15. Работа колонны на центральное и внецентренное сжатие, понятие о гибкости, расчётные длины. Типы сечений сплошностенчатых и сквозных колонн.

Расчетная (приведенная) длина стержня – расстояние между точками перегиба его изогнутой оси.

Гибкость стержня

Типы сечений сплошных колонн

Стержень сплошной колонны проектируют из прокатных про­филей или листов (рис.6.16), образующих открытое либо замкнутое сечение. Колонны открытых типом удобнее в монтаже, их поверхности доступны для ремонта и окраски, но такие колонны не обладают равноустойчивостью, за исключением крестового сечения, которое вполне соответствует монтажным требованиям с точки зрения крепления примыкающих конструкций. Замкнутые сечения позволяют обеспечить равноустойчивость, но сильно затрудняют использование болтовых соединений и требуют полной изоляции внутренней полости oт вредных воздействий внешней среды. Наибольшее распространение получили колонны из широкополочных сварных двутавров. Радиусы инерции в таких сечениях отличаются в два раза, что не соответствует равноустойчивости, тем не менее технологические преимущества сыграли определяющую роль. В широкополочных прокатных двутаврах ширина приблизительно равна высоте сечения, такие же соотношения приняты в сварных двутаврах по условиям изготовления.

Рис. 6.16. Типы сечений сплошных колонн:

а, 6 - открытого типа; в - замкнутого типа

16. Подбор сечения прокатной центрально-сжатой колонны.

Компоновка сечения колонны

Требуемая площадь сечения колонны

где φ - коэффициент, определяемый по предварительно заданной гибкости

По сортаменту для выбранного типа сечения определяем калибр профиля колонны:

Проверка выбранного сечения колонны

- на устойчивость:

-на гибкость колонны:

Предельная гибкость колонн:

α – уровень загруженности колонн

17. Подбор сечения составной сплошной внецентренно-сжатой колонны, обеспечение местной устойчивости поясов и стенки.

Местная устойчивость

При проектировании сварных колонн из трех листов (рис.6.18) (счетная ширина свеса полки b_ef (расстояние от грани стенки до полки) должна быть связана с толщиной полки условием

Отношение расчетной высоты стенки (прямого участка постоянного сечения) двутавровой колонны к ее толщине следует принимать по формулам:

Условие можно не выполнять, но тогда необходимо выключить часть сечения стенки, потерявшую устойчивость, из работы колонны. В составе рабочего сечения можно оставить только непосредственно примыкающие к полкам участки шириной

Исключение из работы части площади стенки не является основанием для пересмотра остальных (кроме площади) геометри­ях характеристик сечения колонны. При большой (порядка 1 м) высоте сечения колонны вы можете поступить иначе. Предусмотрите приварку с двух сторон стенки продольных ребер по всей высоте колонны, которые закрепят стенку от потери устойчивости (рис.6.18, б). Размеры этих ребер и проверку устойчивости стенки в этом случае следует увязать с требованиями норм проектирования.

Рис. 6.18. К проверке местной устойчивости:

а - исключение части стенки из работы; 6 - укрепление стенки

продольными ребрами

Компоновка сечения и проверка устойчивости

Расчет колонны начинают с определения расчетной сжимающей силы N, которая равна сумме опорных реакций от расчетных нагру­зок всех установленных, на колонну балок. Далее, определившись конструкциями опирания балок и закрепления колонны в фунда­менте, находят расчетные длины и назначают тип поперечного сечения колонны.

После этого можно приступить к предварительному расчету, ко­торый начинают с назначения гибкости. Для колонн с расчетным усилием до 3000 кН можно задаться гибкостью 100...70, для ко­лонн с усилием 3000 ... 4000 кН гибкость можно назначить 70... 50, для более мощных колонн принимают гибкость 50...40. Назна­чив гибкость, находят коэффициент φ, вычисля­ют требуемую площадь поперечного сечения и требуемые радиусы инерции, затем устанавливают генераль­ные размеры сечения:

Последние два условия ничего, кроме желания реализовать за­данную гибкость и обеспечить равноустойчивость, не отражают и могут привести к нелепым с конструктивной точки зрения размерам. Так, для двутаврового сечения вы получите ширину сечения, в два раза превышающую его высоту. С точки зрения работы колонны это будет идеальный вариант, но по технологическим условиям изготов­ления колонны такое решение неприемлемо, поэтому следует увели­чить размер b, принимая h=b.

После этого можно приступить к назначению размеров стенки и полок, исходя из требуемой площади сечения колонны и опираясь на условия местной устойчивости. Для полок применя­ют листы толщиной 8...40 мм, а для стенки - толщиной 6... 16 мм.

Гибкостью вы задавались произвольно, поэтому трудно ожидать что будет подобрано удачное сечение с первой попытки. Вторая по­пытка сводится к проверке устойчивости в плоскости наибольшей гибкости с последующей корректировкой назначенного сечения:

Увеличив или уменьшив размеры полок и (или) стенки, при обязательном соблюдении условий местной устойчивости необходимо вновь проверить устойчивость. При окончательной проверке радиус инерции должен быть вычислен по точной формуле