Лекция № 4.

Колонны

4.1. Типы колонн и область их применения

Сборные железобетонные колонны одноэтажных производст­венных зданий по назначению можно разделить на колонны для зданий без кранов и колонны для зданий, оборудованных мосто­выми или другими кранами, для которых необходимы подкра­новые пути, опирающиеся на колонны. Среди последних можно выделить колонны для зданий с мостовыми электрическими кра­нами массового применения, колонны для зданий с ручными мо­стовыми кранами, встречающимися значительно реже, и колон­ны для особых случаев: для зданий с мостовыми кранами, рас­положенными в два-три яруса, зданий со специальными крана­ми и др.

По расположению в здании колонны делят на колонны крайних рядов (их же используют и в рядах, примыкающих к продольным температурным швам) и колонны средних рядов, имеющие обычно среднюю вертикальную ось симметрии.

Кроме основных колонн в одноэтажных зданиях используют также колонны (стойки) фахверка продольных и торцовых стен, колонны этажерок и рабочих площадок.

По конструкции колонны бывают постоянного и переменного сечения по высоте (так называемые ступенчатые колонны), сплошные (прямоугольного или двутаврового сечения) и сквоз­ные (двухветвевые), которые могут быть безраскосными и раскосными. Известны также решения колонн пустотелых — прямо­угольного и круглого сечения.

В колоннах переменного сечения по высоте возможны различ­ные варианты сочетания сечений: например прямоугольного в нижней (подкрановой) и верхней (надкрановой) части колонн, двутаврового сечения в подкрановой и надкрановой части, дву­таврового в подкрановой и прямоугольного в надкрановой части. Двухветвевые колонны для зданий с мостовыми кранами обычно устраивают с надкрановой частью прямоугольного сечения.

Нетиповые железобетонные колонны применяются крайне редко: в отдельных случаях расширения или реконструкции зда­ний, в зданиях с неунифицированиыми параметрами, если в них нельзя применить по противопожарным требованиям стальные колонны, и в других особых случаях.

4.2. Особенности статического расчета колонн

При проектировании одноэтажных производственных зданий основной расчетной схемой является схема поперечной рамы с шарнирным прикреплением ригелей к колоннам (рис. 4.1.). Такая схема отвечает практике применения сборных железобетонных конструкций в зданиях без мостовых кранов, с мостовыми кра­нами, а также в зданиях со смешанным каркасом – при железо­бетонных колоннах и стальных фермах.

Рис. 4.1. Схема поперечной рамы одноэтажного здания

Схемы продольных рам каркаса здания зависят от типа стро­пильных конструкций, наличия подстропильных конструкций и подкрановых балок (рис. 6.2—6.4).

Рис. 4.2. Схемы продольных рам одноэтажных зданий со стропильными конструкциями, имеющими высоту на опоре до 1 м

а – для зданий без мостовых кранов высотой не более 10,8 м; б – то же, высотой более 10,8 м; в – для зданий с мостовыми кранами; 1 –диск покрытия; 2 – стропильные конструкции; 3 – температурный шов; 4 –колонны; 5 –распорки; 6 – вертикальная связь; 7 – подкрановые балки

Рис. 4.3. Схемы продольных рам одноэтажных зданий со стропильными конструкциями, имеющими высоту на опоре более 1 м

а – для зданий без мостовых кранов при небольшой высоте; б – то же, при большой высоте; в – для зданий с мостовыми кранами (обозначения на рис. 4.2)

Рис. 4.4. Схемы продольных рам одноэтажных зданий с подстропильными конструкциями

а – для зданий без мостовых кранов при небольшой высоте; б – то же, при большой высоте; в – для зданий с мостовыми кранами (обозначения на рис. 4.2); 5 – подстропильные конструкции

В узлах соединения стропильной конструкции с фермой, ха­рактерных для массового применения, как это можно полагать, моменты, возникающие в результате, защемления, сравнительно небольшие. Они частично погашаются благодаря наличию за­кладных листов верха колонны и опорной части стропильной конструкции и подкладного листа между ними. Моменты в ого­ловках колонн возникают также вследствие перемещения центра тяжести сжимающих сил, передающихся от опорной части ферм при перемещении колонн (в большей мере это относится к колон­нам по средним осям зданий).

Статический расчет колонн для многопролетных зданий с мо­стовыми кранами очень сложен из-за большого количества на­грузок и необходимости составления различных комбинаций этих нагрузок, из которых определяют наиболее неблагоприятные сочетания усилий: нормальных сил, моментов и поперечных сил.

Расчет колонн для зданий без мостовых кранов менее сложен. Нагрузки для этих колонн: собственный вес покрытия здания и снеговая нагрузка, приложенные в виде нормальной силы с экс­центриситетом к крайним стойкам и центрально к средним; на­грузки от подвесного транспорта и веса крановых путей, от под­весных потолков (если таковые имеются), коммуникаций и дру­гие нагрузки, приложенные к стропильным конструкциям и передаваемые через опорные части на колонны здания; ветровая нагрузка, действующая на конструкции покрытия здания (в том числе и на фонари) и передаваемая на жесткий диск покрытия или связи, — эта нагрузка действует на раму в виде сосредото­ченных сил на уровне верха колонн. На крайние колонны дейст­вуют также нагрузки от веса стен (если стены не самонесущие и опираются на каркас здания), горизонтальная нагрузка от ак­тивного давления ветра и отсоса, распределенного по высоте крайних колонн.

Колонны для зданий с мостовыми кранами в общих случаях рассчитывают, кроме того, на различные комбинации вертикаль­ного давления мостовых кранов, расположенных в пролетах зда­ния, с учетом собственного веса подкрановых балок. В конкрет­ных проектах возможны и другие виды нагрузок на колонны од­ноэтажных зданий в зависимости от их использования.

Колонны многопролетных рам на все виды нагрузок, кроме ветровой, рассчитывают как стержни, имеющие защемление внизу и неподвижный шарнир вверху. Колонны рассчитывают в соот­ветствии с их конструкцией как стержни с постоянным либо пе­ременным сечением и переменной (ступенчатой) жесткостью.

Колонны однопролетных и двухпролетных рам рассчитывают как стержни, имеющие защемление внизу и смещаемый шарнир вверху. При расчете необходимо учитывать смещение верха ко­лонн, определяя смещающую силу и рассчитывая раму на эту силу. Раму рассчитывают с использованием законов строитель­ной механики, определяя усилия в основной схеме и усилия от смещений, которые затем суммируют. При этом ригель прини­мают несжимаемым, и все стойки рамы получают одинаковое сме­щение, а единичную горизонтальную силу между стойками распределяют в зависимости от коэффициента, характеризующего жесткость колонн на сдвиг и определяемого по формуле, приве­денной в руководстве по расчету колонн.