14. Центральносжатые колонны и стойки

Центральносжатые колонны предназначены для передачи нагрузки от вышележащей конструкции на фундаменты и состоят из трех частей, определяемых их назначением (рис. 57):

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

Рис. 57. Основные элементы центральносжатых колонн

По конструкции поперечных сечений стержни колонн делятся на сквозные и сплошные (рис. 58).

Рис. 58. Поперечные сечения сплошных (а) и сквозных (б) колонн

14.1. Подбор сечения сплошной колонны

Для подбора сечения необходимо определить усилие N, длину l, условия закрепления концов и назначить материал R_y.

Рис. 59. Поперечное сечение сплошной колонны

Подбор сечения производится с учетом продольного изгиба. Основное условие – условие устойчивости сжатого стержня:

N / (_min A )  R_y_c ,

где _min – минимальный коэффициент продольного изгиба;

А – площадь поперечного сечения.

В этом уравнении два неизвестных, поэтому прямой путь решения невозможен и подбор сечения осуществляется методом попыток.

Порядок подбора сечения:

1. Задаемся гибкостью 

Если колонна имеет длину 5-6 м, усилие в ней до 2500 кН, то  = 100-70 (чем меньше усилие, тем больше гибкость). Если N = 2500-4000 кН, то  = 70-50.

2. По принятой гибкости находим 

 =  .

3. Определяем  :  =  _x =  _y.

4. A_tr = N / (  R_y_c ) , i_tr = l_ef / .

Для каждого типа сечений радиусы инерции могут быть представлены в функции внешних размеров, то есть i_x = ₁h; i_y = ₂ b, где ₁ и ₂ – числовые коэффициенты.

Тогда

h_tr = i_x / ₁ = l_ef / ₁ ; b_tr = l_ef / ₂.

По этим трем параметрам A_tr, h_tr, b_tr компонуется сечение. При этом необходимо обеспечить местную устойчивость стенки и полок.

По принятым размерам вычисляют фактические геометрические характеристики сечения и проверяют несущую способность сечения.

14.2. Подбор сечения сквозной колонны

Пояса двухветвевых стержней проектируют из двух швеллеров или двутавров. Ось, пересекающую ветви, называют материальной, а ось, параллельную ветвям, - свободной (рис. 60).

у			у							Подбор сечения производится раздельно относительно материальной и свободной оси. Сначала относительно материальной оси х-х – также как для сплошной колонны. Подбор сечения относительно свободной оси заключается в определении размера b, исходя из требования равной устойчивости колонны в обоих направлениях:  ef =  x.,  ef – приведенная гибкость, которой учитывается податливость связей решетки или планок по сравнению со сплошной связью – стенкой.
х							х
			у				h
			b
Рис. 60. Сечение сквозной колонны

Для колонн на планках (рис. 61):

Рис. 61. Колонна на планках

, где – гибкость стержня относительно оси у-у при рассмотрении его как имеющего сплошную связь; – гибкость отдельной ветви по отношению к собственной оси , =30-40. Задаваясь гибкостью ветви, находят: = , и так как , , то .

Значение b должно быть увязано с допустимыми габаритами колонны, а также с необходимым зазором (не менее 100–150 мм) между полками ветвей.

Для стержня, ветви которого связаны раскосной решеткой (рис. 62):

											, где A – площадь сечения колонны; – площадь сечения раскосов (двух параллельных), величиной задаются; . .
							a
							c
Рис. 62. Колонна с раскосной решеткой