6. Расчет колонн
Колонны служат для передачи давления от вышерасположенных главных балок через фундамент на грунт. В балочной площадке используются центрально-сжатые колонны, работающие на продольную силу, приложенную по оси колонн и вызывающую равномерное сжатие их поперечного сечения.
Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента и обеспечивающей прикрепление колонны к фундаменту с помощью анкерных болтов.
При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.
При выполнении курсовой работы согласно заданию рассматриваются центрально-сжатые колонны двух типов: сплошная и сквозная. Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали. Он наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. В широкополочных прокатных двутаврах ширина приблизительно равна высоте сечения, такие же соотношения приняты в сварных двутаврах по условиям изготовления. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В сквозных колоннах достигается равноустойчивость стержня в двух взаимно перпендикулярных плоскостях за счет изменения расстояния между ветвями.
Раскосная решетка является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и работают на изгиб.
Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливается зазор между полками ветвей не менее 100 мм.
Рассчитываем наиболее нагруженную центрально-сжатую колонну среднего ряда (рис. 6.1). Продольная сила N, сжимающая колонну, равна двум реакциям (поперечным силам) от главных балок, опирающихся на колонну сверху: N = 2Qmax.
N = 2Qmax = 2 · 1033,59 = 2067 кН.
Рис. 6.1. Расчетная схема колонны
Расчетная длина колонны lef , зависящая от способа закрепления ее в фундаменте и сопряжения с главной балкой, принимается равной:
lef = μl,
где l – геометрическая длина колонны;
μ – коэффициент расчетной длины колонны, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху: μ = 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ = 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого).
При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхней части. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.
Геометрическая длина колонны (от фундамента до низа главной балки на опоре) равна отметке настила рабочей площадки Hн за вычетом фактической строительной высоты перекрытия, состоящей из высоты главной балки hoп, высоты балки настила hбн и толщины настила tн, плюс заглубление базы колонны ниже отметки чистого пола hф (принимается 0,6 – 0,8 м):
l = Hн – (hоп + hбн + tн) + hф = 1300 – (157 + 40 + 12) + 70 = 1161 см.
При наличии вспомогательной балки в балочной клетке (при поэтажном сопряжении балок) в высоту перекрытия добавляется высота балки hбв.
Для проектирования приняты колонны, жестко защемленные в фундаменте, с шарнирным верхним узлом. Расчетные длины колонн в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и у-у:
lx = ly = μl = 0,7 ∙ 1161 = 813 см,