51.Виды стальных колонн. Компоновка поперечного сечения стержня колонн.

Колонны предназначены для передачи нагрузки от ба­лочных клеток, ферм покрытий, рабочих площадок и других конструкций на фундамен­ты. В центрально-сжатых колоннах равнодействующая сила приложена по оси колонны и вызывает в ней централь­ное сжатие расчетного поперечного сечения. Централь­но-сжатые колонны, так же как и внецентренно сжатые, состоят из трех основных частей, выполняющих опреде­ленную функцию: оголовка, стержня и базы (башмака) (рис. 1-10).

Случай центрально-сжатых колонн имеет ме­сто в одноэтажных (рис. 1-10, а, б) и многоэтажных (рис. 1-10, в) гражданских и промышленных зданиях, когда горизонтальные усилия воспринимаются системой верти­кальных связей.

По типу сечений различают сплошные колонны, со­стоящие из прокатных двутавров или труб или различ­ных комбинаций открытых профилей (рис. 2-10),

и сквозные, состоящие из двух или четырех ветвей, соединенных между собой планками или решетками из уголков или швеллеров (рис. 3-10).

Соединение ветвей на планках при­меняют тогда, когда расстояние между осями ветвей не превышает 500 — 600 мм. При больших расстояниях план­ки получаются тяжелыми, поэтому целесообразно при­менять решетку из одиночных уголков.

52.Основы расчета колонн.

В дальнейшем мы ограничимся рассмотрением только сплошных колонн.

При проектировании центрально-сжатых колонн, за­крепленных только по концам, стремятся к обеспечению ее равноустойчивости относительно главных осей инер­ции сечения х — х и у — у. Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость ее в плоскости оси х должна быть равна гибкости в плоскости у, т.е.

_х = _у или l_0,x /i_x = l_0,y /i_y

Исходя из этого наиболее ра­циональными типами сечений для сравнительно корот­ких колонн являются широкополочный двутавр, труба и сварное двутавровое сечение, составленное из трех лис­тов. При большой длине и небольших нагрузках сквоз­ные колонны более эффективны по расходу материала, чем сплошные, но имеют трудности крепления примыка­ющих балок, особенно в случаях примыкания балок по длине стержня.

Расчет центрально-сжатой колонны начинают с оп­ределения расчетной продольной силы с грузовой пло­щади колонны (рис. 6-9) :

N = A_S F_tot (Ф1-10)

где F_tot — суммарная интенсивность всех постоянных и временных нагрузок, приведенная к 1 м² грузовой площади; A_S — грузовая пло­щадь колонны.

Требуемая площадь сечения колонны может быть определена из условия обеспечения устойчивости цент­рально-сжатого стержня по формуле

(Ф2-10)

Для предварительного расчета коэффициент продоль­ного изгиба  принимают для стальных колонн 0,75 — 0,85; для алюминиевых 0,6 — 0,75. По найденному значе­нию А_са1 стержень сплошной колонны из прокатных про­филей находят путем подбора профиля по сортаменту, у которого значения площади

А  А_са1

Для сплошных двутавровых стержней, составленных из трех стальных листов, при назначении размеров сече­ния руководствуются следующими соображениями: для поясов применяют листы толщиной t_f =8 — 40 мм, для стенки — толщиной t_w =6 — 16мм; высоту и ширину сече­ния колонны в зависимости от допустимой гибкости при­нимают в пределах (1/14 — 1/29) H (табл. 1-10). При значительных продольных силах гибкость колонн рекомен­дуется принимать в пределах  =60 — 90, но не более 120. (После назначения сечения определяют его фактические геометрические характеристики: А, i_x, i_y, ,_х, _у, _x,  _у. Затем, сопоставляя _x и  _у, определяют значения  _min. Сечение считается подобранным, если в результате проверки напряжений по формуле (Ф2-10) нет перенапряже­ния, а процент недонапряжение не превышает 5 % для сварных и комбинированных профилей или его невоз­можно уменьшить в пределах сортамента прокатных про­филей.

При расчете центрально-сжатых стержней прибли­женные значения радиусов инерции сечения могут быть определены по табл. 2-10. Моменты инерции сварного дву­таврового сечения относительно главных осей могут быть определены по формулам:

J_x=(t_wh_w³/12)+2A_f(h_w/2+t_f/2)² (Ф3-10)

J_y = 2t_fb_f³/12. (Ф4-10)