7391

61

λ ≤ 3,2 при отсутствии местных напряжений в балке с одно-

w

сторонними поясными швами;

λ ≤ 2,5 при наличии местных напряжений в балке с двухсто-

w

ронними поясными швами.

В случае, если условная гибкость λ превышает указанные вы-

w

ше значения, то необходимо выполнить проверку стенки балки на устойчивость по формуле:

где σ,σloc ,τ – напряжения в верхней зоне стенки балки от нагрузки;

σcr ,σloc,cr ,τcr – критические напряжения (предельные) в стенке

балки, определяемые по методике СНиП [2].

Стенку балки укрепляют поперечными ребрами жесткости. Поперечные ребра бывают односторонние и парные. Поперечные ребра жесткости устанавливают, если:

λ≥ 3,2 – при отсутствии подвижной нагрузки на поясе балки;

w

λ≥ 2,2 – при наличии подвижной нагрузки на поясе балки.

w

Расстояние между основными поперечными ребрами не должно

Ширина ребра жесткости определяется по формулам: для парных ребер bh ≥ hef /30 + 40мм ;

для односторонних bh ≥ hef / 24 + 50мм .

Ширина ребер жесткости принимается кратной 5 мм. Толщина ребер жесткости определяется по формуле:

Толщина ребер жесткости окончательно принимается в соответствии с сортаментом листовой стали.

62

ГЛАВА 6. КОЛОННЫ

По статической схеме работы колонны различают центральносжатые и внецентренно сжатые.

6.1. Колонны и стержни, работающие на центральное сжатие

Общая характеристика колонн

Центральносжатые колонны применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т.п. Центральносжатые стержни работают в составе конструктивных элементов и комплексов тяжелых решетчатых ферм и рам, сжатых элементов вантовых систем и т.п.

Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты и состоят из трех частей, определяемых их назначением:

оголовок – часть колонны, на которую опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну;

стержень – основной конструктивный элемент, передающий нагрузку от оголовка к базе;

база – часть колонны, передающая нагрузку от стержня на фундамент.

По статической схеме и характеру нагружения колонны могут быть одноярусные и многоярусные. Колонны и сжатые стержни бывают сплошными или сквозными.

Колонны сплошного сечения

Наиболее традиционное конструктивное решение колонн сплошного сечения приведено на рис. 6.1.

Наиболее распространенные сечения сплошных колонн приведены на рис. 6.2, 6.3.

Обычно сплошные колонны проектируют в виде широкополочного двутавра прокатного или сварного. Сварной двутавр является основным типом сечения сплошных колонн.

Чтобы колонна была равноустойчива, гибкость ее в плоскости оси х должна быть равна гибкости в плоскости оси у, то есть λx = λy .

Гибкости колонны определяются по формулам:

λx = lef ,x /ix , λy = lef ,y /iy .

Для двутаврового сечения ix ≈ 0,43 h , iy ≈ 0,24 b .

Для выполнения условия λx = λy при одинаковых lef ,x = lef ,y не-

обходимо, чтобы b ≈ 2 h . Но такое невозможно. И двутавровые колонны сварного сечения обычно проектируют с параметрами b = h .

64

Рис. 6.2. Сечения сплошных колонн открытого профиля

Рис. 6.3. Сечения сплошных колонн замкнутого профиля

Подбор сечения стержня колонны из прокатного двутавра

1.Задаются гибкостью колонны. Гибкость центральносжатых колонн λ находится, как правило, в диапазоне от 50 до 130, но не более 150.

2.По выбранной гибкости λ по табл. 72 [2] определяют коэффициент продольного изгиба ϕ .

3.Требуемую площадь сечения колонны находят по формуле:

4.По сортаменту выбирают двутавр типа «К», имеющий ближайшее значение площади к требуемой.

5.Для выбранного двутавра из сортамента выписывают значения: A – площадь двутавра, см2;

ix и iy – радиусы инерции сечения относительно осей x и y , см.

6. Определяют гибкости колонны для выбранного сечения двутавра по формулам:

где lef ,x , lef , y – расчетные длины колонны относительно осей x и y , определяемые по формулам lef ,x = µx lx , lef ,y = µy ly ,

65

где µx , µy – коэффициенты приведения длины, учитывающие закрепление колонны на концах;

lx , ly – геометрические длины колонн.

7.По максимальной гибкости λmax (из λx и λy ) по табл. 72 [2] опре-

деляют коэффициент ϕ для выбранного сечения двутавра.

8. Производят проверку устойчивости колонны для выбранного сечения двутавра по формуле:

N γ

ϕc An ≤ Ry γc .

9.В случае невыполнения условия устойчивости увеличивают сечение колонны и переходят к п. 5. В случае значительного запаса при проверке устойчивости уменьшают сечение колонны и переходят так же

кп. 5.

10.Принимают для колонны сечение, удовлетворяющее условию устойчивости (п. 8) с меньшим запасом.

11.Производят проверку принятого сечения колонны по условию предельной гибкости

λmax ≤ [λ].

12.В случае невыполнения условия п. 11 принятое сечение колонны увеличивают. Окончательно для колонны принимают сечение двутавра, удовлетворяющее условиям п. 8 и п. 11 одновременно.

Уколонн прокатного сечения местная устойчивость элементов обеспечена сортаментом. У колонн сварного сечения необходимо выполнить проверку местной устойчивости полок и стенки.

Проверка местной устойчивости полок

Местная устойчивость полок колонны обеспечена, если выполняется условие

где bef , f – свес полки, определяется по формуле:

bef , f = (bf − tw ) / 2 ;

t f – толщина полки;

формуле:

где λ – условная гибкость стержня колонны.

При значениях λ < 0,8 или λ > 4 в формуле следует принимать

λ = 0,8 или λ = 4.

Проверка местной устойчивости стенки колонны

Проверка местной устойчивости стенки колонны производится по формуле:

где λuw – определяется по табл. 27 [2].

Стенку колонны необходимо укреплять поперечными ребрами

Поперечные ребра жесткости устанавливают на расстоянии (2,5− 3) hef одно от другого, но на каждом отправочном элементе не

менее двух. Минимальные размеры поперечных ребер жесткости определяются по формулам для поперечных ребер (см. главу 5).

Колонны сквозного сечения

Наиболее традиционное конструктивное решение колонн сквозного сечения приведено на рис. 6.4.

Наиболее распространенные сечения сквозных колонн приведены на рис. 6.5.

Расстояние между ветвями колонны принимается таким, чтобы расчетные гибкости относительно материальной и свободной осей были близкими по значению (условие равноустойчивости стержня). Минимальное расстояние в свету между ветвями принимается d =100мм , что обеспечивает возможность окраски и проварки элементов изнутри стержня колонны. В колонне от случайных эксцентриси-

67

тетов возникает поперечная сила, которая воспринимается решеткой. Применяют раскосные и безраскосные решетки (см. рис. 6.6).

Рис. 6.4. Колонна сквозного сечения

68

Рис. 6.5. Сечения сквозных колонн

Безраскосная решетка применяется при ширине колонны до 0,8 м. При большей ширине безраскосная решетка нерациональна (слишком тяжела).

Через 3 – 4 м по длине колонны ставятся поперечные диафрагмы жесткости, которые обеспечивают неизменяемость стержня колонны и существенно повышают жесткость колонны на кручение.

Рис. 6.6. Схемы решеток:

а – раскосная; б – безраскосная

Особенности подбора сечения сквозной колонны

Колонны сквозного сечения, также как и колонны сплошного сечения, должны удовлетворять условиям устойчивости и предельной гибкости, которые проверяются по формулам:

Особенностью расчета сквозной колонны является то, что при расчете устойчивости колонны относительно свободной оси (оси, пер-

69

пендикулярной плоскости планок или решеток) учитывается податливость соединительных планок или решеток. Расчет относительно свободной оси производится по гибкости λy,red , которая определяется по

формулам:

– при решетке на планках

– при раскосной решетке

где λy – гибкость стержня колонны относительно оси y (относительно свободной оси);

λ1 – гибкость ветви колонны, определяемая по формуле:

λ1 = lef ,в /iy,в ,

где lef ,в – расчетная длина ветви (расстояние между соединительными планками в чистоте);

iy,в – радиус инерции ветви;

α1 – коэффициент, учитывающий угол наклона к горизонту

где lp – длина раскоса в осях;

b0 – расстояние между ветвями колонны в осях; lв – длина ветви колонны между осями распорок;

A – площадь сечения стержня колонны; Ap – площадь сечения раскосов.

Шаг планок или распорок принимается таким, чтобы гибкость ветви колонны была не более

При проверке устойчивости сквозной центральносжатой колонны коэффициент продольного изгиба ϕ определяется по табл. 72 [2] по

максимальной гибкости из λx и λy,red .