Колонны представляют собой вертикально расположенные стержневые элементы

Колонны – представляют собой вертикально расположенные стержневые элементы, по которым нагрузка от вышележащих конструкций передаётся на фундаменты. Колонна состоит из трёх основных частей: 1. )оголовка, на который опираются вышележащие конструкции. 2. )стержня- основной части колонны, передающей нагрузку сверху вниз. 3. )базы- нижней части колонны, передающей нагрзку стержня на фундамент.

Классификация колонн По принципу работы под нагрузкой По типу Центрально-сжатые Внецентренносжатые По конструкциям стержня С постоянным по высоте сечением С переменным по высоте сечением По способу изготовления сплошные сварные сквозные клёпаные

Центрально-сжатые и внецентренно-сжатые колонны С постоянным и переменным по высоте сечением

Центрально-сжатая колонна сплошного сечения Центрально-сжатые колонны сквозного сечения

Сечения сварных колонн Сечения клёпанные колонны

Центрально- сжатые колонны сплошного сечения. Стержень сплошной колонны образуется из одного или нескольких прокатных профилей или листов, соединяемых с помощью сварки или заклёпок. Основной принцип проектирования колонн заключается в обеспечении равноустойчивости (λx = λy) Типы сечений: 1. ) Наиболее рационально с точки зрения работы материала. Но, однако, редко применяется из-за дефицитности труб. 2. ) Одиночный прокатный двутавр редко применяется в качестве сжатого элемента, вследствие значительной разницы λx ≠ λy.

y 3. ) h x x y 4. ) b Двутавровое составное сечение, состоящее 3 -х листов, является основным сечением центральносжатых сплошных колонн. Хотя в нём и не удаётся полностью решить принцип равноустойчивости λx ≠ λy В отдельных случаях применяют сечения, состоящие из 3 -х прокатных профилей. Но они применяются редко, т. к. не экономичны.

Сплошные колонны из 3 -х листов h Потеря местной устойчивости колонны: 3 N tf hef(hw) 2 b N h 1 -стенка 2 - пояса 3 - поперечное ребро 4 - продольное ребро tf 1 ts 1 (2, 5 -3)h ef 1 2 1 -1 tf hef(hw) bh 3 b ‘h bf 4 tw t’s 1 h bef

Схема деформации колонны при потере общей устойчивости N y Поверхности выпучивания колонны при потере устойчивости: При равномерном сжатии При изгибе x x ϭx y y x ϭx b x y ϭx ϭx

При действии касательных напряжений b Ʈ l Ʈ Ʈ Ʈ

Размеры поперечного сечения колонны принимаются: h= (1/15 – 1/20)H bf= (1/20 – 1/30)H≤h tw=(6 – 16)мм tf =(8 – 40)мм ; tw≤ tf ≤ 3 tw Гибкость стержня определяется по формуле: lef i ≤ λu , где λ= λu- предельные гибкости сжатых элементов см. табл. 19* стр. 25 СНи. П II- 23 -81* или табл. 19 стр. 7 справочника.

Ширина поясных листов bf должна назначаться таким образом, что бы пояс не терял местную устойчивость от воздействия нормальных сжимающих напряжений (аналогично балкам) Ширина свеса пояса bef не должна быть слишком велика, т. е. соотношение bef / tf не должно быть больше величин указанных в табл. 29* стр. 33 СНи. П или табл. 29 стр. 11 справочника. Если условия указанные в табл. 29* не удовлетворяются, т. е. пояс может потерять местную устойчивость, то необходимо увеличить толщину пояса(tf) Чем тоньше стенка, тем экономичнее сечение, но при проектировании необходимо обеспечить местную устойчивость стенки для чего соотношение hef / tw не должно превышать величин указанных в табл. 27* стр. 32 СНи. П или табл. 27 стр. 9 справочника. Иначе необходимо укреплять стенку продольными парными ребрами жесткости.

Поперечные ребра жёсткости следует устанавливать, если hef tw √E ≥ 2, 3 ∙ Ry Поперечные ребра жёсткости устанавливают одно от другого на расстоянии (2, 5 -3)hef, при этом на каждом отправочном элементе должно быть не менее двух поперечных ребер. Минимальные размеры рёбер: hef + 40 мм bh(bh’) ≥ 30 Ry ts ≥ 2 bh ∙ См. сортамент E √ bh(bh’) ts(ts’)

Для того, чтобы элементы балки не теряли (свою) местную устойчивость необходимо: • Для поясов, чтобы: bef tf ≤ табличных значений (табл. 29 СНи. П справочник стр. 17) • Для стенки, чтобы: 1. ) 2. ) λw = hef Ry tw ∙ √ E λw = hef ∙ tw √ Ry E < 3, 2 при отсутствии подвижной нагрузки < 2, 2 при наличии подвижной нагрузки Если 1. ) и 2. ) не выполняются, то устанавливаются поперечными рёбрами жёсткости (п. р. ж. ) Если heftw больше величины указанной в таб. 27 стр. 9 справочника, то устанавливают продольные парные рёбра жёсткости.

b а - расстояние между поперечными 3 рёбрами жёсткости: -а ≤ 2 hef при λw > 3, 2 -а ≤ 2, 5 hef при λw ≤ 3, 2 (2, 5 -3)h ef 1 hef(hw) tf ts tf 2 2 1 -1 tf hef(hw) bh Продольные рёбра жёсткости предохраняют стенку от волнообразного выпучивания, а поперечные рёбра повышают жёсткость сечения, укрепляя пояса. 3 b ‘h bf 4 tw t’s 1 h bef Все размеры элементов колонны согласуют с сортаментом!

Центрально-сжатые колонны сквозного сечения. Стержень сквозной колонны состоит из двух или нескольких прокатных профилей, соединённых в плоскости полок планками или решётками. Основным преимуществом является возможность соблюдения в этих колоннах принципа равноустойчивости: λx = λy Сквозные колонны достаточно экономичны по расходу материала, но более трудоёмки в изготовлении, т. к. обилие коротких швов затрудняет применение автоматов.

Типы сечений: 1. ) Это основное сечение. Применяется при нагрузке до 2500 к. Н 2. ) Сечение менее выгодно с точки зрения расхода материала. Применяется только в клёпанных конструкциях.

3. ) 4. ) Применяется при больших нагрузках свыше 2500 к. Н. Применяется в сжатых элементах большой длинны( мачты, стрелы кранов и т. п. ) требующих определённой жёсткости в обоих направлениях. Сечение экономично по расходу материала, конструкция относительно легка, но трудоёмка в изготовлении. Материальная ось- пересекает ветви колонны. Свободная ось- пересекает соединительные элементы (планки, решётки)

N bs Qусл. l lef 40 -50 мм Qусл. Безраскосные колонны. При ширине сечения В=(8001000)мм применяются безраскосные колонны с планками. Габариты сечения (b; h) назначаются из условия равноустойчивости так, чтобы: (λ x = λ y )≤ λu ls b ts h y сварка y’ x x y y’ l s -длинна планки b s -ширина планки ts- толщина планки

сварка y ts h y‘ x x y y‘ Длинна планки – ls зависит от расстояния между ветвями. В сварных колоннах напуск планок составляют 40 -50 мм, в клёпанных – из условия расположения заклёпок. Ширина планки – bs устанавливается из условия размещения сварных швов или заклёпок, прикрипляющих планку к ветви колонны. bs=(0, 5 -0, 7)ls ; ts=(6 -12)мм b

N bs Qусл. b h y y’ x x y ls ≤ 50 ts bs ≤ 30 ts Свободная длинна ветви - lef≤ 40 iy’ Iy’- радиус инерции ветви относительно собственной оси(y’-y’), параллельной свободной оси сечения(y-y). ls b ts l lef 40 -50 мм Планки сквозных колонн рассчитываются на изгиб и срез, возникающие в них от воздействия условной поперечной силы Qусл. Для предотвращения выпучивания планок должны быть выполнены соотношения: y’ При ширине колонны B >1000 мм планки становятся не экономичны и тогда ветви колонны соединяются решётками из уголков.

Пример. Qусл. Назначить размеры планок и свободную длину ветви колонны изображённой на чертеже. Qусл. ls ts bs b b=280 мм y h=200 ls l=930 мм lef=800 мм bs=130 [ 20 y’ x x y ls=210 мм y’ ts

200 мм ls=280 -2 x 76 + 2 x 40= 208 мм Принято ls=210 мм bs=(0, 5 -0, 7) ls=(0, 5 -0, 7)210 мм=(105 -157)мм Смотри сортамент [ 20. Принято bs=130 мм y’ ts=(6 -12)мм ls ≤ 50 ts=ls/50=210/50=4, 2 мм x x ts z =2, 07 см bs ≤ 30 ts ts=bs/30=130/30=4, 34 мм 0 y’ 70 мм Принято ts=6 мм 130 мм 6 мм 230 мм i y’=2, 2 см

Определяем свободную длину ветви колонны: li(lb)≤ 40 iy’=40 x 2, 2 см=88 см Принято li(lb)=80 см=800 мм

Сквозные колонны с решётками менее деформативны, чем колонны с планками и поэтому они получили преимущественное применение для тяжёлых нагрузок. Типы решёток: 1. )Раскосная 2. )Треугольная lef 600 lef 450

Наименьший профиль принимаемый в сварных колоннах уголок 45 х 5 мм Наименьший профиль – в клёпаных колоннах – диктуется диаметром заклёпок. Центрирование раскосов решётки обычно производится на наружную кромку ветви. Для предотвращения закручивания сквозных колонн – по высоте стержня примерно через 4 м устанавливают поперечные диафрагмы: • Сплошные листы t=(8 -12)мм Поперечная • Из уголков. диафрагма

Работа стержня колонны под нагрузкой. Ветви стержня сквозной колонны соединяются планками или решётками в одно целое. При отсутствии такого соединения каждая ветвь под нагрузкой подвергалась бы продольному изгибу относительно собственной оси, но планки или решётки способствуют слитной работе ветвей, значительно увеличивая жёсткость стержня в целом. Гибкость сквозного сечения относительно материальной оси (х-х) равна гибкости ветвей относительно той же оси, т. к. lefx λx= ix i x= √ 2 x Ix = 2 A √ Ix A

Гибкость сквозного стержня относительно свободной оси (у-у) зависит от расстояния между ветвями(гибкость сквозной колонны относительно свободной оси больше из-за упругой податливости планок или решёток). Эта гибкость называется приведённой (λef) и определяется по табл. 7 стр. 10 -11 СНи. П II-23 -81* или табл. 7 стр. 8 -9 справочника. Гибкость ветви: 80 ≥ λв ≤ λef ветви колонны

Базы центрально-сжатых колонн. Назначением базы колонн является: 1. Распределение сосредоточенной нагрузки от стержня колонны по определённой площади фундамента(по расчёту) 2. Обеспечивать закрепление стержня колонны в фундаменте, в соответствии с принятой расчётной схемой. Различают два типа баз: 1. Шарнирная:

А. )простейшей шарнирной базой для центрально-сжатых колонн является база, состоящая из толстой стальной опорной плиты (толщина определяется расчётом, но t≥ 20 мм), на которую опирается торец стержня: • Для лёгких колонн усилие передаётся на плиту через сварные швы; • Для колонн со значительной нагрузкой торец фрезеруют. Б. )соединительная траверса служит для более равномерной передачи силовых потоков от стержня на плиту, что приближает работу колонны к работе жёсткого «штампа» , опирающегося на фундамент. Одновременно траверсы служат опорой для плиты при её работе на изгиб от реактивного давления фундамента. Сама траверса работает на изгиб как двухконсольная балка, опертая на пояса и ветви колонны и нагруженная опорным давлением фундамента.

2. Жёсткая: Жёсткая база имеет не менее 4 -х анкерных болтов, которые крепятся к траверсам, благодаря чему после затяжки болтов исключается поворот колонны на опоре. Прикрепление башмаков к фундаментам выполняется с помощью анкерных болтов, заделываемых в фундаменте при бетонировании. Обычно базы колонн устанавливаются на 500 -1000 мм ниже отметки пола здания и бетонируются для защиты от коррозии.

Оголовки центрально-сжатых колонн. Оголовок колонны служит опорой для вышележащих конструкций (фермы, балки) и распределяет нагрузку равномерно по сечению стержня. 1. Оголовки колонн при опирании на них конструкций сверху:

2. Оголовок колонны при опирании на неё конструкции сбоку