Краткие теоретические сведения. Стойками или колоннами называются высокие вер­тикальные опоры

Стойками или колоннами называются высокие вер­тикальные опоры, работающие на сжатие. Они применяются в качестве промежуточных опор перекрытий больших проле­тов, вертикальных элементов каркасов зданий, опор эстакад, рабочих площадок, трубопроводов и т.п.

Колонна состоит из трех основных частей, имеющих раз­ное назначение: оголовка 1, стержня 2 и базы 3 (рис. 2.3).

Оголовок служит, опорой для конструкции, нагружающей колонну. Стержень является основным несущим элементом колонны, передающим нагрузку от оголовка к базе. База, или башмак, колонны передает нагрузку от стержня на фундамент и служит для закрепления колонны в фундаменте.

В зависимости от у с л о в и й передачи нагрузки раз­личают:

центрально-сжатые колонны, которые воспринимают про­дольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую ее сжатие, распределенное равномерно по площади попереч­ного сечения;

внецентренно сжатые колонны, кото­рые кроме осевого сжатия воспринимают изгиб от момента, созданного внеценгренным приложением продольного усилия.

Изгибающий момент, действующий на ко­лонну, может быть создан также попереч­ной силой или передан от других элемен­тов конструкций в жестком узле.

 

Сквозные центрально-сжатые колонны. Стержень сквоз­ной центрально-сжатой колонны состоит из двух или четырех ветвей, связанных менаду собой раскосами или планками. Наибо­лее часто встречаются сварные колонны, составленные из двух ветвей. Они могут быть образованы из двутавров (рис. 2.6, а), швеллеров, расположенных полками внутрь (рис. 2.6, б) или наружу (рис. 2.6, в). Двутавры применяются при более зна­чительных нагрузках, при которых сечение швеллера не обес­печивает недостаточной устойчивости. Сечение, составлен­ное из четырех уголков (рис. 2.6, г), применяется для элемен­тов большой длины, требующих значительного поперечного сечения.

Рис. 2.6. Типы сечений (а~г) и соединений ветвей (д~е) сквозных центрально­сжатых колонн:

а - из двутавров; б - из швеллеров, расположенных внутрь; в - из швеллеров, располо­женных полками наружу; г - из уголков; д — с планками; е

- с раскосами

 

Рисунок - 2.7-.Симметричные (а) и несимметричные (б) сечения внецентренно сжатых сквозных колонн

 

Колонны с соединительными планками (рис. 2.6, Э) более просты в изготовлении. Но их планки, а также отдельные ветви, подвержены изгибу. Поэтому такие колонны исполь­зуются только при сравнительно небольших нагрузках (до 2,5 МН) и малых расстояниях между (до 0,8 м) отдельными ветвями. В колоннах с более значительными габаритными размерами и нагрузками применяются соединительные рас­косы (рис. 2.6, ё), элементы которых, не претерпевающие изгиба, обеспечивают более жесткую связь между ветвями колонны.

Внецентренно сжатые колонны наиболее широко применя­ют в каркасах производственных зданий (колонны с консоля­ми, ступенчатые). Колонны воспринимают вертикальную на­грузку от подъемных кранов, приложенную со смещением от­носительно оси колонны.

Особенностью работы внецентренно сжатых колонн явля­ется то, что на них одновременно воздействуют продольная сила и изгибающий момент. Вследствие этого их сечения ча­сто бывают несимметричными.

Распространенные типы сечений сквозных внецентренно сжатых колонн приведены на рис. 2.7. Наличие изгибающего момента вызывает существенную поперечную силу, поэтому ветви таких колонн соединяют раскосной решеткой. Симме­тричные сечения стержней-колонн используют при неболь­ших усилиях или в тех случаях, когда изгибающие моменты действуют в обе стороны. Если момент направлен в одну сторону, то ветви колонн нагружены неодинаково, и более рациональны несимметричные сечения. Ширину обеих вет­вей часто выбирают одинаковой для удобства крепления раскосов

 

Индивидуальные задания (пример)

 

Рассчитать стержень сквозной колонны из двух швеллеров согласно схеме по вариантам.

 

Стержень колонны должен иметь минимальное сечение, удовлетворяющее требованию устойчивости.

Ориентировочно принимаем коэффициент продольного изгиба

 

j = 0,7

 

Определяем требуемую площадь поперечного сечения стержня колонны А_тр, см²

 

                                                      ,                                            (1)

 

где N - расчет нагрузки, кН

R_y – расчетное сопротивление металла, кН/см²

(значения см. в практической работе №3.1.)

Так как сечение колонны состоит из двух швеллеров, находим требуемую площадь одного швеллера А¢_тр, см²

                                                                 ,                                                (2)

 

 

По таблицам сортамента подбираем близкую к требуемой площади, (А¢_тр) действительную площадь поперечного сечения одного швеллера (А¢_д) и вписываем геометрические характеристики швеллера:

швеллер № 24а;

h = 24 cм

А¢_д = 32,9 см²;

I_х =3180 см⁴;

I_у = 254 см⁴;

r_х = 9,84 см;

r_у = 2,78 см;

z_о = 2,67 см.

 

 

 

 

Определяем действительное значение площади поперечного сечения стержня А_д, см²

                                                 А_д =2А¢_д,                                                 (3)

 

                                                               А_д =2 ∙ 32,9 = 65,8 см²

 

Определить гибкость стержня колонны относительно оси х-х, l_х

 

                                                                            ,                                               (4)

где l_p – расчетная длина стержня колонны, зависящая от закрепления ее концов в соответствии с рисунком, см;

  r_x – радиус инерции, см.

                                                                                    ,                                          (5)

где  - коэффициент приведения длины:

  для жестких колонн .

                                                                           .

                                                                      

 

По l_х определяем действительное значение коэффициента продольного изгиба j_д=0,686.

Проверяем стержень колонны на устойчивость s, кН/см²

                                                                       ,                                      (6)

где у_с – коэффициент условий работы

 

                                                 

 

Стержень колоны должен иметь минимальное сечение, удовлетворяющее требованию устойчивости. Недонапряжение и перенапряжение не должно пре­вышать 5 % (в нашем случае недонапряжение составляет 0,9%).

 

Вариант	Расчетная нагрузка, N	Крепление	Длина стержня колонны, L
	кН		м
1	2000	жесткое	6
2	2200	шарнирное	7
3	2300	жесткое	8
4	2400	шарнирное	9
5	2450	Жесткое	9
6	2460	жесткое	8