Расчет и конструирование стержня центрально-сжатой

Сварные колонны и стойки

Общая характеристика

Колонной называют вертикальный элемент, передающий нагрузку от вышележащих конструкций ( балок, ферм и т.п.) на фундамент.

В колоннах различают три основные конструктивные части (рис.3.1):

N

N

1 1

e

2

3 2

4 3

4

а) б)

Рис.3.1. Основные конструктивные части колонн:

а – центрально – сжатой; б – внецентренно - сжатой;

1 – оголовок; 2 – стержень; 3 – база; 4 – фундамент

верхнюю - оголовок 1, воспринимающий нагрузку; среднюю – стержень 2, несущий нагрузку; нижнюю- базу 3, передающую давление колонны на фундамент 4.

В зависимости от схемы нагружения различают центрально-сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изогнутые колонны. В центрально- сжатых колоннах нагрузка прикладывается по оси стержня или симметрично относительно нее. Вследствие этого в поперечных сечениях стержня возникает единственное усилие – продольная сила N.

Внецентренно-сжатые колонны помимо осевого сжатия испытывают изгиб из-за того, что вертикальная нагрузка прикладывается с эксцентриситетом « е » относительно оси стержня (рис. 3.1, б). Если изгиб вызывает поперечная нагрузка, то колонна является сжато-изогнутой. И в том, и в другом случае кроме продольной силы в поперечных сечениях стержня возникает изгибающий момент М и поперечная сила Q, поэтому обычно понятия внецентренно- сжатых и сжато-изогнутых колонн не разграничивают.

Металлические колонны, как правило, изготовляют из стали. Применение алюминиевых сплавов в сжатых элементах нерационально из-за низкого модуля упругости Е. По этой причине алюминиевые колонны проектируют в исключительных случаях: в сборно-разборных конструкциях, при наличии агрессивной среды и т.д.

По конструктивному решению стержни колонны делят на сплошные (рис.3.2, а) и сквозные (рис.3.2, б ). В первом случае имеются по меньшей мере две главные центральные оси, которые пересекают сечение (так называемые материальные оси), во втором -–хотя бы одна главная центральная ось не пересекает сечение (свободная ось).

х

у у х х

х

материальная ось у

свободная ось

а) б)

Рис.3.2. Сплошные ( а ) и сквозные ( б ) стержни колонн

В зависимости от значения нагрузки и высоты колонны применяют различные типы поперечных сечений стержня. Работа на сжатие требует не только прочности, но и устойчивости колонны. Поэтому при выборе сечения стержня в целях экономии материала стремятся к равноустойчивости колонны в главных плоскостях.

Сплошные сварные центрально-сжатые колонны могут иметь сечения, изображенные на рис. 3.3. Наиболее распространены двутавровые колонны из трех прокатных листов (рис.3.3, а). Они достаточно экономичны по расходу металла и технологичны в изготовлении благодаря применению автоматической сварки.

Равноустойчивым и простым в изготовлении является крестовое сечение, которое может быть получено из двух прокатных уголков (рис.3.3, б) или трех листов (рис.3.3, в). Однако при колоннах крестового сечения затруднительно крепление балок. Равноустойчивы и трубчатые колонны (рис.3.3, г), имеющие одинаковую жесткость по всем направлениям. Они экономичны по расходу металла, но применяются редко из-за конструктивных неудобств и высокой стоимости.

Сечение стержня может быть спроектировано с полками швеллеров, обращенных внутрь или наружу (рис. 3.3). Первая схема (см. рис.3.3, ж ) при малом просвете между полками швеллеров ( менее 100 мм) не может быть рекомендована для автоматической сварки. Стержень с открытым профилем ( см. рис. 3.3, з ), когда полки швеллеров развернуты наружу, менее трудоемок в изготовлении, обладает большей жесткостью по оси у-у, доступен для автоматической и ручной сварки, хотя сечение и получается менее компактным, чем по первой схеме.

С увеличением высоты колонн размеры их поперечного сечения также растут и более экономичными по расходу металла становятся сквозные колонны. Стержень сквозной колонны состоит из двух или более ветвей, связанных между собой решеткой (см. рис.3.2, б). Равноустойчивость достигается раздвижкой ветвей на требуемое расстояние.

Наиболее распространены двухветвевые центрально-сжатые колонны, составленные из швеллеров (рис.3.3, ж) или, при больших нагрузках, из двутавров ( рис.3.4, а). Швеллеры выгоднее ориентировать полками внутрь, так как в этом случае решетка окажется меньшей ширины.

δ_х = 0,43

δ_у = 0,24 δ_x = δ_y = 0,289

b y b y b y

x x x

h h = b h=b

а) б) в)

δ_x = 0,42 δ_x = 0,49

δ_x = δ_y = 0,33 δ_y = 0,22 δ_y = 0,32

d y b y b y

x x

x

h=d h h

г) д) е)

у у

х х х х

у у

ж) з)

Рис.3.3. Распространенные типы сечений стержней колонн

Четырехветвевое сечение из уголков (рис.3.4, б) применяют в слабо нагруженных высоких колоннах, то есть когда при малой площади сечения ветвей необходимо обеспечить значительную жесткость стержня.

Более просты в изготовлении сквозные колонны с безраскосной решеткой в виде соединительных планок ( см .рис.3.3, б). Однако при значительных нагрузках и габаритах сечения такая конструкция становится недостаточно жесткой вследствие деформативности планок и самих ветвей.

у

у

δ_х = 0,41 δ_x = δ_y = 0,43

х х h х х

δ_у = 0,52

b

b

а) б)

Рис.3.4. Сечения стержней сквозных колонн

Расчет и конструирование стержня центрально-сжатой

Колонны

Расчет колонн, как и балок, включает в себя предварительный подбор сечения и его окончательную проверку. Предварительный подбор сечения стержня сплошной сварной колонны осуществляют в следующем порядке.

1.Подсчитывают расчетную сжимающую нагрузку.

2.Устанавливают расчетную схему колонны, исходя из предполагаемой конструкции базы и оголовка.

3.Определяют требуемую площадь поперечного сечения

N

Поиск по сайту: