Проектирование центрально-сжатых сплошных колонн. Методика подбора сечения сплошных колонн.

Колоннами называют элементы конструктивных комплексов, передающие нагрузку от вышележащих конструкций на фундаменты и работающие при этом на сжатие. В их состав входят оголовок, стержень, база. Оголовок воспринимает нагрузку от вышележащих конструкций и распределяет ее по сечению стержня. Стержень передает нагрузку на базу. База распределяет нагрузку на необходимую площадь фундамента и позволяет прикрепить колонну к нему (рис. 11.1).

Концы колонн могут быть закреплены жестко, шарнирно или быть свободны.

Жесткое крепление базы к массивному фундаменту осуществляется с помощью анкерных болтов. Это удобно при монтаже, так как не нужны временные крепления колонны, уменьшается гибкость и улучшается использование стали. Жесткое крепление верхнего конца колонны к вышележащей конструкции требует от нее большой жесткости, усложняет узел и поэтому может не учитываться (считается шарнирным).

 

Для других способов закрепления колонн и приложения нагрузки коэффициенты m приводятся в [5, табл. 28].

Стержни колонн могут быть цельными и составными. Цельные стержни выполняются из одного профиля, составные – из нескольких профилей или листов. Цельные стержни центрально-сжатых стальных колонн могут выполняться из двутавров обыкновенных и с параллельными гранями полок типов Б, Ш, К и труб. Обыкновенные двутавры, а также типы Б и Ш имеют небольшой радиус инерции относительно оси у и ограниченную площадь поперечного сечения, что сужает область их применения. В двутаврах типа К эти недостатки в значительной мере устранены, тем не менее их размеры и сечения ограничены стандартом, и сечение это неравноустойчивое в разных направлениях. По геометрическим характеристикам трубчатое сечение близко к идеалу при равных расчетных длинах в разных направлениях, но примыкание балок к колоннам сбоку усложняет конструкцию. Сечения цельных стержней колонн приведены на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Сечения цельных стержней колонн: а – из обыкновенных двутавров; б – из двутавров с параллель­ными гранями полок типа К; в – из труб

Составные сечения стержней центрально-сжатых колонн могут иметь связь между отдельными частями по всей длине (со сплошной стенкой) или в отдельных точках (сквозные). Наиболее распространенные сечения составных стержней колонн со сплошной стенкой приведены на рис. 11.4. Сечения могут быть достаточно большими, но их радиус инерции может расти только вместе с площадью сечения. При использовании прокатных профилей (рис. 11.4, а и б) радиус инерции составного сечения ограничен возможностями прокатных профилей. Использованию тонких листов (рис. 11.4, в и г) для уменьшения площади препятствует потеря местной устойчивости частями сечения.

В сквозных стержнях колонн связь между отдельными частями сечения – ветвями – осуществляется в отдельных точках, с использованием раскосной или безраскосной решеток. Сечения из двух двутавров, обыкновенных или с параллельными гранями полок типа Б, двух швеллеров или четырех уголков, наиболее часто применяемые в стальных конструкциях, приведе­ны на рис. 11.5, а, б, в соответственно.

Сквозные сечения позволяют при небольшой площади иметь большие его габариты и значительные радиусы инерции. Жесткость связей в отдельных точках меньше, чем сплошной связи (см. подразд. 12.1).

Рис. 11.5. Сечения составных сквозных стержней колонн

 

 

Соединение частей центрально-сжатых колонн в единое целое может выполняться на сварке и болтах. При изготовлении монтажных элементов (колонн) применяется сварка, в монтажных стыках и при укрупнительной сборке – болты.