6. Расчет колонн
Колонны служат для передачи давления от вышерасположенных главных балок через фундамент на грунт. В балочной площадке используются центрально-сжатые колонны, работающие на продольную силу, приложенную по оси колонн и вызывающую равномерное сжатие их поперечного сечения.
Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента и обеспечивающей прикрепление колонны к фундаменту с помощью анкерных болтов.
При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.
При выполнении курсовой работы согласно заданию рассматриваются центрально-сжатые колонны двух типов: сплошная и сквозная. Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали. Он наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. В широкополочных прокатных двутаврах ширина приблизительно равна высоте сечения, такие же соотношения приняты в сварных двутаврах по условиям изготовления. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В сквозных колоннах достигается равноустойчивость стержня в двух взаимно перпендикулярных плоскостях за счет изменения расстояния между ветвями.
Раскосная решетка является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и работают на изгиб.
Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливается зазор между полками ветвей не менее 100 мм.
Рассчитываем наиболее нагруженную центрально-сжатую колонну среднего ряда (рис. 6.1). Продольная сила N, сжимающая колонну, равна двум реакциям (поперечным силам) от главных балок, опирающихся на колонну сверху: N= 2Qmax.
N= 2Qmax= 2 · 1033,59 = 2067 кН.
Рис. 6.1.Расчетная схема колонны
Расчетная длина колонны lef, зависящая от способа закрепления ее в фундаменте и сопряжения с главной балкой, принимается равной:
lef=μl,
где l – геометрическая длина колонны;
μ– коэффициент расчетной длины колонны, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху:μ= 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ= 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого).
При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхней части. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.
Геометрическая длина колонны (от фундамента до низа главной балки на опоре) равна отметке настила рабочей площадки Hнза вычетом фактической строительной высоты перекрытия, состоящей из высоты главной балкиhoп, высоты балки настилаhбн и толщины настилаtн, плюс заглубление базы колонны ниже отметки чистого полаhф(принимается 0,6 – 0,8 м):
l=Hн– (hоп +hбн+tн) +hф= 1300 – (157 + 40 + 12) + 70 = 1161 см.
При наличии вспомогательной балки в балочной клетке (при поэтажном сопряжении балок) в высоту перекрытия добавляется высота балки hбв.
Для проектирования приняты колонны, жестко защемленные в фундаменте, с шарнирным верхним узлом. Расчетные длины колонн в плоскостях, перпендикулярных осям х-хиу-у:
lx = ly=μl = 0,7 ∙ 1161 = 813 см,