26 Типи перетинів суцільних колон підбір перерізу суцільних центрально стиснутих колон і їх
26. Типи перетинів суцільних колонн.Подбор перетину суцільних центрально стиснутих колон і їх конструювання. Перевірка загальної та місцевої стійкості.
Зазвичай перетин суцільної колони проектують у вигляді широкополковий двутавра, прокатного або зварного, найбільш зручного в виготовленні за допомогою автоматичного зварювання і дозволяє просто здійснювати примикання підтримуваних конструкцій. Різні типи суцільних колон показані на ріс.VIII.2 VIII.3.Чтоби колона була равноустойчнвой гнучкість її в площині осі x-x повинна бути дорівнює гнучкості в площині y-y тобто
Однак в двотаврових перетинах ця умова не дотримується, оскільки у них радіуси інерції виходять різними за величиною. У двотаврового перетину (табл. VIII. 1) радіус інерції щодо осі x-x rx
а радіус інерції щодо осі у-у rx
отже, при lx = ly для отримання рівностійкого перетину, потрібно щоб 0.43h = 0.24b, або b
Звичайний прокатний двотавр внаслідок незначної ширини його полиць найменше відповідає вимозі рівностійкого і тому в стислих стрижнях застосовується рідко.
У прокатного широкополковий двутавра (рис. VIII.2. А) може бути b = h, що ні-задовольняє умові рівностійкого, але все ж дає перетин, цілком придатне для колон.
Зварні колони, що складаються з трьох аркушів (рис. VIII.2, б). досить економічні по витраті матеріалу, так як можуть мати розвитий перетин, що забезпечує колоні необхідну жорсткість. Зварений двутавр є основним типом перетину жатих колон.
Автоматичне зварювання забезпечує дешевий, індустріальний спосіб виготовлення таких колон.
Рівностійкого в двох напрямках і також простими у виготовленні є колони хрестового перерізу. При невеликих навантаженнях вони можуть складатися з двох куточків великого калібру (рис. VI1I.2, в); з трьох листів зварюють важкі колони (ріс.VIII.2, г). З умови місцевої стійкості вільний виступ листа хрестової колони не повинен перевищувати 15-22 товщини листа (в залежності від загальної гнучкості колони, див. Табл. VIII.5).
При однакових габаритах крестовое перетин колон володіє більшою жорсткістю, ніж двотавровий, так як його радіуси інерції rх = ry = 0,29b більше, ніж у двутавра (ry = 0,24b). У важких колонах це не має істотного значення, так як у них гнучкості зазвичай буває невеликими і коефіцієнти
Крестовое перетин можна посилити додатковими листами (рис. VIII.2, д), що приєднуються електрозаклепкамі.
Простими, але обмеженими по площі і менш економічними по витраті стали виходять колони з трьох прокатних профілів (рис. VIII.2, e).
Вельми раціональні колони трубчастого перетину (рис. VIII.3.a) з радіусом інерції r = 0,35dср, де dср - діаметр окружності по осі листа, що утворює колону.
Сварка дає можливість отримати колони замкнутого перетину і інших типів, наприклад з двох швелерів (рис. VIII.3, б), які при великих навантаженнях можуть бути посилені листами (рис. VIII.3, в), або з куточків (рис. VIII .3.г).
Вельми економічне перетин легкої колони може бути отримано з тонкостінних гнутих профілів (рнс. VIII.3, д).
Перевагами колон замкнутого перетину є рівностійкого, компактність і хороший зовнішній вигляд; до недоліків відносяться недоступність внутрішньої порожнини для забарвлення. Щоб уникнути корозії, такі колони повинні бути захищені від проникнення всередину вологи.
При заповненні сталевої труби бетоном виходить ефективна комплексна конструкція (трубобетонних), в якій труба є оболонкою, що стискує поперечні деформації укладеного всередині бетонного циліндра. У цих умовах роботи міцність бетону на стиск значно збільшується, виключаються втрати місцевої стійкості труби і корозії внутрішньої її поверхні.
Раціонально застосовувати досить тонкі труби (1 / 50-1 / 150 діаметра), але з умов експлуатації та можливості прикріплення сусідніх елементів не тонше 3-4 мм. У трубобетонних стрижні бетон працює в основному на стиск, а труба - на поперечний розтяг. Труби можуть бути як з маловуглецевої, так і з низьколегованої сталі; бетон застосовують високих марок -від 250 до 500 і вище
А. Підбір перерізу суцільної колони. Поставивши собі за типом перетину колони, визначаємо необхідну площу перерізу за формулою (VIII.20), де N-розрахункове зусилля в колоні (з урахуванням коефіцієнтів перевантаження)
Щоб визначити коефіцієнт
Для суцільних колони з розрахунковим навантаженням до 1500-2500 кН і довжиною 5-6 м можна задатися гнучкістю
Залежність радіусу інерції від типу перетину наближено виражається формулами:
де h і b - висота і ширина перерізу колони;
Звідси визначають необхідні генеральні розміри перерізу колони:
У § 2 цієї глави було відзначено, що в суцільних колонах двотаврового перетину коефіцієнт
Встановивши генеральні розміри перетину b і h, підбирають товщину поясних листів; (полиць) і стінки з необхідної площі колони Fтр і умов місцевої стійкості.
Відношення ширини елементів перетину (полиць, стінки) до їх товщині підбирають так, щоб вони були менше граничних співвідношень, що встановлюються з точки зору равнопрочності стрижня в цілому і його елементів (див. Гл. III, § 3, п. 8).
У першому наближенні зазвичай не вдається підібрати раціональне перетин, яке задовольняло б трьом умовам: Fтр, hтр. і bтр. так як при їх визначенні початкове значення гнучкості було задано довільно. З'ясувавши невідповідність, зазначені значення коригують. Якщо задана гнучкість
Якщо прийнята гнучкість надмірно мала, то виходить занадто мала площа при сильно розвиненому перетині; тоді Fтр слід збільшити, зменшивши розміри перетину.
Відкоригувавши значення F, b і h, проводять перевірку перетину, визначаючи:
Якщо потрібно вносять ще одну поправку в розміри перетину, зазвичай останню.
Після остаточного підбору перетину його перевіряють, визначаючи фактичний напругу за формулою (VIII.24). При цьому коефіцієнт
При незначних зусиллях в колоні її перетин підбирають при граничній гнучкості
і встановивши по ньому найменші розміри перетину bmin = rmin /
Б. Конструктивне оформлення і фактична робота стержня колон. У колонах, які працюють на центральний стиск, зсувні зусилля між стінкою і поясами незначні. так як поперечна сила. що виникає від випадкових впливів, невелика. Тому поясні шви в сврних колонах приймають конструктивно (6-8мм.)
Товщину стінки колони слід приймати якомога меншою, так як перетин стінки, не збільшуючи моменту інерції щодо осі у-у, збільшує площу і, отже, зменшує радіус інерції і жорсткість колони. У разі прикріплення потужних балок стінка не повинна бути надмірно тонкою, так як в противному випадку вона виявляється перенапруженому в місці прикріплення балок. Найменша товщина стінки визначається умовою місцевої стійкості:, але не більше 75 (див. Гл. III, § 3) (
Якщо ж стінка приймається меншої товщини, то посередині її скріплюють поздовжнім ребром (рис. VIII.13, а), яке зменшує розрахункову ширину стінки (див. СНиП) і, перетинаючи хвилі витріщення, що з'являються при втраті стійкості стінки, надає стінці необхідну жорсткість; проте трудомісткість виготовлення колони збільшується. Ширина поздовжніх ребер bp
Поперечні ребра, які зміцнюють контур перерізу колони, ставлять при
Розміри поперечних ребер приймаються так само, як і в балках: BР = hст / 30 + 40;
Ставлення половини ширини полиці колони до її товщини за умови забезпечення місцевої стійкості полиці (див. Гл. III, § 3) приймають по табл VIII.5, з якої видно, що зі збільшенням гнучкості колони
Іноді за умовами гнучкості колони (наприклад, при великій висоті колон) доводиться проектувати її перетин з широкими полицями, які при недостатній товщині можуть виявитися нестійкими. У цих випадках для забезпечення стійкості полиць доцільно зміцнити їх поздовжніми ребрами, привареними по крайках (рис. VIII.13, а). Ці ребра проектують суцільними за всією висотою колони і при розрахунку вводять до складу перетину. У колонах з тонких елементів ребра можуть бути замінені відгинами.
Стійкість стінки трубчастої колони залежить від ставлення радіуса труби до товщини стінки. У трубчастих перетинах при r /
На фактичну роботу суцільних колон істотний вплив роблять місцеві погнути листів, наслідок яких є більш ранній розвиток в листах пластичних деформацій і втрати ними стійкості.
У наскрізних колонах дуже важливо належний розвиток решіток: недостатня увага до їх конструкції неодноразово призводило до аварій. При хорошому центруванні і хорошому стані решіток фактичні критичні напруги наскрізних колон близькі до теоретичних (при розрахунку за наведеною гнучкості).
Випадкові ексцентріцітети прикладання навантаження мають істотний вплив, проте воно зменшується тим, що фактичне закріплення колон зазвичай більш жорстке, ніж прийняте в розрахунку.