Типы сечений центрально-сжатых колонн. Типы сечений сплошных колонн.
Колонны представляют собой вертикально распложенные стрежневые элементы, по которым нагрузка от вышележащих конструкций передается на фундаменты. В них различают: верхнюю часть – оголовок, на который опираются вышележащие конструкции; стержень – основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз, и базу (башмак) – нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент.Если колонна работает на восприятие нагрузки от одной продольной силы, приложенной по центру тяжести сечения, то она называется центрально-сжатой. Если продольная сила не совпадает с центром тяжести сечения или к стержню приложены какие-либо поперечные нагрузки, то кроме сжатия возникает изгиб, и колонна называется внецентренно-сжатой.Стержни колонн бывают постоянного, переменного или ступенчатого сечения по высоте. Сечение стержня колонны может быть сплошным или сквозным (решетчатым), состоящим из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.Сплошные и сквозные колонны со стержнем постоянного сечения наиболее распространены при центральном сжатии. Сплошные колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах, сквозные наоборот - при меньших нагрузках и больших высотах.
Типы сечений для сплошных колонн показаны на рисунке1. Наиболее простая колонна получается из одного прокатного двутавра (рис. б); однако вследствие относительно небольшой боковой жесткости такая колонна рациональна в тех случаях, когда в плоскости меньшей жесткости есть дополнительные раскрепления (связи). Наиболее распространены составные двутавровые сечения (рис.в), они жестки в обоих направлениях и достаточно просты в изготовлении. По затрате наиболее экономичны колонны трубчатого сечения (рис. г). В последнее время получили широкое распространение колонны из широкополочных двутавров. Впервые они были использованы в США в 1980-х годах при строительстве высотных зданий, и с тех пор активно применяются в промышленном, гражданском и коммерческом строительстве в качестве балок, колонн и перекрытий. Это сечение обладает достаточно высокой жесткостью как в плоскости, так и из плоскости стенки и является весьма экономичным. Другие сечения (рис. д)применяются относительно редко.
Типы сечений стержней для сквозных колонн показаны на рисунке2, где показано также соединение ветвей, которое может быть выполнено при помощи раскосов (решетки) или планок. Соединение ветвей колонны раскосами придает стержню большую жесткость, поэтому такие колонны применяют при значительных нагрузках, а также при возможных незначительных отклонениях продольной силы (не учитываемых расчетом) с оси стержня.
Рис. 2 Типы сечений и соединений ветвей сквозных колонн
Прочность стержня сквозной колонны, если ее ветви ослаблены какими-либо отверстиями (например, при креплении раскосов или планок заклепками или болтами), проверяют по формуле
Где N – расчетная продольная сила, Fнт – площадь нетто ветвей колонны.
Стержень колонны должен быть также проверен на устойчивость. Если сечение стрержня состоит из двух ветвей, то ось, пересекающая ветви, называется материальной, а ось пересекающая раскосы или планки – свободной. В сечении, состоящем из четырех вервей, обе оси свободные.
Расчетные схемы центрально-сжатых колонн. Определение расчетной длины.Подбор сечений и расчет сквозной колонны.
Колонны предназначены для передачи нагрузки от балочных клеток, ферм покрытий, рабочих площадок и других конструкций на нижележащие или на фундаменты. В центрально-сжатых колоннах равнодействующая сила приложена по оси колонны и вызывает 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).
По типу сечений различают сплошные колонны, состоящие из прокатных двутавров или труб или различных комбинаций открытых профилей, и сквозные, состоящие из двух или четырех ветвей, соединенных между собой планками или решетками из уголков или швеллеров. 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.
При проектировании центрально-сжатых колонн, закрепленных только по концам, стремятся к обеспечению ее равноустойчивости относительно главных осей инерции сечения х—х и у—у. 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.
Расчетная схема одноярусной колонны определяется способом закрепления ее в фундаменте, а также способом прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.
Соединение колонны с фундаментом может быть жестким или шарнирным. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте. При расчете легких колонн соединение с фундаментом с учетом запаса прочности чаще всего принимают шарнирным.
При одноярусных колоннах балки или другие поддерживаемые конструкции могут опираться на колонну сверху. Помимо четкости центральной передачи такое соединение при защемленных внизу колоннах удобно для монтажа, при этом колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Тогда при жестком закреплении колонны в фундаменте расчетная длина колонны принимается равной 0,7l, а при шарнирном - l (l - геометрическая длина колонны от фундамента до низа балок).
Более жестким является присоединение балочной конструкции к колонне сбоку.
lef - расчетная длина колонны. Расчетная и реальная длина колонны - разные понятия. Расчетная длина колонны зависит от способа закрепления концов колонны и определяется с помощью коэффициента μ:
lef = μl (1.4)где l - реальная длина колонны, см;
μ - коэффициент, учитывающий способ закрепления концов колонны. Значение коэффициента можно определить по следующей таблице:
