Глава 5. Колонны. Расчет и проектирование.

Типы колонн. Стержневые конструкции, воспринимающие продольную (вертикальную) силу и предающие ее на фундамент или нижележащие конструкции. Колонна состоит из трех частей: базы (башмака), стержня и оголовка. Металлические колонны как правило выполняют из стали. Алюминневые сплавы в сжатых конструкциях работают плохо (большая деформативность при относительно малом модуле упругости Е). Колонны из чугунных труб в настоящее время не употребляются. В качестве соединений элементов в основном применяют сварку и болтовые соединения.

Стальные колонны классифицируют по следующим признакам:

По приложению нагрузки – центрально и внецентренно сжатые.

По конструктивной форме силуэта – постоянного сечения, переменного сечения, ступенчатыми.

По типу сечения – сплошные и сквозные.

Сквозные колонны по типу соединительной решетки – безраскосная решетка, решетчатые, перфорированные.

Как правило колонны являются элементом несущего каркаса промышленного здания, образуя вмаесте с элемнтами покрытия (напр. стропильной фермой) поперечную раму. Последняя воспринимает постоянные и временные нагрузки от кровли, снега, кранов, ветра, собственного веса. Поперечная рама обеспечивает жесткость каркаса здания в поперечном направлении (рис 5.2).

В продольном направлении жесткость каркаса и его неизменяемость обеспечивается устройством связей между колоннами, состоящих из распорок и решетчатых систем (рис. 5.2), элементы которых состоят из двух уголков в форме таврового сечения. Остальные колонны соединяются при помощи скрещивающихся распорок и подкрановых балок. Связи колонн воспринимают ветровую нагрузку и усилия от продольного торможения кранов. При расчете конструкции каркаса полагают, что в поперечном направлении колонна абсалютно защемлена в фундаментах, а в продольном имеют шарнирное опирание.

При большей протяженности зданий для снятия температурных напряжений устраивают поперечные и продольные температурные швы. Поперечные температурные швы образуются сдвоенными колоннами; продольные – специальными гибкими (деформируемыми) подвесками у опор ферм. Предельные значения длины температурных отсеков между деформационными швами приведены в таблице.

Предельные размеры расстояний между температурными швами при температурном режиме (t ≥ -40°c).

Категория здания или сооружения	Предельные размеры, м
Отапливаемое здание Неотапливаемые здания и горячие цеха Открытые эстакады	Расстояние от торца отсека до ближайшей связи колонн	Длина отсека вдоль здания	Ширина отсека
		-

 

Рис. 5.1.

При длине температурного отсека, близкой к предельной рекомендуется распологать связи колонн в двух панелях на расстоянии (в осях) не более 50 метров для зданий и 30 метров для открытых эстакад.

Длина между температурными швами при железобетонных колоннах не должна превышать 60 метров для зданий и 40 метров для открытых эстакад.

Продольный шаг колонн обычно назначают 6, 12 и, в виде исключения, 18 метров и более, поперечный шаг – 18, 24, 30, 36 метров.

На рис. 5.3 – 5.6. показаны основные типы сжатых колонн промышленных зданий при центральном и внецентренном нагружении. Все эти виды колонн, как правило, состоят из трех основных частей, выполняющих определенную функцию: оголовка, стержня и базы. При крановых нагрузках до 20 тонн колонны имеют постоянное по длине двутавровое поперечное сечение. Сплошные колонны применяются ограниченно, так как при кранах небольшой грузоподъемности экономичнее по расходу металла использование сборных железобетонных колонн. В одноэтажных промышленных зданиях в основном применяют ступенчатый тип колонн: верхняя подкрановая часть имеет сварное двутавровое сечение, а нижняя часть выполняется сквозной из двух ветвей, соединенных решеткой из уголков. Ветви сквозной части колонны проектируются из сварных составных сечений.

Для колонн, работающих в агрессивной среде, решетка в нижней части заменяется сплошной стенкой из листа, укрепленного ребрами жесткости.

Центрально сжатые колонны.

Случай центрально сжатых колонн может иметь место в одноэтажных и многоэтажных промышленных и гражданских зданиях, когда горизонтальные усилия воспринимаются системой вертикальных связей. Сечения колонн могут быть: сплошными из прокатных двутавров или труб и различных комбинаций открытых профилей; сквозными, состоящие из двух или четырех ветвей, соединенных между собой планками или решеткой из уголков или швеллеров. Планки ставят при расстоянии между осями ветвей не более 500 – 600 мм. При больших расстояниях целесообразно применять решетку из уголков.

Расчет центрально – сжатых сплошных колонн на прочность и устойчивость в соответствии со СНиП II 23 81* следует выполнять по формулам (2.3) и (2.4)

Как правило, подбор сечения ведут методом приближений, а расчет начинают с определения расчетной продольной нагрузки с грузовой площади колонны.

(5.1.)

где F_tot – суммарная интенсивность всех постоянных и временных нагрузок, приведенная к 1 м² площади; А₃ – грузовая площадь колонны.

Требуемая площадь колонны определяется из условия обеспечения устойчивости центрально – сжатого стержня

(5.2)

Предварительно коэффициент продольного изгиба φ принимают для стальных колонн в пределах 60 – 80. По найденному значению A_cat стержень сплошной колонны из прокатных профилей определяют путем подбора профиля по сортаменту.

Для составных двутавровых стержней, сечение которых изготовлено из трех стальных листов, при назначении размеров сечения руководствуются следующими требованиями: для поясов применяют листы толщиной t_f=10-40 мм, для стенки – t_w=6-16 мм, высоту и ширину сечения колонны назначают в зависимости от допустимой гибкости в пределах (1/14-1/29) Н. Эти значения приблеженных размеров колонн можно принимать по табл. 5.1

Таблица 5.1

Наименование сечения	Размеры колонн при гибкости (мм)
λ =60	λ =90	λ =120
Сварной широкополочный двутавр
Трубчатое сечение
Замкнутое из 2-х уголков
Сквозное из 2-х швеллеров
Сквозное из 4-х уголков

В соответствии со СНИП II 23 81* гибкость сжатых элементов рекомендуется принимать в пределах 60 – 90, но не более 120.

После назначения сечения определяют его фактические геометрические характеристики: A, i_x, i_y, λ _x, λ _y, φ _x, φ _y. Сечение считается подобранным удовлитворительно, если недонапряжение, не превышает 5% для сварных и комбинированных профилей или его невозможно уменьшить в пределах сортамента пркатных профилей. Для расчета радиусов инерции центрально – сжатых стержней колонн может быть использована табл. 5.2. Моменты инерции сварного двутаврового сечения относительно главных осей определяют по формулам:

(5.3)

(5.4)

Для центрально сжатых колонн должно выполняться условие предельного отношения расчетной высоты стенки h_ef к ее толщине в зависимости от значения условной гибкости . Например, для двутаврового сечения это условие запишется:

(5.5)

(5.6)

В таблице 27 СНиП II 23 81* даны формулы для определения значения h_ef при других типах сечения.

 

Контрольные вопросы к главе 5.

40. Какие бывают типы колонн? Классификация колонн.

41. Чем обеспечивается прстранственная жесткость каркаса зданя? Какие нагрузки воспринимают связи колонн?

42. Из какого условия определяется требьуемая площадь сечения центрально сжатой колонны?

43. Конструктивные требования для параметров сечения составных двутавровых колонн.

 

 

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться:

Популярное:

1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ К СПУСКУ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ. СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ