Экзаменационный билет № 8

1. Металлические колонны, область их применения. Виды колонн в зависимости от схемы приложения нагрузки. Основные части колонны, их назначение. И 2 вместе

2. Классификация металлических колонн по типу сечения и конструкции стержня, способу изготовления. Конструкция базы колонны.

В металлических конструкциях широко применяются работающие на центральное сжатие колонны или стержни, входящие в состав конструктивных комплексов.

Центрально-сжатые стержни (колонны) (рис.8.1,а) применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, на рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т.п.

Центрально-сжатые стержни также работают в составе конструктивных элементов и комплексов тяжелых решетчатых ферм и рам (рис. 8.1,б).

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

оголовка, на который опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну;

стержня – основного конструктивного элемента, передающего нагрузку от оголовка к базе;

базы, передающей нагрузку от стержня на фундамент (рис. 8.1,а).

Расчет и конструирование основного элемента центрально-сжатых колонн и стержней производятся одинаково.

Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными. Применять алюминиевые сплавы в сжатых стержнях, как правило, нерационально из-за плохой работы сплавов на продольный изгиб вследствие низкого модуля упругости.

Хорошо работают на центральное сжатие и экономны по затрате металла трубобетонные колонны, стержень которых состоит из стальной трубы, заполненной бетоном. Однако большого распространения эти колонны не получили из-за сложности плотности заполнения труб бетоном.

По статической схеме и характеру нагружения колонны могут быть одноярусными и многоярусными. Колонны и сжатые стержни бывают сплошными или сквозными.Сплошные колонны

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочногодвутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых конструкций. Различные типы сечений сплошных колонн показаны на рис. 2 и 3.

Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость ее в плоскости оси x должна быть равна гибкости в плоскости оси у, т.е. _х=_у или l_x=l_у и i_x = i_y.

Сварные колонны, состоящие из трех листов (рис. 8.2,б), достаточно экономичны по затрате материала, так как могут иметь развитое сечение, обеспечивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн. Автоматическая сварка обеспечивает дешевый индустриальный способ изготовления таких колонн.

Простыми, но ограниченными по площади и менее экономичными по расходу стали получаются колонны из трех прокатных профилей (рис. 8.2,е). Весьма рациональны колонны трубчатого сечения (рис. 8.3,а).

Сварка дает возможность получить колонны замкнутого сечения и других типов, например из двух швеллеров (рис. 8.3,б), которые при больших нагрузках могут быть усилены листами (рис. 8.3,в), или из уголков (рис. 8.3,г). Экономичное сечение легкой колонны может быть получено из тонкостенных гнутых профилей (рис. 8.3,д).

Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустойчивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относятся недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать коррозии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги.

При заполнении стальной трубы бетоном получается эффективная комплексная конструкция (трубобетонная). В этих условиях работы прочность бетона при сжатии значительно, увеличивается, исключаются потери местной устойчивости трубы и коррозия ее внутренней поверхности.

 Сквозные колонны

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками (рис. 8.4,а–в). Ось, пересекающая ветви, называется материальной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь (рис. 8.4,а), так как в этом в случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны. Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или сварных двутавров (рис. 8.4,в).

Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэтому их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных решетками в четырех плоскостях (рис.8.4,г).

При трубчатом сечении ветвей возможны трехгранные стержни (рис. 8.4,д), достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов (рис. 8.5,а), из раскосов и распорок (рис. 8.5,б) и безраскосного типа в виде планок (рис. 8.5,в)

3. Задача. Определить несущую способность центрально - сжатой колонны по устойчивости, изготовленной из прокатного двутавра № 12, γ_с= 1, γ_n= 0,95, материал - сталь марки С245, расчетная длинна l_eff = 440 см.