1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки.
1.1. Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки.
1.1.1. Балочная клетка нормального типа (1 вариант).
1.1.2. Балочная клетка усложненного типа (2 вариант).
1.1.3. Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки.
1.2. Конструирование и расчет главной балки.
2. Работа расчёт и конструирование колонны.
3.1. Стержень колонны.
3.2. Оголовок колонны.
3.3. База колонны.
Цель данного учебно-методического пособия – сформировать у студентов, будущих специалистов-строителей, понимание работы, расчета и конструирования центрально-сжатых сплошных колонн рабочих площадок.
В этой связи в пособии ставятся следующие задачи:
– раскрыть специфику работы, расчета и конструирования стержней центрально-сжатых колонн;
– изложить особенности работы, расчета и конструирования оголовков;
– изложить особенности работы, расчета и конструирования шарнирных баз.
В результате выполнения раздела 2 курсового проекта студент должен:
– понимать работу стальных колонн;
– знать особенности проектирования отдельных их частей;
– уметь работать с нормативной технической литературой.
1. Типы колонн
Колонны представляют собой вертикально расположенные стержневые элементы, по которым нагрузка от вышележащих конструкций передается на фундаменты [3, рис. 16–22].
Различают три основные части колонн: оголовок – верхнюю часть, являющуюся опорой для вышележащих конструкций; стержень – основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз, и базу (башмак) – нижнюю часть, распределяющую сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента (рис.1). Конструктивные особенности оголовков и баз определяют характер закрепления верхних и нижних концов колонн, которые могут быть шарнирные и жесткие.
В зависимости от характера приложения нагрузки различают центрально- и внецентренно-сжатые колонны. Центрально-сжатые колонны работают на осевую нагрузку, то есть продольную силу, действующую по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения (рис. 1). Внецентренно-сжатые колонны кроме сжатия работают также на изгиб от момента. Изгибающие моменты будут появляться в случае приложения продольной силы не к центру тяжести сечения или в случае приложения к стержню еще и поперечных нагрузок.
Колонны различают также по следующим признакам: по типу – с постоянным и переменным по высоте сечением; по способу изготовления – сварные и клепаные; по конструкции сечения – сплошные [3, рис.16–18] и сквозные [3, рис.19–22].
2. Сплошные центрально-сжатые колонны
В центрально-сжатых колоннах рабочих площадок нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны (рис. 1,а), либо симметрично относительно оси стержня, создавая уравновешивающиеся моменты (рис. 1,б).
Рис. 1. Центрально-сжатые сплошные колонны
Стержень сплошной колонны образуется из одного или нескольких прокатных профилей или листов, соединенных обычно на сварке. Типы сечений сплошных колонн показаны на рис. 2.
Наиболее рациональным с точки зрения работы материала является трубчатое сечение (рис. 2,а), которое, однако, мало применяется вследствие относительной дефицитности труб и относительной сложности сопряжений с балками.
Основным сечением сплошных центрально-сжатых колонн является сварной двутавр, составленный из трех листов (рис. 2,б). Поверхности такого двутавра доступны, что упрощает конструкцию сопряжений с примыкающими элементами. Сборка такого двутавра целесообразна с применением автоматической сварки, что не позволяет выполнить полностью условие равноустойчивости.
Одиночный прокатный двутавр с уклоном внутренних граней полок по ГОСТ 8239–89 (рис. 2,в) редко применяется в качестве сжатого элемента вследствие значительной разницы в моментах инерции Ix и Iy. Он может применяться как самостоятельное сечение только в колоннах, раскрепленных по высоте в плоскости, перпендикулярной оси «y». В противном случае требуется усиление листами (рис. 2,г), швеллерами (рис. 2,е) или двутаврами (рис. 2,ж).
Рис. 2. Сечения центрально-сжатых сплошных колонн
Прокатный колонный двутавр с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020–83 (рис. 2,д) может применяться в качестве стержня колонны при относительно небольших нагрузках и высотах.