Колонами називають елементи конструктивних комплексів, передають навантаження від верхніх конструкцій на фундаменти і працюють при цьому на стиск. До їх складу входять оголовок, стрижень, база. Оголовок сприймає навантаження від верхніх конструкцій і розподіляє її по перетину стрижня.
Стрижень передає навантаження на базу. База розподіляє навантаження на необхідну площу фундаменту і дозволяє прикріпити колону до нього.
Кінці колон можуть бути закріплені жорстко, шарнірно або бути вільні. Кріплення бази до масивного фундаменту здійснюється за допомогою анкерних болтів.
Стрижні колон можуть бути прокатними і складовими. Прокатні стрижні центрально-стиснутих сталевих колон можуть виконуватися з двотаврів звичайних і з паралельними гранями полиць типів Б, Ш, К і труб. Звичайні двотаври, а також типи Б і Ш мають невеликий радіус інерції щодо осі у і обмежену площу поперечного перерізу, що звужує сферу їх застосування. У двотавр типу К ці недоліки в значній мірі усунені, проте їх розміри і перетину обмежені стандартом, і перетин це неравноустойчівое в різних напрямках. за
геометричним характеристикам трубчастий перетин близько до ідеалу при рівних розрахункових довжинах в різних напрямках, але примикання балок до колон збоку ускладнює конструкцію. Складові перерізу стержнів центрально-стиснутих колон можуть суцільними і наскрізними.
У наскрізних стрижнях колон зв'язок між окремими частинами перетину - гілками - здійснюється в окремих точках, з використанням розкосу або безраскосной решіток. Наскрізні перетину дозволяють при невеликій площі мати великі його габарити і значні радіуси інерції. Жорсткість зв'язків в окремих точках менше, ніж суцільний зв'язку.
Розрахунок суцільних стрижнів центрально-стиснутих колон
Розрахунок перетинів, з улаштуванням виконується в наступному порядку: 1) приймають тип перетину з урахуванням рівностійкого, марки стали Ry.
2) задавшись орієнтовно знаходять по нормам
3) визначають необхідні характеристики перетину
4) компонують розтин. За правилами опору матеріалів знаходять його геометричні характеристики.
Обчислюють гнучкість і уточнюють значення коефіцієнта стійкості.
5) перевіряють стійкість перетину
Місцева стійкість стрижнів колон з листової сталі:
У нормах умови збереження місцевої стійкості для стінок і полиць складових двутавров з листової сталі мають вигляд:
Розрахунок центрально стиснутих стрижнів
Вичерпання несучої здатності довгих гнучких стрижнів, що працюють на осьовий стиск, походить від втрати стійкості
14. Проектування центрально-стиснутих суцільних колон. Методика підбору перетину суцільних колон.
Кінці колон можуть бути закріплені жорстко, шарнірно або бути вільні.
Жорстке кріплення бази до масивного фундаменту здійснюється за допомогою анкерних болтів. Це зручно при монтажі, так як не потрібні тимчасові кріплення колони, зменшується гнучкість і поліпшується використання стали. Жорстке кріплення верхнього кінця колони до вищерозміщеної конструкції вимагає від неї великий жорсткості, ускладнює вузол і тому може не враховуватися (вважається шарнірним).
Для інших способів закріплення колон і прикладання навантаження коефіцієнти m наводяться в [5, табл. 28].
Стрижні колон можуть бути цільними і складовими. Цілісні стрижні виконуються з одного профілю, складові - з декількох профілів або листів. Цілісні стрижні центрально-стиснутих сталевих колон можуть виконуватися з двотаврів звичайних і з паралельними гранями полиць типів Б, Ш, К і труб. Звичайні двотаври, а також типи Б і Ш мають невеликий радіус інерції щодо осі у і обмежену площу поперечного перерізу, що звужує сферу їх застосування. У двотавр типу К ці недоліки в значній мірі усунені, проте їх розміри і перетину обмежені стандартом, і перетин це неравноустойчівое в різних напрямках. За геометричним характеристикам трубчастий перетин близько до ідеалу при рівних розрахункових довжинах в різних напрямках, але примикання балок до колон збоку ускладнює конструкцію. Перетини суцільних стрижнів колон наведені на рис. 11.3.
Складові перерізу стержнів центрально-стиснутих колон можуть мати зв'язок між окремими частинами по всій довжині (з улаштуванням) або в окремих точках (наскрізні). Найбільш поширені перетину складових стрижнів колон, з улаштуванням наведені на рис. 11.4. Перетину можуть бути досить великими, але їх радіус інерції може рости тільки разом з площею перетину. При використанні прокатних профілів (рис. 11.4, а і б) радіус інерції складеного перетину може обмежувати прокатних профілів. Використання тонких листів (рис. 11.4, в і г) для зменшення площі перешкоджає втрата місцевої стійкості частинами перетину.
У наскрізних стрижнях колон зв'язок між окремими частинами перетину - гілками - здійснюється в окремих точках, з використанням розкосу або безраскосной решіток. Перетину з двох двотаврів, звичайних або з паралельними гранями полиць типу Б, двох швелерів або чотирьох куточків, найбільш часто застосовуються в сталевих конструкціях, приведе-ни на рис. 11.5, а, б, в відповідно.
Наскрізні перетину дозволяють при невеликій площі мати великі його габарити і значні радіуси інерції. Жорсткість зв'язків в окремих точках менше, ніж суцільний зв'язку (див. Підрозд. 12.1).
Мал. 11.5. Перетину складових наскрізних стрижнів колон
З'єднання частин центрально-стиснутих колон в єдине ціле може виконуватися на зварюванні і болтах. При виготовленні монтажних елементів (колон) застосовується зварювання, в монтажних стиках і при укрупнительной збірці - болти.
Розрахунок складових стрижнів колон, з улаштуванням
Складові перетину доводиться застосовувати, коли через обмеженій площі перетину або відсутності необхідних розмірів прокату використовувати цільні не вдається. Зв'язок між елементами складеного перерізу слід виконувати безперервними звареними швами мінімального розміру [1, табл. 38].
Для складових перетинів, з улаштуванням готових таблиць площ і радіусів інерції перетинів немає через різноманітність варіантів перерізів і поєднуваних в них профілів або листів. Тому для визначення радіусів інерції за характерними розмірами перерізів користуються співвідношеннями між розмірами b і h перетинів і їх радіусами інерції і, які наводяться в довідкових матеріалах з проектування сталевих конструкцій, наприклад, [8, дод. 10]. Для найбільш уживаних перетинів, з улаштуванням вони наводяться в табл. 11.1. Радіуси інерції відносно осей х - х і у - у визначаються з виразів,.
При використанні складових двутавров (з трьох листів або смуг) ширина перетину не повинна прийматися більше його висоти.
Розрахунок перетинів, з улаштуванням виконується в наступному порядку:
1) приймають тип перетину з урахуванням рівностійкого, марки стали і (орієнтовно);
2) знаходять за нормами [1, табл. 72];
3) визначають необхідні характеристики перетину
, .
Значення коефіцієнтів ідля перерізів, з улаштуванням
При цьому якщо площа приймається з надлишком, розміри h і b - з недоліком, і навпаки;
4) компонують розтин. За правилами опору матеріалів знаходять його геометричні характеристики - площа перетину, моменти і радіуси інерції; уточнюють максимальну гнучкість велічінуj;
5) перевіряють стійкість перетину
;
6) при наявності ослаблення перетину перевіряють міцність
.
Якщо хоча б одна з умов не виконується або обидва виконуються з великим запасом, коригують перетин з урахуванням результатів перевірки і повторюють розрахунок з п. 4. Розрахунок повторюється до отримання мінімальної для даного випадку площі перетину.
Якщо відомі вартості різних марок сталей при різних перетинах в готових виробах, можна, змінюючи перетину і марки стали і повторюючи всі розрахунки з п. 1, прийти до самого економічному за вартістю матеріалу рішенням.
Для перетинів з прокатних профілів цього достатньо. Для перетинів з використанням листової сталі, крім цього, необхідна перевірка місцевої стійкості елементів перетину [6, 8].