6.3. Суцільні центрально стиснуті колони

Суцільні колони складаються з одного прокатного елемента або виготовляються з декількох елементів, з'єднаних між собою неперервно по всій довжині стержня колони зварними швами. При цьому обидві центральні осі перерізу перетинають матеріал перерізу і називаються матеріальними осями.

Перерізи суцільних колон поділяються на відкриті (рис. 6.4) і замкнуті (рис. 6.5).

Рис. 6.4. Основні відкриті перерізи колон

Рис. 6.5. Основні замкнуті перерізи колон

Як вибирається тип перерізу і які вимоги при цьому враховуються?

Основна вимога при проектуванні центрально стиснутих колон – забезпечення умови рівностійкості. Це означає, що гнучкість колони відносно центральної осі х-х повинна бути рівною гнучкості колони відносно центральної осі у-у:

_х = _у ; або - умова рівностійкості.

Проаналізуємо перерізи з точки зору можливості забезпечення умови рівностійкості. Між габаритними розмірами h i b перерізів та їх радіусами інерції існують досить стійкі співвідношення:

i_x = α_x · h ; i_y = α_y · b ,

де α_x і α_у – коефіцієнти форми перерізу.

В двотавровому перерізі в загальному випадку i_x  0,43h ; i_y  0,24b ,

а отже, для отримання рівностійкого перерізу необхідно, щоб і_х = і_у (при l_{ef, x} = l_{ef, y}), тобто 0,43h = 0,24b, або b  2h. Але таке співвідношення розмірів призводить до досить незручних в конструктивному відношенні перерізів, які практично не використовуються.

Проаналізуємо відповідність відкритих перерізів умові рівностійкості (див. рис. 6.4):

а) – звичайний прокатний двотавр з малою шириною полиць порівняно з висотою; найменше відповідає умові рівностійкості, тому використовується рідко;

б) – прокатний двотавр з паралельними гранями полиць (типу Ш – з широкими полицями, або К – колонний), який може мати b  h; переріз більш придатний для колон;

в) – зварний складений двотавр, достатньо економічний за витратами сталі, оскільки може мати розвинутий переріз. Це основний тип перерізу колон. Використання автоматичного зварювання забезпечує індустріальний і дешевий спосіб виготовлення таких колон;

г, д) – хрестові перерізи з двох кутиків крупного калібру (при невеликих навантаженнях) або з трьох листів (при значних навантаженнях). Вони рівностійкі в двох напрямках і прості у виготовленні. При однакових габаритних розмірах мають більшу стійкість, ніж двотаври, оскільки у них i_x = i_y = 0,29b ;

е) - складені перерізи з трьох прокатних профілів. Вони прості, але обмежені за площею і менш економічні за витратами сталі, а тому використовуються рідко.

Із замкнутих перерізів (див. рис. 6.5) найбільш раціональний трубчатий переріз (переріз є), для якого i = 0,35d_cep. Переріз повністю відповідає умові рівностійкості, але при цьому виникають певні труднощі в конструктивному рішенні вузлів приєднання конструкцій до колони, оскільки поверхня криволінійна. Зварювання дає можливість отримати колони замкнутого перерізу й інших типів (перерізи ж, з). Перевагами колон замкнутого перерізу є рівностійкість, компактність і хороший зовнішній вигляд (естетичність). Недолік – недоступність внутрішніх поверхонь для фарбування. Щоб уникнути розвитку корозії, такі колони повинні бути захищені від проникнення в середину вологи.