Размещение колонн. Связи.
Предпочтителен квадратный или прямоугольный план. Колонны должны образовывать стандартные ячейки. Количество типоразмеров элементов должно быть минимальным. Расстояние между колоннами определяет расход стали на каркас. С увеличение шага вес колонн снижается, а балок – повышается, с уменьшением шага наоборот. Величина оптимального шага колонн уменьшается с уменьшением высоты здания. Если здание 30 - 40 этажей, то шаг колонн 4 - 6 м, так как ветровые нагрузки действуют в любом направлении, то для пространственной жесткости нужны связи, которые предотвращают скручивание. Связевые фермы располагаются вдоль и поперек симметрично главной оси здания, если связи несимметричны, то здание будет закручивать. Поперечные связи наиболее важные.
Связи с раскосной решеткой.
Эти связи наиболее распространенные, испытывают небольшие усилия сжатия от укорачивания колонн под разгрузкой.
Крестовые связи.
Эти связи наиболее жесткие, применяются в глухих стеновых панелях. Раскосы решетки получают дополнительные усилия от сжатия колонн:
,
– напряжение сжатия в колонне.
Ромбическая решетка.
Ромбическая решетка имеет много узлов, вызывает прогиб колонны.
Неполные раскосы.
Неполные раскосы образуют рамную систему, вызывая дополнительный изгибочный момент в ригелях и колонне.
Колонны многоэтажных зданий.
Свободная длина колонны в пределах этажа 3 - 4м. Нагрузки достигают несколько тысяч тонн, поэтому требуется большая площадь сечения. Коэффициент предельного изгиба близок к 1, поэтому устойчивость колонны всегда обеспечена.
Типы сечений:
Достоинства: максимальная компактность, большая несущая способность, удобство примыкания балок.
Если усилия небольшие (4000 - 5000 кН), то можно применять уголки, сваренные по перу.
Чтобы сечение было более устойчиво:
В совсем легких колоннах можно применять:
Колонны стыкуются через два этажа. Стыки на 0,5 .. 1 м выше уровня перекрытия.
Если в колоннах с рамными связами в стыке возможно появления растягивания напряжения, то одних стяжных болтов недостаточно, стык перекрывается накладками.
Базы колонн с фрезерованными торцами.
База колонн под большие усилия.
Балки.
Образуют балочную клетку. Балки по осям колонн работают на момент от вертикальных и горизонтальных нагрузок. Наиболее часто применяют двутавровые балки, прокатные или сварные. Строительная высота между этажами перекрытия 350..400 мм. Проектируют мощные сварные балки небольшой высоты, если прокатные выходят за предел строительной высоты. При небольших нагрузках и значительных пролетах для балок, поддерживающих настил, можно применять легкие решетчатые сечения. Сопряжение балок с колонной может быть:
шарнирным:
жестким:
В стенках колонн двутаврового сечения в узле жесткого сопряжения возникает сложное напряженное состояние, поэтому необходимо проверять приведенное напряжение.
.
Величина касательного напряжения в стенке колонны:
