4.3.3. Проверка местной устойчивости элементов сплошной колонны

Местная устойчивость полки колонны обеспечивается за счет назначения соответствующего отношения расчетной ширины свеса b_ef (расстояние от грани стенки до края полки) к ее толщине t_f.

Во внецентренно-сжатых элементах с условной гибкостью _х от 0,8 до 4 отношение b_ef /t_f принимается не более критического значения, определяемого по формуле

b_ef /t_f = (0,36 + 0,1

При значениях _х < 0,8 или _х > 4 в формуле следует принимать соответственно _х = 0,8 или _х = 4.

Ширина свеса полки

b_ef = (b_f – t_w)/2 = (28 – 1,2) / 2 = 13,4 см.

Проверяем отношение:

b_ef /t_f = 13,4 / 2 = 6,7 < 17,11,

следовательно, устойчивость полки обеспечена.

Проверяем местную устойчивость стенки. Для внецентренно-сжатых элементов двутаврового сечения предельное отношение расчетной высоты стенки h_ef = h_w к толщине (гибкость стенки) определяется в зависимости от значения коэффициента  = ( – ₁)/, характеризующего распределение напряжений по сечению. Здесь  – наибольшее сжимающее напряжение у расчетной границы стенки, принимаемое со знаком «плюс» и вычисленное без учета коэффициентов _e или с, и ₁ – соответствующее напряжение у противоположной расчетной границы стенки.

Определяем (при y_c = y_p = h_w/2 = 66 / 2 = 33 см):

 = N₂/A + M_2,maxy_c/I_x = 760 / 191,2 + 104700  33 / 158222 = 25,81 кН/см²;

₁ = N₂/A – M_2,maxy_р/I_x = 760 / 191,2 – 104700  33 / 158222 = –17,86 кН/см²;

 = [25,81 – (–17,86)] / 25,81 = 1,69.

При   1 предельная гибкость стенки

но не более 3,8 = 3,8 = 111,3,

где  = 1,4 (2 – 1)/ = 1,4  (2  1,69 – 1) × 1,69 / 25,81 = 0,22,

здесь  = Q/(h_wt_w) = 134 / (66  1,2) = 1,69 кН/см² – среднее касательное напряжение в рассматриваемом сечении.

Сравниваем (при  = 1,69 > 1) фактическую гибкость стенки с предельной: h_ef /t_w = 66 / 1,2 = 55 < 111,34.

Стенка отвечает требованиям устойчивости.

При   0,5 отношение h_ef/t_w не должно превышать значений

, где значения _uw следует определять по табл. 4.8.

При 0,5 <  < 1 предельная гибкость определяется линейной интерполяцией между значениями, вычисленными при  = 1 и  = 0,5.

В случае недостаточной жесткости стенки (отношение h_ef /t_w превышает критическое значение) увеличивают толщину стенки t_w или стенку укрепляют продольным парным или односторонним ребром жесткости с моментом инерции ребра I_sl  6h_ef t_w³, расположенным посредине. Наиболее нагруженную часть стенки между полкой и осью ребра рассматривают как самостоятельную пластинку и производят соответствующую проверку.

При расположении ребра с одной стороны его момент инерции вычисляется относительно оси, совмещенной с ближайшей гранью стенки.

Продольные ребра жесткости следует включать в расчетное сечение колонны.

Таблица 4.8.

Предельные условные гибкости

Относительный эксцентриситет	Сечение элемента	Значения  и1	Формулы для определения
m = 0	Двутавровое	 < 2,0   2,0	но не более 2,3
	Коробчатое, швеллерное прокатное	 < 1,0   1,0	но не более 1,6
	Швеллерное, кроме прокатного	 < 0,8   0,8	но не более 1,6
m  1,0	Двутавровое, коробчатое	 < 2,0   2,0	но не более 3,1

Обозначения, принятые в табл. 4.8:

 – условная гибкость элемента, принимаемая в расчете на устойчивость при центральном сжатии;

₁ – условная гибкость элемента, принимаемая в расчете на устойчивость в плоскости действия момента.

П р и м е ч а н и я: 1. К коробчатым относятся замкнутые прямоугольные профили (составные, гнутые прямоугольные и квадратные).

2. В коробчатом сечении при m > 0 значение _uw следует определять для стенки, параллельной плоскости изгибающего момента.

3. При значениях 0 < m < 1,0 значение _uw следует определять линейной интерполяцией между значениями, вычисленными при m = 0 и m = 1,0.

Минимальные размеры выступающей части продольных ребер жесткости b_r принимаются:

для парного симметричного ребра – не менее h_ef /30 + 40 мм;

для одностороннего ребра – не менее h_ef /20 + 50 мм.

Толщина ребра t_r принимается из условия его устойчивости не менее 2b_r

Укрепление стенки продольными ребрами жесткости целесообразно при большой высоте сечения колонны (свыше 1000 мм).

В случаях, когда фактическое значение h_ef /t_w превышает предельные значения, допускается использование закритической работы стенки, так как переход стенки в критическое состояние еще не означает потерю устойчивости стержня. В этом случае неустойчивая часть стенки выключается из работы и в расчетное сечение колонны при расчетах на устойчивость вместо площади А следует принимать значение A′. В состав рабочего сечения стенки включается два крайних устойчивых ее участка, непосредственно примыкающие к полкам шириной с = 0,65t_w (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Расчетное сечение колонны

Для двутаврового сечения при внецентренном сжатии

A′ = А – (h_w – 2с)t_w.

Исключение части стенки из расчетного сечения учитывается только при определении площади A′; все прочие геометрические характеристики определяются для целого сечения.

Стенку колонны при h_ef /t_w  2,3 = 2,3 следует, как правило, укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5–3)h_ef одно от другого; на каждом отправном элементе должно быть не менее двух ребер. При фактической гибкости стенки h_ef /t_w = 55 необходимость в постановке поперечных ребер жесткости отпадает. Однако в местах примыкания к колонне ферм, тормозных конструкций, связей, распорок и других элементов ребра жесткости устанавливают в зоне передачи сосредоточенных усилий независимо от гибкости стенки.

Соединение поясов со стенкой в сварных колоннах осуществляется автоматической сваркой двусторонними угловыми непрерывными швами. Применять односторонние швы разрешается в колоннах, работающих в условиях близких к центральному сжатию. Применение односторонних угловых швов не допускается в конструкциях, возводимых в климатических районах строительства с расчетной температурой ниже –45^оС.

Высота катета сварного поясного шва назначается в зависимости от толщины полок согласно табл. 4.9, но не менее 6 мм. При t_f = 20 мм требуется k_f = 5 мм, принимаем 6 мм.

В местах примыкания к колонне других конструкций катеты поясных швов колонны увеличиваются до размеров швов примыкающих элементов, при этом швы повышенной высоты заводятся на длину 30k_f по обе стороны от места примыкания. Это требование распространяется и на колоны с односторонними поясными швами: в местах примыкания к колонне конструкций поясные швы должны быть выполнены двусторонними и выходить за контуры прикрепляемого элемента на указанную величину.

Таблица 4.9