0 СТАЛЬНЫЕ КОЛОННЫ
1 Общие соображения оголовок Колонны воспринимают нагрузки от элементов перекрытия и передают их на фундамент. Три основных элемента колонны – оголовок, стержень и база. l ef – расчётная длина колонны – эквивалентная из условия устойчивости длина шарнирно опёртого стержня той же жёсткости Конструктивная схема стержень колонны база фундамент Расчётная схема
2 Центрально- и внецентренно сжатые колонны В центрально-сжатых колоннах сжимающее усилие приложено в центре тяжести сечения (или по оси стержня, поскольку ось – это линия, соединяющая центры тяжести сечений). Во внецентренно сжатых колоннах сжимающее усилие приложено с эксцентриситетом е. Внецентренное приложение усилия N эквивалентно совместному действию центрально приложенного усилия N и изгибающего момента M = N·e e – эксцентриситет – расстояние между осью стержня и линией действия силы N Центральное сжатие Сечение развивается в плоскости изгиба Внецентренное сжатие
3 Колонны сплошного сечения Сечения открытого профиля: Сплошные сечения эффективны при нагрузке N ≥ 4000 кН Крестовое i x = i y = 0, 29 h Сечения замкнутого профиля: d ср – диаметр средней линии кольца Кольцевое i x = i y = 0, 35 d ср Из двух швеллеров Из двух двутавров Трубчатое Из двух швеллеров Двутавровое i x = 0,43 h i y = 0,24 b
4 Колонны сквозного сечения Колонны сквозного сечения состоят из двух ветвей, соединённых решёткой. Из-за большого числа коротких швов эти колонны оказываются более трудоёмкими, чем сплошные. Сквозные сечения эффективны при нагрузке N < 4000 кН При N < 1500 кН i x = i y = 0, 43 h Материальная ось Трубчатое При N = 1500 …2500 кН i x = 0, 38 h i y = 0, 4 4 b Собственная ось ветви Свободная ось Ветви Решётка Сечение из двух двутавров применяется, когда в сортаменте уже нет подходящих швеллеров, способных воспринять действующую нагрузку При N = 2 500 …4000 кН i x = 0, 43 h i y = 0, 50 b
5 Типы решёток сквозных колонн Решётка из планок лучше выглядит, однако раскосные решётки менее деформативные. При конструировании решёток желательно обеспечивать оптимальные углы наклона раскосов. Безраскосная (из планок) применяется при N ≤ 25 00 кН Раскосная треугольная Раскосная с распорками 35 ° 45 ° min 150 мм для возможности окраски max 1 00 0 мм
6 Диафрагмы жёсткости в сквозных колоннах Для обеспечения пространственной жёсткости сквозные колонны укрепляют поперечными диафрагмами, которые необходимо устанавливать через каждые 3…4 м длины. Центрирование уголков в крестовой решётке допускается осуществлять по наружной грани ветви. диафрагма
7 Эффективность применения различных типов сечений Для экономии материала целесообразно соблюдать условие равноустойчивости стержня колонны: x = y, где x = l x / i x ; y = l y / i y x, y – гибкости колонны относительно осей x и y ; l x, l y – расчётные длины для осей x и y ; i x, i y – радиусы инерции сечения. При выполнении условия равноустойчивости стержень колонны будет оказывать одинаковое сопротивление потере устойчивости в обоих возможных направлениях. Если условие не выполняется, создаются избыточные запасы устойчивости. Если расчётные длины центрально-сжатой колонны равны ( l x = l y ), то наиболее эффективным для неё является сечение с наибольшим радиусом инерции ( i max ), одинаковым по всем направлениям ( i x = i y ). Из сплошных сечений указанным требованиям в наибольшей степени отвечает кольцевое сечение. На втором месте – крестовое сечение. Двутавровое сечение будет соответствовать условию равноустойчивости, если b = 2 h. В обычном двутавровом сечении потеря устойчивости произойдёт относительно оси у. Несмотря на это, сечения из сварных и прокатных широкополочных двутавров находят широкое применение.
8 Эффективность сквозных сечений В сквозных колоннах условие равноустойчивости обеспечивается за счёт изменения расстояния между ветвями. За счёт увеличения расстояния между ветвями повышается радиус инерции сечения при сохранении той же его площади:
