Краткие теоретические сведения. Колоннаминазываются высокие вер­тикальные опоры, работающие на сжатие

Колоннаминазываются 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.

По конструкции различают:

сплошные колонны, имеющие сплош­ное поперечное сечение;

сквозные, или решетчатые, колонны, состоящие из отдельных ветвей, соединен­ных друг с другом прерывистыми связями.

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 внецентровым приложением продольного усилия.

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

Сплошные центрально-сжатые колон­ны.

Центрально-сжатой колонны сплошного сечения применяют при больших нагрузках и небольших высотах.

Типы поперечных сечений сплошных центрально-сжатых колонн показаны на рис. 1.

Прокатный двутавр (рис. 1, а) обеспечивает простое конструктивное ре­шение колонн, которые могут быть изго­товлены из одного профиля, что возможно при наличии в сооружении соответствующих дополнительных связей.

 

 

Рисунок 1 - Типы сечении сплошных центрально-сжатых колонн: а - двутавровое из прокатного профиля; б - двутавровое сварное; в - крестовое из угол­ков; г - крестовое из полос; д - составное из двутавра и швеллеров; е - составное из двутавров; ж - трубчатое; з - коробчатое из швеллеров; и - коробчатое из уголков

 

Часто применяется сварное дву­тавровое сечение из трех листов (рис. 1, б), не требующее значительных затрат металла. Простые по конструкции кре­стовые сечения, составленные из уголков (рис. 1, в) или трех полос (рис. 1, г), находят применение в легких колоннах. Сплошные сечения из прокатных двутавров и швеллеров (рис. 1, д, е), несмотря на их простоту, являются металлоем­кими. Для сплошных колонн наиболее экономичны трубчатые и коробчатые сечения (рис. 1, ж-и). Для них характерно ра­циональное распределение массы металла, максимально уда­ленного от центра тяжести. Однако их недостатком является труднодоступность внутренней поверхности, поэтому при ис­пользовании необходимо принимать меры против проникно­вения внутрь влаги.

 Порядок (последовательность) выполнения работы

1 Для заданных условий индивидуального задания выполнить:

- подбор сечения колонны из двутавра;

2. Найти ответы на контрольные вопросы

3. Сделать выводы на основании проведенной работы

Индивидуальные задания (пример)

---Рассчитать стержень сплошной колонны из прокатного двутавра.

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

Таблица 1– Расчетное сопротивление металла R_y, кН/см²

Условное обозначение	Расчетные сопротивления сварных соединений в конструкциях из сталей классов
	С38/23	С44/29	С46/33	С52/40	С60/45	С70/60	С85/75
Ry, кН/см^2	21	26	29	34	38	44	53

 

.

 

По таблицам сортамента подбираем близкую к требуемой площади, (А_тр) действительную площадь поперечного сечения одного двутавра (А¢_д) и выписываем № двутавра и геометрические характеристики швеллера:

 

Определить гибкость стержня колонны относительно оси х-х, l_х

 

                                              ,                                                 (2)

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

  r_x – радиус инерции, см.

                                                  ,                                                    (3)

где  - коэффициент приведения длины

 

 

:

меняемые коэффициенты расчетных длин  для колонн постоянного сечения приведены в таблице.

для жестких колонн .

.

 

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

Таблица 3 – Коэффициенты  продольного изгиба центрально-сжатых стержней

Гибкость	Коэффициент  для стержней из
	стали классов
	С38/23										С44/29	С46/33	С52/40	С60/45	С70/60	С85/75
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	1	0,999	0,998	0,996	0,995	0,994	0,993	0,992	0,99	0,989	1	1	1	1	1	1
10	0,988	0,986	0,984	0,983	0,981	0,979	0,977	0,975	0,974	0,972	0,987	0,986	0,985	0,984	0,983	0,982
20	0,97	0,967	0,965	0,962	0,959	0,957	0,954	0,951	0,948	0,946	0,968	0,965	0,962	0,956	0,953	0,95
30	0,943	0,939	0,935	0,932	0,928	0,924	0,92	0,916	0,913	0,909	0,935	0,932	0,927	0,916	0,909	0,903
40	0,905	0,901	0,897	0,894	0,89	0,886	0,882	0,878	0,875	0,871	0,892	0,888	0,878	0,866	0,852	0,838
50	0,867	0,862	0,858	0,853	0,848	0,844	0,839	0,834	0,829	0,825	0,843	0,837	0,823	0,81	0,79	0,76
60	0,82	0,815	0,81	0,805	0,8	0,795	0,79	0,785	0,78	0,775	0,792	0,78	0,764	0,74	0,7	0,66
70	0,77	0,765	0,759	0,754	0,748	0,743	0,737	0,732	0,726	0,721	0,73	0,71	0,682	0,65	0,61	0,558
80	0,715	0,709	0,703	0,697	0,691	0,685	0,679	0,673	0,667	0,661	0,66	0,637	0,604	0,57	0,518	0,432
90	0,655	0,648	0,64	0,633	0,626	0,679	0,611	0,604	0,597	0,589	0,592	0,563	0,523	0,482	0,412	0,343
100	0,582	0,575	0,568	0,561	0,554	0,547	0,54	0,533	0,526	0,519	0,515	0,482	0,437	0,396	0,336	0,288
110	0,512	0,506	0,499	0,493	0,486	0,48	0,474	0,467	0,461	0,454	0,44	0,413	0,37	0,325	0,273	0,23

 

 

Проверяем стержень колонны на устойчивость s, кН/см²

                              ,                                      (4)

где у_с – коэффициент условий работы

Таблица 2 – Коэффициенты у_с условий работы

№ п.п.	Элемент конструкции	ус
1	Для всех конструкций, кроме оговоренных ниже	1
2	Сплошные балки и сжатые элементы ферм перекрытий под залами театров, клубов, кино, под трибунами, под помещениями магазинов, книгохранилищ и т.п. при массе перекрытий равной полезной нагрузке или больше ее	0,9
3	Сжатые основные элементы (кроме опорных) решетки ферм покрытий и перекрытий (например, стропильных и аналогичных им ферм) при гибкости их	0,8
4	Подкрановые балки под краны грузоподъемностью 5т и более тяжелого и весьма тяжелого режимов работы	0,9
5	Колоны жилых и общественных зданий и опор водонапорных башен	0,9
6	Сжатые элементы из одиночных уголков, прикрепляемые одной полкой (для неравнополочных уголков только узкой полкой)	0,75

 

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

Рассчитать стержень сплошной колонны из прокатного двутавра по вариантам.

Вариант	Расчетная нагрузка, N	Крепление	Длина стержня колонны, L
	кН		м
1	1800	жесткое	2
2	1900	шарнирное	3
3	2000	жесткое	4
4	2100	шарнирное	5
5	1850	шарнирное	6
6	2050	шарнирное	7

 Контрольные вопросы

-для чего служат центрально-сжатой колонны  сплошного сечения и применяемые виды проката.

 Содержание отчета

1. Тема практической работы

2. Цели практической работы

3. Порядок выполнения работы

4. Ответы на контрольные вопросы

5. Выводы

Требования к отчету

1 Краткость изложенного

2. Точность формулировок

3. Соблюдение последовательности выполнения работы

4. Аккуратность оформления.

Литература

1. Блинов А.Н., Лялин К.В. Сварные конструкции. – М.:Стройиздат.1990

2 Васильев А.А. Металлические конструкции. – М.:Стройиздат.1979

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3.2

Тема: Конструирование центрально-сжатой сквозной колонны.

 Цель работы:

- приобретение практических навыков по расчету и конструированию отдельных частей сварной центрально-сжатой колонны;

    - выполнение проверочных расчетов сварной центрально-сжатой колонны;

    - формирование у учащихся умения самостоятельной работы с учебной и справочной литературой.