2. Колонны сквозного сечения

Некоторые варианты сечений колонны показаны на рис.17. При расчете сквозной колонны следует стремиться к тому, чтобы она была равноустойчива относительно обеих осей (_Х_ef,Y). С этой целью при компоновке сечения из двух швеллеров принимается b1,1h, а из двух двутавров - b0,9h.

1) Сначала производится расчет относительно материальной оси x-x. Для этого по требуемой площади принимается по сортаменту соответствующий профиль швеллера или двутавра (2А₁А_ТР), по фактическому значению радиуса инерции i_X определяется _X=l_X/i_X, и по ней - _Х. Делается проверка устойчивости: N/_XA)R_Y_C. На данном этапе расчета, если получается большой запас (более 20…30%), можно попробовать уменьшить номер профиля и проверку повторить, убедившись также, что выполняется условие _Х_ПРЕД.

Так как устойчивость колонны относительно свободной оси проверяется по приведенной гибкости _ef, на величину которой влияют тип и размеры соединительных элементов ветвей, нужно сначала сделать расчет планок.

2) Расчет планок.

Ширину планок b_S рекомендуется назначать равной (0,5…0,75)b (рис.18).

Рис. 18. К расчету планок сквозной колонны

Затем нужно распределить планки по всему стержню колонны таким образом, чтобы длина ветви l_В не превышала 40i₁, где i₁ – радиус инерции одного профиля относительно оси, параллельной свободной оси сечения (рис.16), тогда расстояние между центрами планок l=l_В+b_S. Толщину планки t_S можно принять в пределах (0,01…0,05)b_S, но не менее 6мм.

Расчет планок и их прикрепления выполняется на условную поперечную силу Q_fic=7,15x10^-6(2330-E/R_Y))N/, где  - коэффициент продольного изгиба в плоскости соединительных планок (_Y). Можно принять =_Х (так как _Х_ef).

Сила среза планки F_ПЛ=Q_ficl/(2b). Изгибающий момент, действующий на планку в месте ее крепления, М_ПЛ=Q_ficl/4.

Планки обычно приваривают к ветвям колонны угловыми швами полуавтоматической сваркой. Назначив _f, _Z, R_Wf, R_WZ и приняв k_ft_S, расчетную длину шва l_W=b_S-10мм, проверку прочности швов производим для точки «Б» (рис.17) на совместное действие F_ПЛ и М_ПЛ по металлу шва:

R_Wf, где _M=M_ПЛ6/(_fk_fl_W²); _F=F_ПЛ/(_fk_fl_W).

Аналогично делается расчет по границе сплавления для _Z и R_WZ. При невыполнении условия прочности следует увеличить k_f и, при необходимости, t_S.

3 ) Проверку сечения стержня сквозной колонны относительно свободной оси производим по формуле N/(_YA)  R_Y_C, где _Y находится по табл.П.4 с заменой  на _ef. Значение приведенной гибкости _ef можно определить по формуле _ef= . Здесь _Y=l_ef/i_Y, _B=l_B/i₁40.

3.3. Конструкция и расчет оголовка колонны

Конструктивное решение оголовка колонны принимается в зависимости от компоновочной схемы балочной клетки и конструкции стержня колонны. Наиболее простым и надежным является свободное опирание балки на колонну сверху через опорную плиту (рис.19). В исключительных случаях, когда по оси колонны располагается балка настила, главные балки могут опираться на колонну через опорный столик сбоку (рис.20).

Рис. 19. Опирание балок на колонну сверху:

а, б, в – сплошная колонна; г, д – сквозная колонна

При установке главной балки на колонну сверху расчет оголовка на воздействие опорных реакций главных балок выполняется в следующей последовательности:

1. Конструктивно назначают толщину опорной плиты t_O=20…25мм. Размеры плиты в плане должны быть на 20…30мм больше габаритных размеров сечения колонны.

2. Определяют размеры опорного ребра колонны. Ширина ребра назначается из условия, чтобы была обеспечена необходимая длина участка смятия b_СМ=b_Р+2t_o, где b_Р - ширина опорного ребра главной балки. Толщину ребра t_P находят из условия смятия его торца: t_P2F_ОП/(b_СМR_P). Длину ребра l_Р определяют из условия прочности сварных швов, прикрепляющих его к стенке или ветвям колонны: l_P=2F_ОП/(4_fk_fR_WF)+10мм85_fk_f. Kf принимают не менее значений, приведенных в табл.П.3 в зависимости от толщины ребра и не более 1,2t_W (t_W – толщина стенки сплошной колонны или стенки ветви сквозной колонны).

Рис. 20. Опирание балок на колонну сбоку:

а – сплошная колонна; б – сквозная колонна

3. Проверяют прочность стенки сплошной колонны или стенки ветви сквозной колонны на срез: =2F_ОП/(2l_Pt_W)R_S или =2F_ОП/(4l_Pt_W)R_S. При недостаточной прочности стенок увеличивают длину ребра l_P. Если в сплошной колонне увеличение длины ребра невозможно (когда kf=1,2tw, lp>85_fkf), а прочность стенки не обеспечена, то предусматривают вставку в верхней части стенки длиной l_B=l_P+50мм и толщиной tв=2F_ОП/2lpRs (рис.19).

При опирании балки на колонну сбоку (рис.20) расчетом определяется длина столика из условия прочности сварных швов, прикрепляющих его к полкам или ветвям колонны:

l_ст1,3F_оп/(2_fk_fR_wf)+10мм, l_ст1,3F_оп/(2_zk_fR_wz)+10мм, где 1,3 – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распределение опорной реакции между швами; Kf принимают не менее значений, приведенных в табл.П.3 в зависимости от толщины опорного столика и не более 1,2t (t – толщина стенки ветви сквозной колонны или толщина полки сплошной колонны).

Толщину опорного столика t_c назначают конструктивно 30…40мм. Так же конструктивно принимают ширину столика b_c=b_p+(20…30)мм, где b_p – ширина опорного ребра главной балки.