез, возникающий в ней от действия поперечной силы. Ветви с планками образуют систему одинаковых жестких рамок, нагруженных условной поперечной силой. В силу симметрии нулевые точки изгиб. мом. будут расположены посередине рамки. Определяется перерезывающая сила, действующая на одну планку:

 

 

Определяют изгиб. момент в одной планке:

Толщина планки обычно принимается .Высота планки принимается

Для того, чтобы планки не выпучивались, должны выдерживаться отношения:

 

Поверяется также прочность угловых швов, прикрепляющих планки к ветвям. Прочность проверяется по равнодействующему напряжению от изгиб. мом. поперечной силы в планке.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: