Колонны, их классификация

Колонны одноэтажных зданий могут быть классифицированы в зависимости от характера изменения поперечного сечения по длине, характера конструкции, видa соединений заводских элементов и конструктивной схемы. Колонны бывают с постоянным сечением я с переменным — ступенчатые. Колонны с постоянным сечением рекомендуется применять в зда-ниях без мостовых кранов, в зданиях с кранами грузоподъемностью до 10 т включительно (с опиранием подкрановых балок на консоли колонн), для отдельных ветвей колонн раздельного типа, во всех случаях, когда колонны могут быть выполнены из одного прокатного профиля, и для рабочих площадок. В остальных случаях, как правило, применяются ступенчатые колонны.

По характеру конструкции различают колонны сплошные, имеющие сплошную стенку между поясами, и сквозные, в которых пояса ветвей соединены друг с другом решеткой или планками. Сплошные колонны рекомендуется применять при центральном сжатии или при очень малых эксцентрицитетах продольной силы в случаях, когда площадь сечения стен-ки может быть достаточно полно использована для работы на эту силу, а также при любых силовых воздействиях, когда высота сечений колонн ограничена (порядка 600—800 мм). В остальных случаях рекомендуется проектировать сквозные колонны, которые более экономичны по затрате металла, однако трудоемкость их изготовления несколько больше, чем сплошных, в особенности при применении автоматической сварки. Широкое применение имеют также колонны смешанно-го типа, в которых верхние (надкрановые) участки, вследствие ограниченных габаритов, выполняются сплошными, а нижние — сквозными. К колоннам такого типа относится большинство ступенчатых колонн одноэтажных промышленных зданий.

61. Общая и местная устойчивости металлокон­струкций

Местная устойчивость. Вследствие высокой прочности металла требуемая площадь поперечного сечения конструкции мала. Для более эффективного использования высокопрочного материала в сжатых стержнях необходимо увеличивать габаритные размеры поперечного сечения, что приводит к уменьшению толщин элементов, составляющих стержень (стенки, пояса). При этом возникает опасность потери местной устойчивости тонкостенных элементов раньше, чем конструкция потеряет несущую способность от исчерпания прочности материала, либо потери общей устойчивости. Потеря местной устойчивости сопровождается выпучиванием тонких пластин, вследствие чего они частично или полностью выключаются из работы на сжатие. Сечение ослабляется, изменяется форма его рабочей части, смещаются центр тяжести и центр изгиба. Это приводит к возникновению дополнительного изгиба и к закручиванию. В результате стержень теряет общую устойчивость. В соответствии с напряженным состоянием конструкции составляющие ее элементы (тонкие пластины) могут терять устойчивость от нормальных напряжений (пояса и стенка колонн и балок), от касательных напряжений (опорная панель стенки балки) и от совместного действия тех и других. Для повышения сопротивления пластин выпучиванию необходимо либо увеличивать их толщину, либо подкреплять ребрами жесткости, поставленными перпендикулярно плоскости пластины. В последнем случае тонкая пластина расчленяеется ребрами на мелкие отсеки, обладающие- большей устойчивостью. При решении задач местной устойчивости полагают, что отдельные элементы, составляющие стержень, работают как пластинки, соединенные между собой шарнирными, жесткими либо упругоподатливыми связями в зависимости от конкретных условий. Критическое состояние таких пластин характеризуется равенством вариаций работ внутренних и внешних сил на возможном перемещении SAi = SAe.

Общая устойчивость. В результате потери общей устойчивости из строя выходят изгибаемые элементы. Если происходит потеря устойчивости изгибаемого элемента (при расположении нагрузки в плоскости главной оси инерции), то изначально он изгибается в своей плоскости, а после (во время достижения нагрузкой критического значения) происходит его закручивание и он выходит из плоскости Для балок симметричного сечения определение критического значения нагрузкивозможно при приведении действующей нагрузки к одной эквивалентной сосредоточенной силе Р, которая приложена к середине пролета. Критическое значение силы Р вычисляют из условий равенства приращения работы внешних сил на случайных отклонениях балки из плоскости изгиба и приращений работы, благодаря которым получаются внутренние напряжения.

62. Расчет общей устойчивости центрально-сжа­той колонны.

Расчетная схема колонны. Расчетная длина колонны l_ef с учетом способов закрепления колонны в фундаменте и сопряжения ее с балкой, примыкающей в верхней части, принимается равной:

l_ef = μl, где l – геометрическая длина колонны; μ – коэффициент расчетной длины, 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).

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. 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.

Расчет на устойчивость колонны при центральном сжатии выполняют по формуле

где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, принимаемый по условной гибкости для различных типов кривых устойчивости (См. также 5 или 6 вопросы)

63.Расчет центрально-растянутых элементов.

При расчете на прочность центрально-растянутых железобетонных элементов учитывается, что в бетоне появляются нормальные к продольной оси трещины и все усилие воспринимается продольной арматурой.

Расчет внецентренно растянутых элементов при малых эксцентриситетах. Если сила N не выходит за границы, очерченные арматурой As и A's, с появлением трещины бетон полностью выключается из работы и продольное усилие воспринимается арматурой As и Л. Расчет внецентренно растянутых элементов при больших эксцентриситетах. Если сила N выходит за пределы арматуры As, то в элементе появляется сжатая зона бетона. Для здания, сооружения, а также основания или отдельных конструкций предельными называются такие состояния, при которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении. Строительные конструкции рассчитывают по двум группам предельных состояний. Расчет по первой группе предельных состояний (по пригодности к эксплуатации) обеспечивает требуемую несущую способность конструкции – прочность, устойчивость и выносливость. К предельным состояниям первой группы относят: общую потерю устойчивости формы, потерю устойчивости положения, хрупкое, вязкое или иного характера разрушение, разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды и др. Расчет по второй группе предельных состояний (по пригодности к нормальной эксплуатации) производится для конструкций, величина деформаций (перемещений) которых может ограничить возможность их эксплуатации. Кроме того, если по условиям эксплуатации сооружения образование трещин недопустимо то производят расчет по образованию трещин. Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям имеет своей целью не допустить наступления ни одного из предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании) при их эксплуатации в течение всего срока службы, а также при их возведении. Идея расчета конструкций по первому предельному состоянию может быть сформулирована следующим образом: максимально возможное силовое воздействие на конструкцию от внешних нагрузок или воздействий в сечении элемента – N не должно превышать его минимальной расчетной несущей способности Ф: N<Ф {R; A}, где R – расчетное сопротивление материала; А – геометрический фактор. Второе предельное состояние для всех строительных конструкций определяется величинами предельных деформаций, при превышении которых нормальная эксплуатация конструкций становится невозможной. (См также 4 или 5 вопросы)

64Расчет местной устойчивости колонны. Как устанавливаются ребра жесткости в сплошных колоннах?

Поперечные ребра жесткости должны быть установлены над опорами и в местах передачи сосредоточенных сил. Установкой указанных ребер можно ограничиться без проверки расчетом местной устойчивости, если толщина стенки изгибаемой балки не менее Vso К где h — расчетная высота стенки, равная при сварной конструкции — полной высоте стенки, при клепаной конструкции — расстоянию между ближайшими к оси стенки рисками поясных уголков.
При толщине стенки из углеродистой стали менее 1koh, помимо указанных выше ребер жесткости, устанавливаются дополнительно промежуточные поперечные ребра жесткости. Максимально допустимые расстояния между смежными поперечными ребрами жесткости уточняются расчетом местной устойчивости. Высокие балки с тонкими стенками укрепляются также продольными ребрами жесткости. При установке одного продольного ребра расстояние его от сжатого пояса рекомендуется назначать равным (0,20—0,25) h.В случае установки двух или трех продольных ребер жесткости первое ребро рекомендуется размещать на расстоянии (0,15—0,20)/i, а второе ребро — на расстоянии (0,40—0,50) h от сжатого пояса. Третье ребро размещают обычно в растянутой зоне стенки для увеличения критического касательного напряжения.Ширина выступающей части парного симметричного ребра при наличии одних поперечных ребер жесткости должна быть с каждой стороны стенки не менее Ь 40 мм, где h в мм.Когда ребра располагают с одной стороны стенки, момент инерции вычисляют относительно оси, совпадающей с ближайшей к ребру гранью стенки. Толщина ребра должна быть не менее Vis ширины выступа и не менее 10 мм.При отсутствии горизонтального листа в верхнем поясе клепаной балки и опирании на этот пояс мостовых брусьев выступающие части поперечных ребер жесткости должны быть пригнаны к горизонтальным полкам поясных уголков.При нормировании местной устойчивости поясов и стенок колонн исходят из условия равноустойчивости пластин, составляющих колонну, и всей колонны в целом. (См также вопросы 6 или 9)

66 Как рассчитываются элементы соединительной решетки сквоз­ных колонн?

Определяем условную поперечную силу Q_fic согласно формуле

,

Определяем усилия в планках по формулам Q_s = Q_fic/2 =20,75 / 2 = 10,38 кН;;

.

Прочность шва проверяем по формуле

,
Прочность сварных швов, необходимых для крепления планок к ветвям, обеспечена. Заведомо обеспечена и прочность планок