Етапи проектування колон

Література:

Обов'язкова: [2] Клименко Ф.Є. Металеві конструкції:. Львів: Світ 2002 с. 89 - 91.

Додаткова: [1] Чертов І.М. Зварні конструкції: Підручник.- К.: Арістей, 2006. с.259 - 258

Колони, як і балки,— найбільш поширені кон­струкції. Вони призначені для підтримання еле­ментів робочих майданчиків, перекрить, покрі­вель, трубопроводів, естакад, шляхопроводів то­що. Навантаженням для колон є опорні реакції конструкцій, що на них спираються. Далі ці зу­силля найчастіше передаються на фундаменти або, в окремих випадках, на нижче розміщені конструкції.

Центрально стиснуті колони працюють на поздовжню силу, прикла­дену по осі колони, або симетрично щодо її осі, що призводить до рівно­мірного стиску поперечного перерізу. Ексцентрично стиснуті колони, крім осьового стиску від поздовжньої сили, працюють також на вигин від мо­менту (рис.).

Рис.Типи колон

Колона складається з трьох елементів:

оголовника — конструктивного елемента, на який безпосередньо передаються опорні реакції конструкцій, що спираються на колону;

бази — елемента, який передає зусилля ко­лони на бетон фундамента;

стержня — основного конструктивного еле­мента, який передає навантаження з оголовника на базу.

Матеріалом металевих колон найчастіше є сталь. У минулому були поширені чавунні колони. Але маса таких колон велика. Окрім цього, з'єд­нання чавунних колон з іншими конструкціями складне. Алюмінієві сплави застосовують рідко через високу вартість матеріалу і низьку загальну та місцеву стійкість.

Колони розподіляються за конструкцією перерізу стояка - на суцільні і наскрізні (ґратчасті). Суцільними стояками є такі, для яких обидві цен­тральні осі є матеріальними, тобто такими, що перетинають тіло перерізу.

Найдешевшими є колони з прокатних широко-поличкових двотаврів (рис. а), ширина пе­рерізу яких наближена до висоти. Звичайні двотаври невигідні, тому що мала ширина перерізу спричиняє їх низьку стійкість у площині, пара­лельній поличкам.

При великих навантаженнях (5000 кН і біль­ше) доцільні складені суцільні перерізи. Найпрос­тіші й економічніші зварні двотаври (рис. б), які виготовляють на потокових високомеханізо-ваних та автоматизованих лініях.

Рис. Поширені типи перерізів суцільних колон.

Менш економічно вигідними за витратами ме­талу, але простішими у виготовленні (особливо в умовах будівельного майданчика) є колони з про­катних профілів (рис. в). Але через обме­женість сортаменту вони мають відносно невели­ку несучу здатність. З прокатних профілів мо­жуть компонуватися як відкриті, так і замкнені перерізи. Колони замкненого перерізу мають кра­щий зовнішній вигляд і близьку чи рівну загальну стійкість у всіх напрямках. Але їхні внутрішні поверхні недоступні для огляду і захисту від ко­розії. Тому при підвищеній агресивності зовніш­нього середовища внутрішній об'єм таких колон треба герметизувати, що найпростіше виконати у колонах з труб (рис. г), але приєднання до них інших конструкцій є складним.

При великих навантаженнях і малих розра­хункових довжинах і розмірах перерізу (напри­клад, колони багатоповерхових висотних буді­вель) застосовують суцільні прямокутні перерізи, набрані з окремих листів, зварених між собою (рис. д).

Легкі колони під невеликі навантаження мо­жуть бути виконані з гнутих профілів (рис. є).

Наскрізними стояками вважаються такі стояки, для яких хоча б одна центральна вісь не є матеріальною, тобто вільною, що не перетинає тіло перерізу.

Стержень наскрізної колони складається з окре­мих гілок, з'єднаних між собою за допомогою планок чи решіток. Використовують такі колони при відносно невеликих навантажен­нях (до 5000...6000 кН) і значній висоті, коли ви­моги до жорсткості високі. Порівняно з суціль­ними вони вимагають більших витрат праці на виготовлення.

Прозір між вітками приймають, виходячи з умови стійкості, але не меншим за 100...150 мм, щоб забезпечити вільний доступ до внутрішніх поверхонь для їхнього очищення і нанесення ан­тикорозійних захисних покрить.

Спільна робота окремих гілок перерізу забеспечується решітками чи планками. Схему ґраток найчастіше приймають трикутною чи трикутною з проміжними стояками. Широко використовують і безрозкісне рішення у вигляді планок. З'єднання з допомогою решіток має більшу жорсткість, але трудомісткіше у виконанні. Безрозкісне з'єднання планками простіше у виготовленні і естетичніше. Воно найчастіше використовується у відносно не­великих колонах із зусиллями до 2000...3000 кН і незначною висотою. Розкісні решітки стають вигіднішими при великих відстанях між вітками колони Ь > 800...1000 мм, коли план­ки дуже громіздкі.

Для підвищення жорсткості колон на скручу­вання від випадкових дій і впливів при виготов­ленні та під час монтажу і збереження незмін­ності контуру у наскрізних колонах передбачають діафрагми через 3...4 м по висоті.

Відносно матеріальної осі х — х переріз розгля­дають як суцільний. На гнучкість стержня пер­пендикулярно до вільної осі у — у значно впливає деформативність з'єднувальних елементів — пла­нок чи решіток. Добір перерізу

Проектування центральностиснутого стояка колон потребує розв'я­зання таких етапів:

• вибір матеріалу;

• складання розрахункової схеми та визначення внутрішніх зусиль;

• визначення потрібної площі перерізу стояка;

• конструювання перерізу;

• визначення гнучкості стояка;

• перевірка міцності і стійкості стояка;

• конструювання зварних з'єднань.

наскрізної колони починають з умови забезпечення стійкості віднос­но матеріальної осі. Виконують його аналогічно суцільним перерізам.