Суцільні колони можуть бути прокатними або складовими, коли вони утворюються з кількох прокатних профілів або листів, що з'єднуються зазвичай за допомогою зварювання.
Найбільш часто вони мають двутавровую (Н-образну) форму поперечного перерізу (рисунок нижче), хоча в ньому і не вдається виконати повністю умова однаково стійкого відносно двох головних осей. Для прокатних колон, як правило, використовують двутаври з паралельними гранями полиць (нормальні, широкополочні і колонні), рідко - звичайні з ухилом внутрішніх граней полиць.
Поперечні перерізи суцільних колон
а, б, в - центрально-стислих; г, д, е - позацентрово стиснутих
Гідність зварних складових стрижнів з трьох листів полягає в отриманні більш широких полиць і використанні для стінки більш тонких листів, в результаті чого досягається певна економія металу, так як матеріал стінки використовується в порівнянні з полками менш ефективно. Зварні двотаври можуть виготовлятися із застосуванням автоматичного зварювання, що знижує трудомісткість при їх виготовленні; крім того, доступність всіх поверхонь стрижня спрощує конструкцію сполучень з сусідніми елементами.
В окремих випадках (в основному для позацентрово стиснутих стрижнів) застосовують перетину, що складаються з прокатних профілів і листів (див. Малюнок нижче).
Розрахунок центрально-стиснутої колони. Розрахунок починають з визначення діючих на складову колону навантажень. Потім вибирають тип поперечного перерізу і обчислюють наведену довжину lef. Для стиснутих колон (стрижнів) постійного перетину з чітко вираженими умовами закріплень (вільне володіння верхній кінець, нерухомі шарніри або повне нерухоме защемлення) коефіцієнт приведення довжини μ приймають за таблицею вище. Потім підбирають перетину.
Перетин стислій колоЯни підбирають виходячи з умови забезпечення її стійкості. Виконують перевірку загальної стійкості стиснутого елемента. Перетину стиснутих елементів підбирають способом повторних наближень, виходячи з величини розрахункового опору Ry і максимальної допустимої гнучкості [λ].
Підбір перерізу починають з попереднього призначення гнучкості колони, приймаючи її трохи менше гранично допустимої. Зазвичай ця величина лежить в межах λ = 60-100. За призначеної гнучкості λ знаходять значення коефіцієнта φ і необхідну площу поперечного перерізу:
Далі за прийнятою гнучкості знаходять необхідний радіус інерції перерізу:
Наближені значення i можна приймати за таблицею нижче.
Прокатні колони підбирають по сортаменту, використовуючи отримані значення необхідних площі і радіусу інерції перерізу.
Наближені значення радіусів інерції стрижнів
Між контурними розмірами h і b складових перетинів і їх радіусами інерції існують досить стійкі співвідношення, звані коефіцієнтами форми.
Користуючись коефіцієнтами, можна обчислити необхідні контурні розміри подбираемого перетину h і b. Зазвичай (для перетину по малюнок вище) визначають необхідний розмір bf. a h приймають по конструктивним і виробничим міркувань (h> bf), керуючись, наприклад, можливістю використання пристосувань для автоматичного зварювання.
Розміри найбільш поширених двотаврових перерізів призначають виходячи з таких міркувань. Для поясів застосовують листи товщиною tf = 8-40 мм, а для стінки завтовшки tw = 6 16 мм - в залежності від потужності стрижня.
Ширину поясних листів приймають такий, щоб лист не міг втратити місцеву стійкість від впливу стискають напруг, як і при підборі перетину стислих поясів складових балок.
Однак в стислих складових колонах при втраті місцевої стійкості полиць бажано мати критичні напруги дещо вищий, ніж критичні напруги загальної стійкості всієї колони в цілому, а ці напруги, як відомо, є функцією гнучкості колони. Тому передбачає, що найбільші відносини свеса листа (пояса) до його товщині визначаються в залежності від умовної гнучкості стиснутого стержня. Для неокаймленних полиць двотаврових перерізів з умовною гнучкістю λ = λ√Ry / E, рівній 0,8-4, відношення ширини поясного листа (полиці) bf до товщини tf слід приймати не більше значень, що визначаються за формулою:
При значеннях λ <0,8 или λ> 4 у формулі вище слід приймати відповідно λ = 0,8 і λ = 4.
Стінка складовою колони, дві сторони якої на всьому протязі частково затиснені в потужних поясах, по стійкості знаходиться в більш сприятливих умовах, ніж вільні з одного боку краю поясів. Тому ширина стінки в центрально-стиснутих колонах, при якій забезпечена місцева стійкість, значно більше, ніж звіси поясів. Вона залежить від ступеня защемлення її в поясах, яка в свою чергу залежить від умовної гнучкості колони в цілому λ. Найбільше відношення висоти стінки hef до її товщині tw для суцільного стисненого елемента двотаврового перетину визначають за формулою
При призначенні перерізу елемента по граничної гнучкості, а також при відповідному обґрунтуванні розрахунком найбільші значення hef / tw слід помножити на коефіцієнт √Ry φ / σ (де s = N / A), але не більше ніж на 1,25. У всіх випадках для двотаврових перерізів значення hef / tw не повинні перевищувати величини 3,2√Ry / E.
Якщо стійкість стінки недостатня, то її підсилюють парним поздовжнім ребром жорсткості, що йде по всій довжині колони без перерв (як пояса). При цьому значення hef / tw. одержувані з формул вище, слід множити на коефіцієнт β. Площа перетину парного поздовжнього ребра жорсткості слід включати в розрахунковий переріз колони.
Якщо hef / tw ≥ 2,2√Ry / E. то для зміцнення контура перетину і стінки колони ставляться поперечні ребра жорсткості на відстані (2,5-3) hef одне від іншого; на кожному відправних елементі повинно бути не менше двох ребер. Визначають розмір поперечних ребер жорсткості.
Встановивши остаточно розміри поперечного перерізу, намічають розміри зварних швів, що з'єднують між собою частини колони. У центрально-стиснутих складових колонах катет кутових швів призначають в залежності від товщини зварювальних листів. Шви роблять безперервними.
Розрахунок позацентрово стиснутої суцільний колони. Підбір і перевірку перетину внецентренно стислій суцільний складовою колони виробляють по поздовжній силі N, яка додається по осі, і моменту М, значення яких отримані в результаті статичного розрахунку окремо стоїть колони, рами будівлі або інших конструкцій. Вибір типу колони, а також виду та висоти її перетину, зазвичай виробляють в процесі розробки схеми споруди в цілому.
Практично підбір перерізу суцільних колон зручно виконувати в наступному порядку. Так як коефіцієнт φe може змінюватися в досить великих межах і до того ж залежить від двох чинників (умовної гнучкості λ і приведеного відносного ексцентриситету mef), для орієнтовного визначення необхідної площі перетину краще скористатися не формулою вище, а наближеною двучленной формулою Ясинського:
Переймаючись гнучкістю колони λ = 50-80 або, що зручніше, середнім значенням φ = 0,7-0,8 і ядровим відстанню r = W / A = 0,45h (для двотаврового перетину), після перетворення формули вище отримаємо
де ех = M / N - ексцентриситет поздовжньої сили; h - висота перерізу стержня (задається при розробці схеми споруди).
Гнучкість колони визначають за наведеною довжині. Відзначимо, що наведену довжину колон, які є стійками поперечних рам будівель, визначають залежно від співвідношення жорсткостей ригеля і колони по відповідних рекомендацій Сніпа.
Визначивши А, по сортаменту на двутаври підбирають прокатну колону або з урахуванням сортаменту листового металу компонують перетин складовою колони. Необхідно в складовою колоні необхідну площу розподілити найвигіднішим чином, забезпечуючи при цьому місцеву стійкість елементів перерізу. Для забезпечення загальної стійкості колони із площини дії моменту ширину пояса приймають b f = (1 / 20-1 / 30) l (довжини колони). Місцеву стійкість пояса забезпечують, витримуючи відносини ширини пояса до його товщині bf / tw не більше значень, що визначаються за формулою вище.
Товщину стінки при компонуванні перетину визначають з умови, щоб ставлення hef / tw було в межах 60-120, при цьому менші відносини приймають при великих поздовжніх силах і малих изгибающих моментах, великі - в зворотних випадках, тонше 8 мм стінку приймати не рекомендується. Остаточно місцеву стійкість стінки перевіряють тільки після підбору перетину колони в залежності від умовної гнучкості λ і відносного ексцентриситету m: при m <0,3 — по формулам выше; при m> 1:
При значеннях відносного ексцентриситету 0,3 При розрахунку позацентрово стиснутої складовою колони, посиленою поздовжніми або поперечними ребрами жорсткості, використовують рекомендації для центрально-стиснутих колон, за винятком введення коефіцієнта β. В цьому випадку ділянку стінки між поясом і поздовжнім ребром розглядають як самостійну платівку і перевіряють її стійкість. Для підібраного перерізу позацентрово стиснутої колони обчислюють геометричні характеристики і перевіряють стійкість в обох площинах.Схожі статті