Конструкция и особенности работы металлических сквозных колонн. Приведенная гибкость сквозных стержней

Колонны состоят из трех основных частей, выполняющих опреде­ленную функцию: оголовка, стержня и базы — башмака (рис. 29.1). Ко­лонны выполняют сплошными или сквозными. Сплошные колонны ча­сто имеют составное двутавровое сечение (рис. 29.1, а).

Сквозные колонны состоят чаще всего из двух ветвей (рис. 29.1, б, в). Ветви сквозных колонн проектируют из швеллеров или двутавров. База колонны (рис. 29.1, г, д,ё) включает опорную плиту, траверсы, ребра жесткости и анкерные болты.

Оголовки колонн состоят из опорных плит, центрирующих пластин и ребер жесткости (рис. 29.1, я, б, в). Горизонтальный опорный лист оголовка подкрепляют ребрами жесткости, которые одновременно спо­собствуют включению в работу всего расчетного сечения колонны. Для центрирования нагрузки к опорному листу приваривают центрирующие пластины, ширина которых не превышает 100 мм.

Прочность и устойчивость колонн проверяют по формулам

(29.1)

(29.2)

где N— расчетное усилие, равное сумме опорных давлений балок, опи­рающихся на колонну; (φ — коэффициент продольного изгиба, определя­емый по формулам (28.12) — (28.14) или по табл. 72 [20] в зависимости от большей из гибкостей: λ_x=l_x/i_x и λ_y=l_y/i_y; l_хиl_у — расчетные длины колонны.

Учитывая, что балки свободно опираются на колонны и соединение базы с фундаментом за счет изгиба опорной плиты не создает защемле­ния, концы колонны считаются шарнирно закрепленными. При этих ус­ловиях l_x=l_y=H, где Н— высота колонны. Гибкость колонны не должна превышать предел гибкости

[λ]=180-160α (29.3)

где α=N/(φAR_yγ_c)- коэффициент, принимаемый не менее 0,5.

Прочность и устойчивость сквозных колонн (рис. 29.1,6, в) проверя­ют по формулам (29.1) и (29.2).

При проверке устойчивости колонны в плоскости, параллельной плос­кости расположения решеток или планок, пользуются приведенной гиб­костью, определяемой

а)для колонн с решетками

(29.7)

где λ_x=l_х/i_х — гибкость относительно оси x, определяемая как для колон­ны со сплошным сечением; А — общая площадь сечения ветвей колон­ны; A_d — площадь сечения двух раскосов решетки; а₁ — коэффициент, принимаемый в зависимости от угла наклона решетки α (рис. 29.1, б):

(29.8)

б) для колонн с планками по формулам

(29.9)

(29.10)

где λ_x=l_х/i_х; — радиус инерции, определяемый как для сплошного сечения; λ₁=l₁/i₁ — гибкость ветви колонны (рис. 29.1, в);l₁ — расстояние между планками; —радиус инерции сече­ния одной ветви; J_s— момент инерции сечения планки (рис. 29.1, в, сечение 1-1); n= J₁c/(J_sl).

Устойчивость колонны в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения решеток и планок, проверяют так же, как и для сплошных колонн (так называемая устойчивость относительно материальной оси «у» — эта ось называется материальной, так как она проходит через мате­риал ветвей колонны, ось «х» называется свободной, поскольку она не проходит через материал ветвей колонны). Гибкость колонны не должна превышать величины, определяемой по формуле (29.3).

Планку рассчитывают как элемент безраскосной фермы на срезыва­ющую силу, определяемую по формуле

(29.11)

где Q_fic – условная поперечная сила, определяемая по формуле

(29.12)

Чтобы подобрать поперечное сечение колонны с решетками, опреде­ляют требуемую площадь одной ветви из условия устойчивости в плос­кости, перпендикулярной плоскости расположения решеток (иначе гово­ря, относительно материальной оси):

Значение коэффициента φ в качестве первого приближения прини­мают 0,75. Вычислив требуемую площадь сечения ветви и определив по сортаменту номер профиля, устанавливают его радиус инерции относи­тельно материальной оси, определяют гибкость стержня λу, коэффици­ент продольного изгиба и проверяют колонну на устойчивость по форму­ле (29.2). В зависимости от результата этой проверки изменяют приня­тое сечение в большую или меньшую сторону.

Расстояние с между осями ветвей сечения колонны должно быть выбрано так, чтобы соблюдалось условие

(29.17)

Размер с может быть найден следующим образом. Из (29.17) для колонн на планках

(29.18)

откуда

(29.19)

Гибкость ветви λ₁ назначают в пределах 30—40, а затем обеспечива­ют ее реализацию путем соответствующего выбора расстояния между планками l ₁ (рис. 25.1, в):

(29.20)

где i₁ — радиус инерции сечения ветви относительно оси 1 (рис. 29.1, б).

При раскосной решетке можно принять λ_х≈λу или, если предвари­тельно назначить сечение раскосов, более точно из (29.7) и (29.17)

(29.21)

Определив требуемую гибкость относительно свободной оси «х», можно установить, какой должен быть радиус инерции относительно этой оси и далее найти расстояние между ветвями и далее найти расстояние между ветвями

(29.22)

Это расстояние нужно согласовать с конструктивным ограничением величины зазора в свету между ветвями — не менее 100 мм для возмож­ности очистки и окраски внутренних поверхностей конструкции — и при необходимости увеличить его.