11. Типы центрально-сжатых сплошных колонн, их конструирование и расчет

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых конструкций.

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

При одноярусных колоннах балки или другие поддерживаемые конст­рукции могут опираться на колонну сверху. Помимо четкости центральной передачи нагрузки такое соединение при защемленных внизу колоннах удобно для монтажа, при этом колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце.

Подбор сечения и конструктивное оформление стержня колонны

Сплошностенчатые колонны. Задавшись типом сечения колонны, определяем требуемую площадь сечения по формуле:

N – расчетное усилие в колонне, γ_с – к-т условий работы.

Чтобы предварительно определить коэффициент φ, за­даемся гибкостью колонны λ=l_ef/i.

Для сплошных колонн с расчетной нагрузкой до 1500—2500 кН и длиной 5—6 м можно задаться гибкостью λ= 100—70, для более мощных колонн с нагрузкой 2500—400 кН можно принять λ= 70—50. Задавшись гибко­стью λ и найдя соответствующий коэффициент φ, определяем в пер­вом приближении требуемую площадь и требуемый радиус инерции, соответствующий заданной гибкости:

Значение коэффициента φ вычисляют для типов кривой устойчивости а, b и с по формуле:

λ – условная гибкость.

Зависимость радиуса инерции от типа сечения приближенно выражается формулами:

h и b – ширина и высота сечения; k₁ и k₂ – к-ты для определения соответствующих радиусов инерции.

Отсюда определяют требуемые генеральные размеры сечения:

Установив генеральные размеры сечения b и h, подбирают толщину по­ясных листов (полок) и стенки исходя из требуемой площади колонны Атр и условии местной устойчивости. Отношения ширины элементов сечения (полок, стенки) к их толщине подбирают так, чтобы они были меньше предельных соотношений, устанавливаемых с точки зрения равнопрочности стержня в целом и его элементов.

После окончательного подбора сечения его проверяют, определяя фак­тическое напряжение:

При этом коэффициент φ_min берут по действительной наибольшей гибкости, для вычисления которой на­ходят фактический момент инерции и радиус инерции принятого сечения колонны

При незначительных усилиях в колонне ее сечение подбирают при пре­дельной гибкости λ, установленной нормами, для чего определяют мини­мально возможный радиус инерции i_min=l_ef / λ_max и, установив по нему наименьшие размеры сечения:

окончательно подбирают сечение по конструктивным соображениям исходя из наименьшей возможной толщины элемента (по условиям местной устой­чивости элементов).

Соединения пояса со стенкой в центрально сжатом элементе составного сплошного сечения следует рассчитывать на сдвиг от условной поперечной силы Qfic, определяемой по формуле:

N – продольное усилие в стержне; φ – к-т устойчивости при центральном сжатии.

В колоннах, работающих на центральное сжатие, сдвигающие усилия между стенкой и поясами незначительны, так как поперечная сила, возни­кающая от случайных воздействий, невелика. Поэтому поясные швы в ко­лоннах принимаются конструктивно в зависимости от марки стали и толщины свариваемых элементов.