7.Центрально сжатые колонны, область применения, расчетные схемы, подбор сечения сплошных и сквозных колонн

Колонны предназначены для передачи нагрузки от рабочей площадки на нижележащие конструкции или на фундаменты. Относятся они к центрально сжатым колоннам, в которых равнодействующая сила приложена по оси колонны и вызывает равномерное сжатие расчетного поперечного сечения.

К олонны состоят из трех основных частей, выполняющих опреде­ленную функцию: оголовка, стержня и базы — башмака (рис. 29.1). Ко­лонны выполняют сплошными или сквозными. Сплошные колонны ча­сто имеют составное двутавровое сечение

Устойчивость при упругой работе

Поведение центрально-сжатого стержня удобно рассмотреть на простом мысленном эксперименте. Представьте себе тонкую сталь­ную линейку, нижний конец которой зажат в тисках, а к верхнему прикреплен груз, характеризующий собой продольную силу К Пока эта сила мала, стержень остается прямым, причем прямолинейная форма равновесия стержня является устойчивой. Это значит, что если стержню придать другую форму (например, отклонив верхний конец в сторону, а затем отпустив его), то после нескольких колебаний стержень вернется в первоначальное положение, став снова прямым. При достижении силой N критического значения стержень уже не возвратится к исходной прямолинейной форме, а его колебания по­сле нашего вмешательства (включая попытки выпрямить линейку) каждый раз будут затухать на некоторой новой и всегда одинаковой для данной силы форме равновесия с небольшим, но вполне опре­деленным отклонением верхнего конца в ту или другую сторону. Произойдет бифуркация (разветвление) форм равновесия, причем теоретически возможная прямолинейная форма равновесия станет неустойчивой, а смежная криволинейная форма — устойчивой. Не­значительное увеличение силы N будет приводить к весьма замет­ным искривлениям со стрелками, строго соответствующими значе­ниям приложенной силы.

Расчет центрально сжатых сплошных колонн

Прочность и устойчивость колонн проверяют по формулам

где N— расчетное усилие, равное сумме опорных давлений балок, опи­рающихся на колонну; (р — коэффициент продольного изгиба, определя­емый по формулам (28.12) — (28.14) или по табл. 72 [20] в зависимости от большей из гибкостей

Учитывая, что балки свободно опираются на колонны и соединение базы с фундаментом за счет изгиба опорной плиты не создает защемле­ния, концы колонны считаются шарнирно закрепленными. При этих ус­ловиях 1_Х — 1_у — Я, где Я — высота колонны. Гибкость колонны не дол­жна превышать предельной гибкости

[Я] = 180-60а, (29.3)

где а = NI((pAR_yYc) — коэффициент, принимаемый не менее 0,5.

Для сплошных двутавровых колонн, составленных из трех стальных листов, при назначении размеров сечения следует руководствоваться следующими соображениями: для поясов применяют листы толщиной tf = 8—40лш, для стенки — толщиной t_w = 6—16лш; высоту и ширину сечения колонны в зависимости от допустимой гибкости принимают в пределах (1/14 - 1/29)Я.

При проектировании сварных колонн из трех листов расчетная ши­рина свеса полки (расстояние от грани стенки до края полки) должна быть связана с толщиной полки условием

Отношение расчетной высоты стенки двутавровой колонны к ее тол­щине следует принимать

Условие (29.6) можно не выполнять, но тогда необходимо выклю­чить часть сечения стенки, потерявшую устойчивость, из работы колон­ны. В составе рабочего сечения стенки можно оставить только непосред-ственно примыкающие к полкам участки шириной 0,65t_w^E / R_y . Ис­ключение из работы части площади стенки не является основанием для пересмотра остальных (кроме площади) геометрических характеристик сечения колонны.

Для укрепления контура сечения и стенки колонны при h_w/t_w> > 2,2 JEI R_v устанавливают парные поперечные ребра жесткости на рас­стоянии 2,5—3 м одно от другого, но не менее двух на отправочном эле­менте. Размеры этих ребер можно принимать по типу ребер жесткости составных балок.

При подборе поперечного сечения колонны определяют из формулы (29.2) требуемую площадь сечения, принимая приближенно значение <р равным 0,75. После этого выбирают размеры стенки и поясов колонны с учетом обеспечения их устойчивости и проверяют сечение.