Расчет колонн

Колонны служат для передачи давления от вышерасположенных главных балок через фундамент на грунт. В балочной площадке используются центрально-сжатые колонны, работающие на продольную силу, приложенную по оси колонн и вызывающую равномерное сжатие их поперечного сечения.

Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента и обеспечивающей прикрепление колонны к фундаменту с помощью анкерных болтов.

При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.

Рассматриваются центрально-сжатые колонны двух типов: сплошные и сквозные. Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными из широкополочных двутавров, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали. Он наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. В широкополочных прокатных двутаврах ширина b приблизительно равна высоте сечения h, такое же соотношение принято в сварных двутаврах по условиям изготовления. При равенстве сторон b = h радиусы инерции относительно осей x-x и y-y отличаются почти в два раза (i_x = 0,43 h и i_y = 0,24 b). Поэтому при одинаковых расчетных длинах колонны l_x = l_y не удается обеспечить равноустойчивость стержня в двух плоскостях.

Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В сквозных колоннах достигается равноустойчивость стержня в двух взаимно перпендикулярных плоскостях за счет изменения расстояния между ветвями.

Раскосная решетка является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную (рамную) систему с жесткими узлами и работают на изгиб.

Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливают зазор между полками ветвей не менее 100 мм.

Рассчитывается наиболее нагруженная центрально-сжатая колонна среднего ряда (рис. 6.1). Продольная сила N, сжимающая колонну, равна двум реакциям (поперечным силам) от главных балок, опирающихся на колонну сверху: N = 2 Q _max.

Расчетная длина колонны l_ef, зависящая от способа закрепления ее в фундаменте и сопряжения с главной балкой, принимается равной:

l_ef = μl,

где μ – коэффициент расчетной длины колонны, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху: μ = 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ = 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого);

l – геометрическая длина колонны.

Рис. 6.1. Расчетная схема колонны

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхней части. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.

Геометрическая длина колонны (от фундамента до низа главной балки на опоре) равна отметке настила рабочей площадки за вычетом фактической строительной высоты перекрытия, состоящей из высоты главной балки в опорной части h_оп, высоты балки настила h_бн и толщины настила t_н, плюс заглубление базы колонны ниже отметки чистого пола h_ф (принимается 0,6–0,8м):

l = H_н – (h_оп + h_бн + t_н) + h_ф.

При использовании в балочной клетке вспомогательной балки (при поэтажном сопряжении балок) в высоту перекрытия добавляется ее высота h_бв.

Для проектирования приняты колонны, жестко защемленные в фундаменте, с шарнирным верхним узлом. Расчетные длины колонн в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и у-у:

l_x = l_y = 0,7 l.