2.1.3 Построение расчетных схем простейших конструкций балок и колонн

Проектирование колонны

Колонны проектируемого сооружения в статическом плане являются составной частью его рамного поперечника, и, поэтому, усилия в колонне определяются лишь в результате расчета статически неопределимой конструктивной системы.

В зависимости от требований к точности расчета для одной и той же конструкции могут быть приняты различные расчетные схемы. Часто расчетную схему конструкции называют системой.

Расчетная схема, или система, конструкции состоит из условных элементов: стержней, пластинок, соединенных между собой в узлах связями (с помощью сварки, болтов, заклепок и т.п.) и включает также условно представленные нагрузки и воздействия.

Сущность каждой схемы и их отличия приведены ниже.

Рис.2 Расчетная схема колонны

Конструктивная схема Изображены: материал конструкции формы конструкции размеры сечения наличие специальных устройств (болты, анкеры, крепления, сварка)

Расчетная схема Изображены: условная форма конструкции некоторые размеры конструкции способ закрепления конструкции (жесткое, шарнирное и т.д.) нагрузки и воздействия на конструкцию

Жесткость и неподвижность конструкции зависит от способа закрепления отдельных ее элементов между собой. При рассмотрении, например, каркаса здания можно заметить, что один элемент опирается на другой, начиная с элементов фундамента и заканчивая элементами покрытия. Между каждым из сопрягаемых элементов возникают опорные реакции, которые совместно с действующими нагрузками, образуют уравновешенную систему внешних сил.

Определение опорных реакций для выполнения расчета конструкций зависит от способа закрепления и сопряжения конструкций. Различают жесткие и шарнирные соединения конструкций. В строительной механике различают также защемляющую подвижную (скользящую) заделку конструкций.

Жесткое соединение является более надежным, поскольку выполняется с привлечением большего количества фиксирующих элементов. Однако такой вид соединений не используется так часто как шарнирное соединение, поскольку более трудоемок в изготовлении.

Шарнирное крепление конструкций встречается в общей конструкции зданий более часто, чем жесткое. Шарнирному соединению свойственна некоторая податливость.

Примерами жесткого закрепления конструкции может быть крепление колонны к фундаменту. На рис. 3а, 3б изображено шарнирное и жесткое крепление колонны. Из рисунка видно, что жесткое крепление является более сложным.

Колонна может быть замоноличена в фундамент и при помощи раствора, в этом случае при значительных размерах фундамента такая заделка может считаться жесткой, а в случае небольшого фундамента и колонны большого сечения – шарнирное (рис.4).

Проектирование консоли

Другой часто встречающейся в конструкциях зданий элемент – балка, может также иметь как жесткое, так и шарнирное закрепление. Балка, закрепленная одним концом в стене называется консолью, а закрепление называется в этом случае консольным (рис. 5). Как консоли работают не только балки, но и балконные плиты, подъездные козырьки, карнизные плиты.

Проектирование балки.

Шарнирное закрепление балки изображено на рис.7, 8

Деревянные колонны (их принято называть стойками) соединяются с другими конструкциями металлическими скобами, штырями и шипами. Такое соединение считается шарнирным.

Кирпичные колонны опираются внизу на фундамент, а на сами колонны опираются балки, как правило без специальных приспособлений, следовательно такое соединение можно считать шарнирным.