Тема: колонны и стержни, работающие на центральное сжатие.

Центральносжатые колонны применяются для поддержания перекрытий и покрытия зданий, в рабочих площадках, путепроводах, эстакадах и т.д.

Центрально сжатые стержни работают в составе конструктивных элементов и тяжелых решетчатых ферм и рам.

Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции, на фундаменты и состоит из 3 частей, определяющих их назначение.

****

Расчет и конструирование основного элемента центральных колонн производится одинаково. Колонны бывают сплошные и сквозные.

Сплошные колонны. Обычное сечение проектируют в виде широкополочного двутавра. Что бы колонна была равноустойчивой в плоскостях осей Х и У гибкости должны быть равны:

, где

Сквозные колонны. Стержень сквозной центрально сжатой колонны состоит из 2 ветвей: швеллер двутавров, связанных между собой решеткой. Ось, пересекающая ветви называется материальной.

Расстояние между ветвями устанавливается между устойчивыми стержнями. Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить палками во внутрь.

В сквозных колоннах из 2 ветвей необходимо обеспечивать зазор между колоннами 100-150 мм.

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Принимаются решетки из раскосов и распорок.

****

Если расстояние между ветвями 0,8 м и более, то элементы безраскосной решетки получатся тяжелыми.

Выбор расчетной схемы.

Расчетная схема колонны определяется способом распределения в фундаменте, а так же способом прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну. Соединение балок с фундаментом может быть жестким или шарнирным, а база колонны имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте. При расчете легких колонн соединение с фундаментом с учетом запаса прочности чаще всего принимают шарнирным. При одноярусных колоннах балки или другие поддерживаемые конструкции могут опираться на колонну сверху. Помимо четкости центральной передачи такое соединение при защемленных внизу колоннах удобно для монтажа, при этом колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Тогда при жестком закреплении колонны в фундаменте расчетная длина колонны принимается равной 0,7l, а при шарнирном – l, где l - геометрическая длина колонны от фундамента до низа балок.

***

Более жестким является присоединение балочной конструкции к колонне сбоку. 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. Прежде всего надо решить, принимать ли колонну сплошной или сквозной. Максимально возможная расчетная нагрузка для сквозных колонн из двух швеллеров составляет 2700 - 3500 кН, для колонн из двух двутавров - 5500 - 5600 кН. При значительных нагрузках сквозные колонны получаются сложными в изготовлении, более рациональными оказываются сплошные колонны.

Подбор сечения сплошной колонны.

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

, где

N- расчетное усилие в колонне,

- коэффициент устойчивости при центральном сжатии(таблица Д1, зависит от условий гибкости).

Подбор сечения сквозной колонны.

***

Базы колонн.

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При шарнирном сопряжении база при действии случайных моментов должна иметь возможность некоторого поворота относительно фундамента, при жестком сопряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота.По конструктивному решению базы могут быть с траверсой, с фрезерованным торцом и с шарнирным устройством в виде центрирующей плиты:

***

При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000-5000 кН) чаще применяются базы с траверсами. Траверса воспринимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фундамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы. В легких колоннах роль траверсы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню колонны и опорной плите. В колоннах с большими расчетными усилиями (6000 - 10000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае траэерса и ребра отсутствуют и плита, чтобы равномерно передать нагрузку на фундамент, должна иметь значительную толщину. Конструкция базы с фрезерованным торцом значительно проще и в этом случае позволяет вести монтаж более простым, безвыверочным способом.

Базы с шарнирным устройством четко отвечают расчетной схеме, но из-за большей сложности монтажа в колоннах применяются редко.