6. Расчет и конструирование колонн

Студенты выполняют в проекте расчет и конструирование крайней или средней колонны.

6.1. Геометрические размеры

Геометрические размеры колонн определяются на стадии эскизного проектирования. Для колонн прямоугольного сечения при шаге 6 м и грузоподъемности крана до 30 т минимальная ширина сечения составляет 400 мм; при кранах большей грузоподъемности, а также при шаге 12 м, независимо от грузоподъемности минимальная ширина сечения 500 мм. Высота сечения надкрановой части крайних колонн при шаге 6 м составляет 380 мм, при шаге колонн 12 м – 600 мм, высота сечения средних колонн – 600 мм. Высота сечения подкрановой части должна быть не менее (1/101/14) . Если высота колонны превосходит 12 м, а также если высота сечения колонны по расчетным и конструктивным требованиям получается более 1 м, то колонны проектируют двухветвевыми. Высоту сечения ветви назначают 250 или 300 мм, ширину – 500 или 600 мм. Распорки назначают по ширине равными ветви. Высота сечения распорки назначается равной (1,52,0) h ветви. Расстояние между распорками в осях принимают равными (810) h ветви (обычно от 2000 до 4000 мм). Рекомендуется его назначать равным примерно двойному расстоянию между ветвями колонны. Расстояние от уровня пола до первой распорки должно быть не менее 1800 мм для обеспечения прохода. Нижняя распорка располагается ниже уровня пола.

Колонны обычно изготовляются в виде цельного элемента.

Конструкции колонн приведены на рис 1.4 и 1.5.

Рис. 1.4. Колонна сплошная прямоугольного сечения крайнего и среднего рядов

Рис. 1.5. Двухветвевая колонна среднего ряда

Рекомендуется не менять без особой необходимости размеры сечений надкрановой и подкрановой частей колонн, выбранные при разработке поперечника, так как после этого необходимо пересчитывать раму.

6.2. Материалы

Колонны одноэтажного производственного здания работают на внецентренное сжатие, поэтому экономически выгодным оказывается применение бетонов повышенной прочности (обычно В15В30).

Колонны, несущие крановые нагрузки, обычно армируются вязаными каркасами из арматуры классов А400, А500.

Для учета влияния длительности действия статической нагрузки на расчетные значения прочностных характеристик бетона используется коэффициент условий работы при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки и при продолжительном действии нагрузки (п. 5.1.10 [2]).

Классификацию нагрузок см. п. 1.41.9 [3].

6.3. Расчет сплошных колонн прямоугольного сечения

Из таблицы расчетных усилий выбираются наиболее невыгодные комбинации, по которым определяется необходимое количество арматуры.

Расчетная схема представлена на рис. 1.6.

Влияние прогиба на момент продольной силы (или ее эксцентриситет ) допускается учитывать (по недеформированной схеме) путем умножения моментов на коэффициенты в соответствии с формулой

, (14)

где – соответственно изгибающие моменты от вертикальных нагрузок, не вызывающих заметного горизонтального смещения концов колонн, и от горизонтальной нагрузки (ветер и т. п.), вызывающей горизонтальное смещение верха колонн.

Значения коэффициентов (при жесткой заделке концов) и определяются по формуле

. (15)

При податливой заделке на концах колонны коэффициент принимается равным 1, а для сечений в средней трети длины элемента по формуле (15), п. 3.53 [5].

Условная критическая сила

, (16)

где – расчетная длина элемента, определяемая согласно 6.2.18 [2] или 3.55 [5]; D – жесткость железобетонного элемента в предельной стадии для элементов прямоугольного сечения с арматурой, расположенной у наиболее сжатой и у растянутой (менее сжатой) грани, определяемая по формуле

, (17)

где – коэффициент, приближенно учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента; принимается не более 2,0 и определяется по формуле

, (18)

где – моменты внешних сил относительно оси, проходящей через центр наиболее растянутого или наименее сжатого (при целиком сжатом сечении) стержня арматуры соответственно от всех нагрузок и от действия постоянных и длительных нагрузок.

Определяются моменты следующим образом:

; (19)

. (20)

Коэффициент из уравнения (17) определяется согласно п. 6.2.16 [2] по формуле

, (21)

где , при этом не должен быть меньше 0,15;

. (22)

Если , то следует увеличить размеры сечения.

Площадь поперечного сечения арматуры и принимается по минимальному коэффициенту армирования .

Рис. 1.6. Расчетная схема

Расчет прямоугольных сечений с симметричной арматурой.

Ветровые и крановые тормозные нагрузки создают в сечениях колонны примерно одинаковые по абсолютному значению, но разные по знаку изгибающие моменты. В этих случаях может быть рациональным симметричное армирование.

Требуемое количество симметричной арматуры определяется следующим образом:

а) при

, (23)

где

; (24)

; (25)

;

б) при

. (26)

Поскольку здесь определяющим прочность является сжатая арматура, то принимается МПа:

; (27)

; (28)

; (29)

, (30)

где – граничное значение относительной высоты сжатой зоны сечения; может приниматься по табл. 3.2 [5].

Расчет прямоугольных сечений с несимметричной арматурой.

Несимметричное армирование принимается в тех случаях, когда в сечении действует однозначный момент или разнозначные моменты, существенно различающиеся по абсолютной величине (по модулю).

В этом случае площади сечения сжатой и растянутой арматуры определяются исходя из минимума их суммы по формулам:

; (31)

, (32)

где

(33)

или по табл. 3.2 [5].

Значения и принимаются соответственно не более 0,55 и 0,4.

. (34)

При отрицательном значении вычисленном по (32), площадь сечения арматуры принимается по конструктивным требованиям, но не менее

. (35)

При положительном значении площадь сжатой арматуры вычисляется по формуле

; (36)

при отрицательном значении – по формуле

. (37)

Если принятая площадь сечения сжатой арматуры значительно больше вычисленной по (31), площадь сечения растянутой арматуры может быть уменьшена:

, (38)

где

; (39)

. (40)