Раздел 3, тема 13 ск-мк-13-7 семестр. „Сквозные внецентренно-сжатые колонны”

Ключевые слова и понятия

13.1. Колонны раздельного типа .

12.1. Входная информация.

Приступая к изучению данной темы необходимо восстановить в памяти знания из изучавшихся ранее дисциплин и предыдущих тем:

• из курса «Сопротивление материалов»: виды напряжений, которые возникают в элементах; сопротивление нагрузкам; определение геометрических характеристик сечений;

• из курса «Теоретическая механика» равновесие сил и их взаимодействие;

• из курса „Строительная механика»: расчет элементов на действие продольных усилий, расчет пластин;

• из курса „Инженерная графика»: обозначение на чертежах болтов, сварных швов и элементов конструкций;

• из курса «Строительные конструкции», раздел «Металлические конструкции»: основные требования к металлическим конструкциям; введение в проектирование; назначение и состав металлических конструкций; методы расчета по предельным состояниями; расчет центрально-сжатых элементов; сортамент и его использование при проектировании металлических конструкций ; конструкции балочных клеток; расчет и конструирование элементов балочных клеток; общая характеристика центрально-сжатых элементов, определение нагрузки для расчета центрально-сжатой колонны, типы сечений центрально-сжатых колонн, особенности расчета стержня центрально-сжатой колонны сплошного и сквозного сечения; базы и оголовки колонн; общая характеристика каркасов; компоновка каркасов производственных зданий; конструктивные решения; расчеты каркасов; определение расчетных длин и расчет и конструирование внецентренно-сжатых колонн сплошного сечения.

13.2. Содержание темы.

13.3. Изложение содержания темы

13.3.1. Общая характеристика внецентренно-сжатых элементов сквозного сечения.

13.3.2. Типы внецентренно-сжатых колонн (стержней).

13.3.3. Особенности расчета и конструирования стержня сквозной внецентренно-сжатой колонны.

13.4. Критерии усвоения

13.5. Выход темы в другие дисциплины и разделы курса

13.6. Контрольный тест для самопроверки

13.3. Изложение содержания темы

13.3.1. Общая характеристика внецентренно-сжатых элементов.

Внецентренно-сжатые и внецентренно-растянутые стержни (колонны) (12.1)представляют собой такие стержни, у которых равнодействующая внешних сил (нагрузки) не совпадает с осью. Колонна (стойка) - отдельно стоящий элемент или входящий в состав комплексов конструкций, воспринимающий нагрузку от выше лежащих конструкций и передающий ее на фундамент. Может быть одноярусной и многоярусной. Стержень входит в состав различных элементов и комплексов конструкций: плоских конструкций - ферм, рам, арок и пространственных конструкций - плоских структур, оболочек, куполов.

Сжато-изогнутые и растянуто-изогнутые стержни (12.2.)представляют собой элементы каркасов, нагруженные продольными силами, действующими по оси стержня и поперечными силами, вызывающими изгибающие моменты.

Работа таких стержней в средней части мало отличается друг от друга. Поэтому принят одинаковый расчет таких стержней (колонн).

Поскольку расчет и конструирование основного элемента внецентренно-сжатых колонн и стержней производится одинаково, поэтому далее мы будем рассматривать только колонны, а стержни, входящие в состав различных комплексов, будут рассматриваться при рассмотрении соответствующих комплексов.

Основные части одноярусной внецентренно-сжатой колонны: оголовок, стержень, база (12.3.).

Оголовок – конструктивный элемент, на который непосредственно передаются опорные реакции конструкций, которые опираются на колонну;

Стержень– основной элемент, который передаёт нагрузку с оголовка на базу; стержень сквозной колонны состоит как минимум из двух ветвей;

База –элемент, который передаёт усилия колонны на бетон фундамента.

Колонны в настоящее время проектируют чаще всего стальными, но могут применяться и из алюминиевых сплавов (вынуждено).

По статической схеме и характеру нагружения колонны могут быть одноярусными и многоярусными; входить в состав комплексов конструкций. По типу сечения - сплошными или сквозными.

Наиболее широко применяются внецентренно-сжатые колонны в каркасах одноэтажных производственных зданий. Колонны сквозного сечения могут быть постоянного по высоте сечения и ступенчатые: верхняя и нижняя части сквозного сечения или верхняя часть сплошного сечения, а нижняя – сквозного сечения.

13.3.2. Типы внецентренно-сжатых колонн (стержней).

В производственных зданиях встречаются три типа колонн: постоянного по высоте сечения, переменного по высоте сечения (ступенчатые) и в виде двух стоек соединенных между собой гибкими элементами - раздельного типа (рис. 13.1.).

В других зданиях и сооружениях наиболее часто применяются колонны (стержни) постоянного сечения по высоте (длине) на каждом участке.

В зависимости от величины нагрузок и длины применяют колонны сплошного или сквозного сечения. Колонны сплошного сечения (чаще всего двутавровые) и сквозные (чаще всего из двух прокатных профилей или составных сечений),симметричные и несимметричные.

По конструкции колонны могут быть сплошного сечения и сквозного сечения.

Приблизительно радиусы инерции связаны с габаритными размерами сечений (см. рис. 12.3.).

13.3.3. Особенности расчета и конструирования стержня сквозной внецентренно-сжатой колонны.

Сквозные колонны производственных зданий состоят из двух ветвей; бывают симметричные и несимметричные; решетка обычно в двух плоскостях; верхний раскос рационально крепить к подкрановой ветви (в верхней панели иногда применяют крестовую решетку).

Рис. 13.1. Типы ступенчатых колонн со сквозной нижней частью и элементами колонн раздельного типа: а) крайнего ряда; б) среднего ряда.

Симметричные сечения сквозных колонн составляются из двух швеллеров или двух двутавров (прокатных или составных) и несимметричные иэ швеллера и двутавра; из листа, двух уголков и двутавра; из двух двутавров (прокатных или составных) (рис. 13.2.).

Рис. 13.2. Типы сечений сквозных колонн: а) крайних несимметричных; б) средних симметричных.

Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами; от изгибающего момента М и продольной силы N в ветвях возникают только продольные усилия и поперечная сила Q - воспринимается решеткой (при ширине колонны 1 и более метров, а также при ) или планками. Несущая способность сквозной колонны может быть исчерпана в результате потери устойчивости какой-либо ветви (в плоскости рамы или из плоскости)

или потери устойчивости колонны в целом как единого стержня составного сечения:

Усилия в ветвях колонны определяется по формуле N_в = Nа в раскосе -где- угол между раскосом и ветвью колонны.

При этом для каждой ветви колонны определяется своя наиболее невыгодная комбинация усилий: N₁, M₁для одной ветви; N₂, M₂для другой ветви.

Подбор сечения колонны ведется поэлементно. Каждая ветвь рассчитывается как центрально сжатая. При подборе сечения ветви задаются коэффициентом = 0,70,9 и определяют А_тр= N_в/(R_y_c) и компонуют сечение. Ширину ветви из условия обеспечения общей устойчивости принимают (1/201/30) L_в (длина колонны или ее участка).

Принятое сечение ветви проверяют на устойчивость по формулам:

(здесь ₁определяется по гибкости ветви_в=l_в / i_у, а l_в- расстояние между узлами решетки);

(здесь _y определяется , по гибкости_у= l_y/ i_x , а l_yрасстояние между закрепленными точками из плоскости колонны).

После подбора сечения ветвей уточняют усилия в ветвях и делают проверку напряжений.

При необходимости сечение ветвей корректируется. Местная устойчивость элементов ветвей обеспечивается, как и в центрально сжатых колоннах.

Далее подбирается сечение раскосов. Подбор сечения ведут по большей из сил Q_факти Q_ficкак центрально-сжатого стержня. Стойки рассчитывают по Q_fic.

Затем проверяется устойчивость колонны в плоскости рамы как единого стержня

Коэффициент _едля сквозного стержня определяется по таблице СНиП’а "Стальные конструкции" в зависимости оти относительного эксцентриситетаздесь у₁-расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести наиболее нагруженной ветви.

Из плоскости рамы проверка устойчивости не нужна, т. к. она проверяется для каждой ветви.