ПОДБОР СЕЧЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ СТЕРЖНЯ КОЛОННЫ
1. Сплошные колонны
Подбор сечения сплошной колонны. Задавшись типом сечения колонны, определяем требуемую площадь сечения по формуле
Чтобы предварительно определить коэффициент ф, задаемся гибкостью колонны
Определяем в первом приближении требуемую площадь по формуле (8.21) и требуемый радиус инерции, соответствующий заданной гибкости:
Зависимость радиуcа инерции от типа сечения приближенно выражается формулам:
Отсюда определяются требуемые генеральные размеры сечения колонны:
Ранее было отмечено, что в сплошных колоннах двутаврового сечения коэффициент а1 примерно в два раза больше коэффициента а2, поэтому определяют требуемый размер b, а h принимают по конструктивным и производственным соображениям, руководствуясь, например, возможностью заводки между полками колонны балки при примыкании ее к стенке или возможностью приварки автоматом (трактором) полок к стенке и т. п.
Установив генеральные размеры сечения b и h, подбирают толщину поясных листов (полок) и стенки исходя из требуемой площади колонны ATP и условий местной устойчивости.
Отношения ширины элементов сечения (полок, стенки) к их толщине подбирают так, чтобы они были меньше предельных отношений, устанавливаемых с точки зрения равнопрочности стержня в целом и его элементов.
В первом приближении обычно не удается подобрать рациональное сечение, которое удовлетворяло бы трем условиям (АTP, bTP, hTP), так как при их определении исходная величина гибкости была задана произвольно. Выяснив несоответствие, указанные величины корректируют. Если заданная гибкость принята очень большой, то получается слишком большая площадь при сравнительно малых размерах b и h. Следовательно, надо увеличить сечение, одновременно уменьшив площадь ATP, т. е. уменьшить принятую гибкость.
Если принятая гибкость чрезмерно мала, то получается слишком малая площадь при сильно развитом сечении, тогда ATP следует увеличить, уменьшив, размеры сечения.
Откорректировав значения А, b и h, производят проверку сечения
и напряжения
Если нужно, вносят еще одну поправку в размеры сечения, обычно последнюю.
После окончательного подбора сечения производят его проверку определением фактического напряжения по формуле (8.24).
При незначительных усилиях в колонне ее сечение подбирают по предельной гибкости порядка 120, установленной СНиП, для чего определяют минимально возможный радиус инерции:
и, установив по нему наименьшие размеры сечения,
окончательно подбирают сечение по конструктивным соображениям исходя из наименьшей возможней толщины элементов (по условиям устойчивости).
Проверка несущей способности трубобетонной колонны производится по формуле:
Конструктивное оформление и фактическая работа стержня колонн. В колоннах, работающих на центральное сжатие, сдвигающие усилия между стенкой и поясами незначительны, так как величина поперечной силы, возникающей от случайных воздействий, невелика. Поэтому поясные швы в сварных колоннах принимаются конструктивно в зависимости от марки стали и толщины свариваемых элементов.
В колоннах, не эксплуатируемых в средне- и сильноагрессивных средах и не возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3 (при температуре меньше-50 °С, см. СНиП), поясные швы можно выполнять односторонними.
Толщину стенки колонны следует принимать возможно меньшей, так как сечение стенки, не увеличивая момента инерции относительно оси - у, увеличивает площадь и, следовательно, уменьшает радиус инерции, жесткость колонны. В случае прикрепления мощных балок стенка не должна быть чрезмерно тонкой, так как в противном.
Из условия местной устойчивости наибольшее отношение расчетной высоты стенки h0 к ее толщине t определяется по формулам, приведенным в табл. 8.5, а отношение свеса полки b0 колонны двутаврового сечения к ее толщине tП (рис. 8.12) в колоннах с условной гибкостью А. от 0,8 до 4 должно удовлетворять условию
Из отношения ba/tП и табл. 8.5 видно, что с увеличением гибкости колонны рассматриваемые отношения повышаются, т. е. стенка и полки могут быть относительно тоньше, так как при этом напряжения в стержне колонны снижаются. С повышением же расчетного сопротивления стали R толщины стенки и полки должны быть относительно больше, так как фактическое напряжение повышается.
Если по конструктивным соображениям отношение h0/t принимается больше указанных выше величин, то стенку следует укреплять продольным ребром (рис. 8.12,б), которое препятствует потере устойчивости стенки, пересекая появляющиеся волны выпучивания.
В этом случае за расчетную высоту стенки h0 принимают расстояние от ребра до полки сечения стержня.
Ребро может быть парным или расположенным с одной стороны.
При укреплении стенки парным ребром установленные выше значения h0/t (табл. 8.5) следует умножать на коэффициент, определяемый по формуле
При расположении ребра с одной стороны стенки его момент инерции должен вычисляться относительно оси, совмещенной с ближайшей гранью стенки.
Продольное ребро жесткости следует включать в расчетное сечение площади стержня.
Для укрепления контура сечения и стенки колонны ставятся поперечные ребра жесткости на расстоянии 2,5-3 м одно от другого, на каждом отправочном элементе должно быть не менее двух ребер.
Иногда по условиям гибкости колонны (например, при большей высоте колонн) приходится проектировать ее сечение с широкими полками, которые при недостаточной толщине могут оказаться неустойчивыми. В этих случаях для обеспечения устойчивости полок целесообразно укрепить их продольными ребрами, приваренными по кромкам (рис.8.12, б). Эти ребра проектируют непрерывными по всей высоте колонны и при расчете вводят в состав сечения. В колоннах из тонких элементов ребра могут быть замены отгибами.
На фактическую работу сплошных колонн существенное влияние оказывают местные погнутия листов, следствием которых являются более раннее развитие в листах пластических деформаций и потеря ими устойчивости.
В сквозных колоннах очень большое внимание следует уделять конструкции решеток. Недостаточное внимание к их конструкции неоднократно приводило к авариям. При хорошем центрировании и хорошем состоянии решеток фактические критические напряжения сквозных колонн близки к теоретическим (при расчете по приведенной гибкости).
Случайные эксцентриситеты приложения нагрузки имеют существенное влияние, однако они компенсируются тем, что фактическое закрепление колонн обычно более жесткое, чем принимаемое в расчете.
2. Сквозные колонны
Подбор сечения сквозной колонны. При подборе сечения сквозной колонны устойчивость ее относительно свободной оси проверяют не по гибкости, а по приведенной гибкости, которая вследствие деформативности решеток всегда больше.
Приведенная гибкость зависит от расстояния между ветвями, устанавливаемого в процессе подбора сечения. Расстояние 6 между ветвями определяется требованием равноустойчивости сквозной колонны относительно осей х и у, для чего приведенная гибкость должна быть равна гибкости относительно материальной оси.
Подбор сечения сквозной колонны начинается с расчета на устойчивость относительно материальной оси х, т. е. с определения требуемой площади сечения по формуле (8.21):
Так же как и при подборе сечения сплошных колонн, надо задаться гибкостью, чтобы получить из таблицы коэффициент продольного изгиба.
Благодаря более рациональному распределению материала в сечении сквозных колонн расчетная гибкость у них бывает несколько меньше, чем у сплошных (при равных условиях). Для сквозных колонн с расчетной нагрузкой до 1500 кН, длиной 5 - 7 м можно задаться гибкостью 90 - 60, для более мощных колонн с нагрузкой 2500 - 3000 кН гибкость можно принять равной 60 - 40.
Задавшись гибкостью и определив по ней коэффициент, по формуле (8.21) получаем требуемую площадь и требуемый радиус инерции относительно материальной оси, учитывая, что гибкость относительно материальной оси равна расчетной гибкости.
Определив требуемую площадь и требуемый радиус инерции, подбираем по сортаменту соответствующий им профиль швеллера или двутавра. Если эти величины пo сортаменту не будут совпадать в одном профиле, что бывает при неудачно заданной гибкости, то нужно взять профиль, в котором величины А и i имели бы значения, наиболее близкие к найденным.
Приняв сечение стержня, проверяем его устойчивость по формуле:
Если сечение подобрано удовлетворительно, то следующим этапом является определение расстояния между ветвями из условия равноустойчивости
Приведенная гибкость определяется по формулам (8.10) или (8.15) в зависимости от типа решетки.
В колоннах с планками рекомендуется принимать гибкость ветви, но не более 40.
Необходимо иметь в виду, что в противном случае возможна потеря несущей способности ветви ранее потери устойчивости колонны в целом.
Определив гибкость, находим соответствующий ей радиус инерции iУ= и расстояние между ветвями, которое связано с радиусом инерции отношением b = iУ/2
Значение b должно быть увязано с допустимым габаритом колонны, а также с необходимым зазором между полками ветвей.
После окончательного подбора сечения колонну проверяют ца устойчивость относительно оси y по формуле (8.24). Для проверки устойчивости нужно скомпоновать сечение стержня, установить расстояние между планками и по приведенной гибкости определить коэффициент. Если коэффициент kY больше коэффициента kХ, то проверка устойчивости относительно оси у по формуле (8.24) не нужна.
В колоннах с решетками должна быть также проверена устойчивость отдельной ветви на участке между смежными узлами решетки.
В колоннах с решетками в четырех плоскостях с поясами и решеткой из одиночных уголков расчетные длины поясов и раскосов зависят вт типа решетки, конструкции прикрепления раскоса к поясу и отношения погонных жесткостей пояса и решетки. Значения расчетных длин принимаются по СНиП.
Установив окончательное сечение сквозной колонны, переходят к расчету решетки.
Расчет безраскосной решетки (планок). Расстояние между планками определяется принятой гибкостью ветви и радиусом инерции ветви
В сварных колоннах за расчетную длину ветви принимают расстояние между планками в свету.
Расчет планок состоит в проверке их сечения и расчете прикрепления их к ветвям. Планки работают на изгиб от действия перерезывающей силы ф, величина которой определяется из условия равновесия вырезанного узла колонны:
Отсюда:
Высоту планки hПЛ обычно определяют из условия ее прикрепления. Учитывая, что вывод формулы приведенной гибкости основан на наличии жестких планок, ширину планок не следует принимать слишком малой, обычно эта ширина устанавливается в пределах.
Толщина планок берется конструктивно от 6 до 10 мм в пределах (1/10-1/15) hПЛ.
В месте прикрепления планок действуют поперечная сила FПЛ и изгибающий момент МПЛ, равный:
В сварных колоннах планки прикрепляют к ветвям внахлестку и приваривают угловыми швами, причем планки обычно заводят на ветви на 20-30 мм.
[ К следующей главе | Вверх по странице | К оглавлению | К предыдущей главе ]
