5.1.3. Понятие о расчете внецентренно сжатых колонн

В отличие от центрального сжатия при внецентренном сжатии напряжения в поперечном сечении распределяются неравномер­но. При этом возможны три основных случая (рис. 5.5):

а) o„,i„ > 0, а_шх > 0;

б) a_min = 0, а_тах > 0;

в) а„„„ < 0, а_тах > 0.

При внецентренном сжатии на продольный изгиб оказывает влияние изгибающий момент, и поэтому размеры сечения внецен­тренно сжатых элементов увеличивают в направлении действия момента, тем самым уменьшая в этом направлении гибкость (уве­личивая жесткость).

Расчетные формулы при внецентренном сжатии выводятся из предпосылки: а_тах < /^_жатию, а в случае возникновения растягива­ющих напряжений в сечении элемента также учитывается усло­вие о_т„ < Лр_{астяжению} (рис. 5.5, в).

Расчет внецентренно сжатых колонн более сложен, чем расчет центрально-сжатых колонн, и в большей степени зависит от ма­териала. Внецентренно сжатые железобетонные и каменные ко­лонны необходимо рассчитывать не только на прочность, общую устойчивость, но в некоторых случаях на раскрытие трещин. В рамках нашего курса расчет конструкций на внецентренное сжа­тие в основном не рассматривается.

5.2. Расчет стальных колонн

5.2.1. Область распространения

и простейшие конструкции стальных колонн

Стальные колонны широко распространены в общественных и промышленных зданиях. Они часто дороже железобетонных, ка­менных и тем более деревянных, но есть области, где применение их целесообразно и экономически оправдано, например, как уже отмечалось, в промышленных зданиях при высоте более 10 метров, при тяжелом режиме работы мостовых кранов. Применяется сталь также и для небольших по высоте и нагрузкам колонн, так как их изготовление из прокатных профилей позволяет выполнять колон­ны относительно малого сечения быстро и достаточно просто, что в конечном итоге оказывается экономически оправдано.

Простейшей конструкцией стальных колонн (рис. 5.6) являет­ся сплошная колонна постоянного сечения, выполненная из тру­бы или прокатного двутавра (лучше широкополочного). Достаточ­но часто выполняются сплошные колонны составного сечения из прокатных элементов: двух швеллеров, уголков и других комби­наций. Сплошные колонны могут быть сварены из трех листов, повторяя по форме сечения прокатных двутавров (рис. 5.7). Ко­лонны также могут выполняться сквозного сечения: на планках (рис. 5.8, а) или решетчатые (рис. 5.8, б). В рамках нашего курса будет рассмотрен расчет сплошной колонны из прокатного ши­рокополочного двутавра.

5.2.2 Особенности работы стальных колонн под нагрузкой и предпосылки для расчета

Несущая способность колонн может быть исчерпана по ряду причин:

1. от потери общей устойчивости;

2. от потери прочности, что возможно, когда в поперечном сечении имеются отверстия, ослабляющие сечение колонны (на­пример, технологические отверстия, отверстия для болтов и т.п.), либо в колоннах сквозного сечения, когда устойчивость колонны обеспечивается тем, что ветви колонны расставлены далеко от главных осей при ограниченной площади их сечения (рис. 5.8), и в этом случае потеря прочности может произойти раньше, чем потеря общей устойчивости;

3. от потери местной устойчивости (рис. 5.9, а); для исключе­ния этого явления применяются специальные меры, например постановка поперечных ребер жесткости (рис. 5.9, б), конструк­тивное увеличение толщины листов, из которых изготовляется колонна, и т.п. В прокатных двутаврах, трубах их толщины и се­чения подобраны таким образом, что потери местной устойчиво­сти обычно не происходит, поэтому основными случаями потери несущей способности для таких колонн остаются первые два.