3 Конструкции стальных колонн, работающих на центральное сжатие. Расчет колонн сплошного и сквозного сечений
В металлических конструкциях широко применяются работающие на центральное сжатие колонны или стержни, входящие в состав конструктивных комплексов:
оголовок, на который опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну;
стержень - основной конструктивный элемент, передающий нагрузку от оголовка к базе;
база, передающая нагрузку от стержня на фундамент.
Центрально-сжатые колонны а) применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т. п. Центрально-сжатые стержни работают в составе конструктивных элементов и комплексов тяжелых решетчатых ферм и рам, сжатых элементов вантовых систем и т. п.
Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты и состоят из трех частей, определяемых их назначением:
Расчет и конструирование основного элемента центрально-сжатых колонн и стержней производятся одинаково.
Узлы примыкания центрально-сжатых стержней с другими элементами конструктивного комплекса зависят от вида конструкции и рассмотрены в соответствующих главах. Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными.
Хорошо работают на центральное сжатие и экономны по затрате металла трубобетонные колонны, стержень которых состоит из стальной трубы, заполненной бетоном.
Расчет колонны
Для расчета выбирается наиболее нагруженная колонна, для многоэтажного здания – средняя колонна первого этажа. рассматривается 2 варианта колонны: сплошного и сквозного сечений. Расчет колонны выполняется в следующей последовательности: 1) статический расчет колонны: 1.1) составление расчетной схемы колонны (определение параметров нагрузок, условий закрепления опорных узлов, геометрической длины); 1.2) определение расчетных усилий в колонне (продольной силы N); 2) конструктивный расчет: 2.1) определение геометрических параметров сечения колонны; 2.2) проверка подобранного сечения по I группе предельных состояний; 2.3) разработка технических решений узлов и их расчет (оголовок и база колонны). 5.1. Расчетная схема для колонны рабочей площадки может быть принята по одному из двух вариантов: шарнирное сопряжение верхнего и нижнего узлов или шарнирное сопряжение верхнего и жесткое – нижнего. Для многоэтажного здания принимается схема шарнирного верхнего узла и жесткого нижнего. Заглубление колонны может быть принято в пределах 0.6 – 0.8 м. 5.2. Сосредоточенную нагрузку, действующую на колонну, можно определить, собрав нагрузку на перекрытие, действующую на 1 м2, с грузовой площади, приходящейся на среднюю колонну. Нагрузку от собственного веса колонны можно принять ориентировочно равной 2 – 5 кН/м. Для колонны многоэтажного здания необходимо учесть нагрузку P от вышележащих этажей, указанную в задании. ^
Сплошное сечение
В
курсовом проекте необходимо скомпоновать
сечение колонны из листового
проката.
Рис.
1. Сплошное сечение колонны
льшие
– при малых.
в интервале 0.7 – 0.9. Меньшие значения
принимаются при больших длинах колонн,
боТребуемая
площадь сечения колонны определяется
из условия обеспечения устойчивости
центрально сжатого элемента -приняв
предварительно коэффициент продольного
изгиба
Задача
компоновки сечения сплошной колонны
вариантная.
Для
нахождения величин ширины b и
высоты h (см.
рис. 1) сечения можно воспользоваться
приближенными соотношениями между
радиусами инерции ix и iy,
высотой h и
шириной b:
, 
,
(табл. 8.1. [2]),
С
другой стороны,
; 
,
где
гибкости x и
y ;соответствуют
принятому значению
lef,x и lef,y –
расчетные длины относительно
осей x-x и y-y соответственно,
определенные для принятой расчетной
схемы:
, 
,
где
μ – коэффициент приведения длины;
lx, ly –
геометрические длины колонны относительно
осей x-x и y-y соответственно.
Приравняв
значения радиусов инерции, можно найти
требуемые значения b и h:
, 
.
Для
сварного двутавра x = 0.42,
y = 0.24.
При равных расчетных длинах и одинаковых
гибкостях значение hпримерно
вдвое меньше b.
Такое сечение не конструктивно. Для
получения конструктивного сечения
приходится отступать от условия
равноустойчивости и принимать h = b.
Для
получения наиболее рационального
сечения необходимо соблюдение следующих
рекомендаций:
, 
.
Определяем
толщины поясов и
стенки
,
.
Значения tf и tw необходимо
согласовать с сортаментом на листовой
прокат и учесть конструктивные
требования
;
tf =
8 – 40 мм, tw =
6 – 16 мм.
С
учетом полученных величин и конструктивных
требований можно скомпоновать сечение
и определить его фактические геометрические
характеристики A, Ix, Iy, ix, iy.
^