Сплошные колонны

Типы сечений

Стержень сплошной колонны образуется из одного или нескольких прокатных профилей или листов, соединяемых при помощи сварки или заклепок. Типы сечений сплошных колонн показаны на фигуре. Наиболее рациональным с точки зрения работы материала является трубчатое сечение, которое, однако, мало применяется на практике.

Основным сечением сплошных центрально сжатых колонн является сварное двутавровое сечение, составленное из трех листов, хотя в нем и не соблюдается полностью условие равноустойчивости. Одиночный прокатный двутавр редко применяется в качестве сжатого элемента вследствие значительной разницы в моментах инерции Jx и Jу.

Он может применяться как самостоятельное сечение только в колоннах, раскрепленных по высоте перпендикулярно оси у. В противном случае он требует усиления листами.


Сечения центрально сжатых сплошных колонн

Сечения центрально сжатых сплошных колонн


Сварные двутавровые сечения из трех элементов могут изготовляться с широким применением автоматической сварки; доступность всех поверхностей стержня упрощает конструкцию сопряжений с примыкающими элементами и, следовательно, ускоряет и удешевляет изготовление и монтаж.

В отдельных случаях применяются сечения, состоящие из трех прокатных профилей. Однако такие селения тяжелее обычных.

Сплошные клепаные колонны состоят из листов и уголков.

Расчет и конструирование стержня сплошных колонн

Расчет колонны начинается с определения действующих на колонну нагрузок. Далее, приступая к подбору сечения, вычисляют необходимую площадь сечения стержня по формуле (2.VIII).

Для этого предварительно задаются приближенным значением коэффициента продольного изгиба: φ = 0,75 / 0,85.

Размеры сечения назначают, исходя из следующих соображений. Для поясов применяют листы толщиной δ = 8 / 40 мм, а для стенки — толщиной δ = 6 / 16 мм в зависимости от мощности колонны. Высота сечения колонны h в сооружениях обычного типа, т. е. при высоте колонн Н = 10 / 20 м, принимается не менее ((1/15) / (1/20)) H.

Во избежание потери местной устойчивости (местного выпучивания) поясных листов от нормальных напряжений ширина неукрепленной выступающей части пояса не должна превышать 15 его толщин, т. е. b < 30δ (для стали Ст. 3).

По этим же соображениям, согласно НиТУ, отношение высоты стенки к ее толщине (h/δ) не должно превышать 70 (см. § 29, п. 2).

При больших соотношениях устойчивость стенки не обеспечивается и ее необходимо укреплять парным продольным ребром жесткости; кроме того, ставятся поперечные ребра, которые размещаются по высоте колонны не реже чем через 3h.


Ребра жесткости колонны

Ребра жесткости колонны


Размеры поперечных и продольных ребер в сварных колоннах устанавливаются из конструктивных, соображений: ширина поперечного pe6pa bp ≥ hст/30 + 40мм, толщина δр ≥ bp/15; ширина продольного ребра bр = 10δр, толщина δр ≥ 3/4δст. Продольные ребра предохраняют стенку от волнообразного выпучивания, а поперечные ребра повышают жесткость сечения, укрепляя пояса.

Сечение клепаных колонн образуется из листа (стенки) и четырех неравнобоких уголков, приклепанных к стенке малыми полками. Это сечение может быть иногда усилено поясными листами, причем ширина неокаймленного свеса листа, считая от ближайшего ряда заклепок, не должна превышать 15 δ.

Укрепление стенки клепаных колонн ребрами жесткости (из уголков) производится аналогично укреплению сварных.

Назначив размеры сечения, удовлетворяющие конструктивным требованиям, определяют для колонны действительную гибкость X и соответствующий ей коэффициент после чего производят проверку напряжения по формуле (1.VIII).

В целях обеспечение нормальной эксплуатации НиТУ ограничивают для колонн и их элементов предельную гибкость.

Предельная гибкость колонн

Наименование конструкций Элементы конструкции Предельная гибкость
Колонны и стойки Основные 120
То же Второстепенные (стойки стенового каркаса, стойки фонарей, элементы решеток колонн) 150

Соединение элементов сечения между собой осуществляют в сварных колоннах непрерывными швами, принимая hш — 0,5δст (6 — 10 мм). При автоматической сварке поясные швы должны иметь одинаковую толщину по всей длине стержня; при ручной сварке рекомендуется увеличивать толщину этих швов у мест примыкания балок и ригелей, а также у базы (на участках длиной около 1 м).

В клепаных колоннах поясные заклепки ставят с максимальным шагом, но не более чем через 18 δмин, где δмин — наименьшая из толщин склепываемых элементов.

Пример 1. Требуется подобрать сечение стержня колонны, нагруженной расчетной нагрузкой N = 292 г, приложенной вертикально в центре оголовка. Высота колонны Н = 7,2 м. Колонна имеет башмак с жестким защемлением в обоих направлениях, закрепление верхнего конца шарнирное. Сечение стержня двутавровое сварное. Материал Ст. 3. Коэффициент условий работы m = 1.


Излишний материал в сечении

Излишний материал в сечении


Решение. В соответствии с условиями закрепления концов колонны определяем расчетную длину стержня:

Формула

Задаемся предварительно коэффициентом φ = 0,75.

Определяем по формуле (2.VIII) требуемую площадь сечения:

Формула

Распределяем найденную площадь Fтр по элементам сечения:

пояса 2 листа 36 X 2 = 144 см2

стенка лист 40 X 1 = 40 см2

Итого 184 см2

Для определения гибкости стержня вычисляем моменты и радиусы инерции сечения:

Формула

Наибольшая гибкость колонны

Формула

следовательно, коэффициент продольного изгиба φγ = 0,875. 

Наибольшее напряжение, соответствующее наибольшей гибкости, находим по формуле (1.VIII):

Формула

Неполное использование расчетного сопротивления указывает на наличие излишнего материала в сечении. Поэтому уменьшаем толщину поясов и стенки на 2 мм, не изменяя для сохранения жесткости ширины и высоты сечения.

Производим перерасчет площади сечения и расчетного напряжения:

Формула

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Расчет и конструирование стержня сквозных колонн

Как и в сплошных колоннах, подбор сечения стержня сквозной колонны начинают с определения необходимой площади сечения, исходя из расчетной нагрузки и расчетного сопротивления материала. Для этого предварительно задаются величиной коэффициента φ = 0,7 / 0,9. После этого определяют требуемую площадь сечения одной ветви по формуле По найденной площади подбирают по сортаменту ближайший номер швеллера или…

Сквозные колонны

Типы сечений и решеток Стержень сквозной колонны состоит из двух или нескольких прокатных профилей, соединенных между собой в плоскостях полок планками или решетками. Сквозная колонна с планками Основным преимуществом сквозных колонн является возможность соблюдения в них условия равноустойчивости. Сквозные колонны достаточно экономичны по расходу металла. В то же время они более трудоемки в изготовлении, так…