11.02.2021 года

Группа  103

Предмет :"Технология производства сварочных конструкций"

Тема урока :"Стойки. Колонны Н образного сечения"

 

7. Колонны и стойки

7.1. Типы колонн и стоек

Колонны и стойки гражданских и общественных зданий (а также производственных и сооружений) служат для передачи нагрузок, от опирающихся на них конструкции на фундаменты.

Колонны состоят из 3-х основных частей: оголовка, на который опираются вышележащие инструкции, стержня колонны и базы или башмака, передающего действие нагрузки на фундамент и закрепляющего колонну на нем.

В зависимости от типа поперечного сечения и его изменения по длине колонны поздразделяют на 3 типа колонн:

• постоянного по высоте сечения;

• переменного по высоте сечения (ступенчатые);

• раздельного типа, при котором ветви колонн не жестко связаны друг с дгругом и каждая ветвь выполняет свою функцию.

Наиболее простые в изготовлении и наиболее употребляевш в строительстве - колоннылишнего по высоте сечения.

В промышленном строительстве при наличии мостовых кранов применяют ступенчатые колонны и колонны раздельного типа.

В зависимости от условий нагруження различают центрально-сжатые и внецентренносжатые колонны. В центрально-сжатых колоннах продольная сила приложена вдоль оси и вызывает равномерное сжатие. Внецентренно-сжатые колонны работают на восприятие совместного действия продольной силы и изгибающего момента.

По типу сечений различают:

• сплошностенчатые колонны, выполняемые из прокатных двутавров или сваренные из 3-х листов и более, из цельнотянутых или сварных труб, или из различных комбинаций открытых профилей (рис.7.1 а...з);

• сквозные, состоящие 2-х или 4х ветвей (рис.7.1. н...о), соединенных между собой планками или треугольной решеткой, выполненной из уголков, швеллеров или других профилей (рис.7.1а...в).

Планки в колоннах применяют, когда расстояние между ветвями не превышает 600 мм. Среди сплошностенчатых колонн наибольшее применение находят прокатные широкополочные двутавры или двутавры, сваренные из 3х листов.

Наиболее экономичными сечениями центрально-сжатых колонн являются трубчатые сечения, отличающиеся равной устойчивостью относительно любой оси, проходящей через их центр тяжести. Однако колонны трубчатого сечения имеют существенный недостаток - сложность крепления балок к колоннам.

При больших длинах и развитых сечениях сквозные колонны по расходу материала эффективнее, чем сплошные, однако более трудоемки в изготовлении и дороже.

7.2. Расчет колонн

Расчет центрально-сжатой колонны начинают с определения расчетной продольной N. Требуемая площадь сечения может быть определена из условия обеспечения устойчивости центрально-сжатого стержня. Определяем требуемую площадь колонны .

Для предварительного расчета коэффициент продольного изгиба  принимается: для стальных колонн равным 0,85, для алюминиевых 0,6...0,75.

По найденному значению  подбирается по сортаменту. Требуется, чтобы гибкость колонны  не превышала 120.

Размеры составного Н-образного сечения из 3-х листов выбирается следующим образом:

• Сечение принимается близким к квадратному.

• Высота сечения для колонн высотой 10...2 м принимается равной (1/15...1/20) l. Толщины листов назначают: для поясов  и стенки .

При этом, если в правильно подобранных сечениях балок площадь 2-х поясов равна площади стенки, то в колоннах площадь 2-х поясов находится в пределах 0,7...0,8 от общей площади сечения. Вышеприведенных данных достаточно для предварительного выбора сечения Н-образной колонны при составлении архитектурного проекта здания. Точный подбор сечения Н-образной колонны, помимо проверки напряжений, требует также проверки элементов сечения по потере местной устойчивости. Так устойчивость стенки Н-образной колонны определяется по гибкости стенки , где наибольшая условная гибкость стенки ,а -условная гибкость колонны.

Рис. 7.1. Типы сечения колонн:

а – е – сплошностенчатые центрально-сжатые колоны;

ж, з - сплошностенчатые внецентрально - сжатые колоны;

и, к, л, м - сквозные центрально-сжатые колоны;

и, о, - сквозные внецентрально - сжатые колоны;

1 – основные элементы колонны; 2 – планки; 3 – элементы решетки.

Если окажется больше значения, полученного из вышеприведенного выражения,то это будет означать, что устойчивость принятой стенки колонны не обеспечена и ее необходимо укрепить продольным ребром, а также поперечными ребрами, которые ставятся на расстоянии (2,5..3) h. Во всех случаях  не должна превышать 75.

Устойчивость поясов колонн также зависит от общей гибкости колонны и предельные свободные свесы принимаются по СНиП II -23-81*.

Назначение размеров квадратных колонн из 4х листов осуществляется из следующих соображений:

• При колоннах в зданиях высотой 4...6 этажей размер высоты сечения колонн принимается в пределах 250 мм. Оптимальными являются колонны сечением 400 х 400 мм, при этом гибкость таких колонн находится обычно в пределах ,а коэффициент продольного изгиба  принимается равным 0,96...0,90.

• В высоких зданиях, например, до 30-ти этажей, в нижней части сечение колонны может быть принято 300...500 мм. Толщины до t_w составляют 20...40 мм. В коробчатых колоннах листы меньше защемлены в углах и поэтому предельная гибкость стенок при  составит _, а при  составит но не более 1,6по СНиП II -23-81*.

Для составных сжатых стержней (рис.7.2.), ветви которых соединены планками или решетками, коэффициент относительно свободной оси (перпендикулярной плоскости планок или решеток) должен определяться по табл. 72СНиП II -23-81* с заменой в на. Значениеследует определять в зависимости от значенийприведенных в таблице.

Таблица 7.1

Тип

Схема

Приведенные гибкости составных стержней сквозного сечения

сече ния

сечения

с планками при

с решетками

1

- расстояние между осями ветвей;

- расстояние между центрами планок;

- наибольшая гибкость всего стержня;

- гибкости отдельных ветвей при изгибе их в плоскостях, перпендикулярных осям соответственно 1-1, 2-2 и 3-3, на участках между приваренными планками (в свету) или между центрами крайних болтов;

- площадь сечения всего стержня;

и

- площади сечений раскосов решеток (при крестовой решетке – двух раскосов), лежащих в плоскостях, перпендикулярных осям соответственно 1-1 и 2-2;

- площадь сечения раскоса решетки (при крестовой решетке – двух раскосов), лежащей в плоскости одной грани (для трехгранного равностороннего стержня);

и

- коэффициенты, определяемые по формуле

где

- размеры элементов одной панели, определяемые по СНиП II -23-81*;

- коэффициенты, определяемые соответственно по формулам:

здесь

- моменты инерции сечения ветвей относительно осей соответственно 1-1 и 3-3 (для сечений типов 1 и 3);

- то же, двух уголков относительно осей соответственно 1-1 и 2-2 (для сечения типа 2);

- момент инерции сечения одной планки относительно собственной оси (рис. 3);

- моменты инерции сечения одной из планок, лежащих в плоскостях, перпендикулярных осям соответственно 1-1 и 2-2 (для сечения типа 2).

В составных стержнях с решетками помимо расчета на устойчивость стержня в целом следует проверять устойчивость отдельных ветвей на участках между узлами.

Гибкость отдельных ветвей ина участке между планками должна быть не более 40.

В составных стержнях с решетками гибкость отдельных ветвей между узлами должна быть не более 80 и не должна превышать приведенную гибкость стержня в целом. Допускается принимать более высокие значения гибкости ветвей, но не более 120, при условии, что расчет таких стержней выполнен по деформированной схеме.

Расчет составных элементов из уголков, швеллеров и т. п., соединенных вплотную или через прокладки, следует выполнять как сплошностенчатых при условии, что наибольшие расстояния на участках между приваренными планками (в свету) или между центрами крайних болтов не превышают: для сжатых элементов - 40;для растянутых элементов - 80.

Здесь радиус инерции уголка или швеллера следует принимать для тавровых или двутавровых сечений относительно оси, параллельной плоскости расположения прокладок, а для крестовых сечений - минимальный.

При этом в пределах длины сжатого элемента следует ставить не менее

двух прокладок. Расчет соединительных элементов (планок, решеток) сжатых составных стержней должен выполняться на условную поперечную силу принимаемую постоянной по всей длине стержня и определяемую по формуле

где - продольное усилие в составном стержне;

- коэффициент продольного изгиба, принимаемый для составного стержня в плоскости соединительных эл