Стальные строительные конструкции - Стальные строительные конструкции

Стальные колонны

Стальные колонны состоят из трех основных частей: стержня, который является основным несущим элементом; оголовка, служащего опорой для выше-лежащей конструкции; базы, которая распределяет нагрузку от колонны на фундамент.

Колонны (рис. 1) бывают с постоянным сечением (сплошные а и сквозные б), с переменным сечением (сплошные - в и сквозные или решетчатые - г).

Сплошные колонны постоянного сечения. Наиболее часто применяемые типы поперечных сечений сплошных колонн показаны на рис. 2. Наиболее выгодным с точки зрения минимальной затраты металла является трубчатое сечение. Его преимущество заключается в равноустойчивости относительно осей х и у и, кроме того, относительно большом радиусе инерции, поскольку весь материал размещен далеко от центра тяжести сечения. Большой радиус инерции обеспечивает меньшую гибкость стержня и, следовательно, большую несущую способность.

Наиболее часто применяемым сечением для стальных колонн в отечественной практике строительства является двутавровое. Здесь перспективным сечением являются широкополочные двутавровые колонны КУ. Их преимущества -- параллельность граней полок, что обеспечивает простоту примыкания соседних элементов, балок, связей и т. п.; отсутствие сварных швов, что ведет к снижению трудоемкости изготовления и отсутствию сварочных напряжений (рис. 2, б).

Традиционным сечением является сварное двутавровое (рис..2, в, д). Удачными сечениями являются коробчатые (рис. 2, г, е). Колонна в целом может оказаться устойчивой, однако при применении слишком тонкой стенки или поясов они могут потерять местную устойчивость от действия сжимающих напряжений (см. рис. 3).

стальные колонны

Рис. 1. Стальные колонны:

А -- сплошная постоянного сечения; б -- сквозная постоянного сечения; в --сплошная переменного сечения; г -- сквозная переменного сечения; 1 -- оголовок; 2 -- стержень; 3 -- база; 4 -- ветви; 5 -- решетка

типы поперечных сечений стержней сплошных колонн

Рис. 2. Типы поперечных сечений стержней сплошных колонн: а --трубчатое; б -- прокатный двутавр; в --сварной двутавр; г - коробчатое из швеллеров; д -- составное из прокатных двутавров; е -- коробчатое из уголков

Наиболее эффективным методом борьбы с местной потерей устойчивости стенки и поясов является увеличение их толщины. Значительно реже применяют продольное ребро, пересекающее все волны выпучивания стенки. Соблюдение СНиП Ц-23--81 гарантирует от местной потери устойчивости.

потеря местной устойчивости сплошной двутавровой колонны

Рис. 3. Потеря местной устойчивости сплошной двутавровой колонны: а - стенки; в -- полки Рис. 4. Сквозные колонны: а - с ветвями, соединенными на планках; б - с ветвями, соединенными решеткой; 1 - ветви; 2 - планки; 3 - решетка; 4 - свободная ось; 5 - материальная ось

Наиболее выгодны такие размеры колонн, при которых наблюдается равенство критических напряжений местной и общей потери устойчивости. При конструировании следует стремиться к равноустойчивости относительно осей х и у; материал следует размещать как можно дальше от центра тяжести; стремиться к большей тонкостенности сечений.

Сквозные колонны постоянного сечения

Наряду со сплошными колоннами в практике строительства широкое применение получили и сквозные колонны. Наиболее распространенные поперечные сечения показаны на рис. 4.

Сквозные колонны более экономичны по расходу стали по сравнению со сплошными. Это достигается тем, что ветви сквозной колонны можно раздвинуть на любую величину. Самым выгодным является раздвижка ветвей до расстояния, обеспечивающего равноустойчивость, т. е. равенство гибкостей колонны относительно свободной и материальной осей. Именно из этого условия и определяется наивыгоднейшее расстояние между ветвями колонны.

Недостатком сквозных колонн по сравнению со сплошными является повышенная трудоемкость изготовления, объясняемая большим количеством коротких швов, затрудняющих применение автоматической сварки.

Решетка, связывая ветви колонны, обеспечивает их совместную работу, поэтому величина критических сил зависит от соединительной решетки. Вследствие дефомативности решетки составные колонны в меньшей степени сопротивляются продольной силе, чем сплошные, имеющие ту же площадь поперечного сечения и ту же гибкость. При расчете таких колонн в расчет вводят несколько увеличенную длину стержня, т. е. умножают действительную длину на коэффициент, больший единицы.

Соединительные элементы ветвей планки или раскосы работают на поперечную силу, возникающую при изгибе колонны от действия критической силы. Поперечная сила принимается постоянной по длине колонны и распределяется поровну между плоскостями планок или решеток. Планки работают на изгиб и срез как элементы безраскосной фермы, а решетка на осевые усилия как раскосы и стойки у фермы (рис. 5).

схема деформации сквозной колонны на планках

Рис. 5. Схема деформации сквозной колонны на планках

работа внецентренно сжатой стальной двухтавровой колонны

Рис. 6 Работа внецентренно сжатой стальной двухтавровой колонны:

А - общий вид ; б - схема нагрузок и расчетных усилий; 1 -- анкерный болт; 2 - усилие в растянутом анкерном болте

При внецентренном сжатии появляется дополнительный неблагоприятный фактор -- эксцентриситет е приложения продольной силы (рис. ). Формула проверки устойчивости при внецентренном сжатии имеет вид

В=N/феA?Rу,

Где фе -- коэффициент, уменьшающий расчетное сопротивление до значения критического напряжения потери устойчивости внецентренно сжатого стержня. При этом следует иметь в виду, что коэффициент фе различен для сплошных и сквозных колонн.

Похожие статьи




Стальные строительные конструкции - Стальные строительные конструкции

Предыдущая | Следующая