Подбор и проверка сечения центрально-сжатых колонн

Проектирование центрально-сжатых колонн из прокатного профиля. Согласно чертежам, определяются расчетные длины колонны в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и у-у. Задается предварительнаягибкость колонны в зависимости от длины и нагрузки на нее . Следует руководствоваться правилом: чем больше нагрузка N, тем мощнее должно быть сечение, и поэтому тем меньше назначается оптимальная гибкость Хор[. По принятой величине гибкости определяется коэффициент устойчивости при центральном сжатии (ф), значение которого при следует определять по формуле:

Значение коэффициента 5 следует вычислять по формуле:

где — условная гибкость стержня;

— коэффициенты, определяемые в зависимости от типа сечения.

Имея предварительные значения коэффициента ф и гибкости X, определяются требуемые характеристики сечения:

площадь сечения:

требуемый радиус инерции:

По сортаменту (по параметрам Л и L) подбирают подходящий номер профиля.

С целью проверки несущей способности стержня колонны на устойчивость по фактическим геометрическим характеристикам сечения вычисляется фактическая гибкость относительно основных осей:

Условная наибольшая гибкость колонны:

По условной гибкости определяем фактический коэффициент устойчивости стержня (ср).

После конструирования колонны необходимо проверить общую устойчивость ее в плоскости наименьшей жесткости (относительно оси

у-уУ

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.

Потеря устойчивости происходит относительно оси с наибольшей гибкостью, при этом стержень искривляется в направлении, перпендикулярном этой оси. Чем больше гибкость X, тем меньше коэффициент ср и меньшую нагрузку может выдержать сжатый элемент.

В случае невыполнения условия устойчивости колонны производится корректировка размеров сечения (по сортаменту принимается соседний номер проката) и повторная проверка.

Подбор стержня колонны составного сплошного сечения. Составные сплошностенчатые колонны в основном выполняют в виде двутавра, сваренного из трех листов (рис. 6.4). Из опыта проектирования составных колонн ширина и высота сварных сечений принимается из выполнения условий оптимальности по гибкости

Ширина сечения b должна быть не менее высоты колонны.

Толщина стенки принимается в пределах мм и толщина

полок мм из условия обеспечения требуемой площади сечения

(Л) и местной устойчивости.

Возможно два варианта предварительного определения гибкости стержня колонны.

1. Принимают площадь полок равной Сечение стержня составной сварной колонныи площадь стенки — и вычисляют значения величин по которым вычисляется гибкость стержня колоны (потеря устойчивости произойдет относительно оси у):

Рис. 6.4. Сечение стержня составной сварной колонны

2. Задаются гибкостью колонны в пределах для колонн

с усилием до 2500 кН; — для колонн с усилием 2500—

4000 кН.

По формуле 6.3 определяется коэффициент устойчивости ф и затем вычисляются требуемая площадь поперечного сечения колонны:

и требуемые радиусы инерции сечения

Используя оптимальные зависимости радиуса инерции от типа сечения и его габаритов (высоты h и ширины b) (табл. 6.1), определяется высота и ширина сечения:

По технологическим соображениям (из условия сварки поясных швов автоматом) высота стенки hw не должна быть меньше ширины пояса bj. Уточняем размеры сечения, увязывая их со стандартной шириной и толщиной листов.

Проверку принятого сечения по формуле 6.7 проводим только относительно оси у-у, так как гибкость стержня относительно этой оси будет почти в два раза больше, чем относительно оси х-х.

По технологическим соображениям (из условия сварки поясных швов автоматом) высота стенки не должна быть меньше ширины пояса Назначаем размеры сечения, увязывая их со стандартной шириной листов: мм.

Таблица 6.1

Приближенные значения радиусов инерции ix и /у сечений

Сечение

  • -*Г

и

0,A3h

0,38 h

0,39 h

II

СГ

0,24Ь

0,44 Ь

0,52 Ь

Проверка местной устойчивости пояса и стенки составной центрально-сжатой колонны сплошного сечения. Тонкостенные элементы сечения центрально-сжатой колонны (пояса и стенка) испытывают сжатие и при нагружении могут потерять устойчивость. Следовательно, необходимо проверить их на обеспечение местной устойчивости.

Местная устойчивость элементов колонны из прокатного двутавра обеспечивается конструктивным сечением проката, а вот проверка составного сечения на местную устойчивость обязательна.

Для этого определяем условную гибкость свеса пояса (полки):

Устойчивость полки составного двутавра колонны будет обеспечена, если условная гибкость пояса не будет превышать значений предельной условной гибкости свеса пояса (полки) Xuj, определяемых по формулам таблицы 10 [2], в которых при значениях X < 0,8 или X > 4 следует принимать соответственно X = 0,8 или X = 4.

Устойчивость стенки центрально-сжатых колонн сплошного сечения следует считать обеспеченной, если ее условная гибкость стенки не превышает предельного значения:

— где условная предельная гибкость стенки принимается по таблице 9 [2];

— толщина стенки;

— расчетная высота стенки.

Если местная устойчивость стенки не выполняется, стенку следует укреплять продольным ребром жесткости (рис. 6.5). Сечение ребер включается в расчетное сечение колонны и следует повторить проверку на потерю местной устойчивости по условию (6.13).

Когда гибкость стенки превышает значение:

Стержень колонны также необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости, которые устанавливаются с шагом от до

На каждом отправочном элементе должно быть не менее двух ребер.

В стенке, укрепленной только поперечными ребрами, ширина их выступающей части Ьг должна быть для парного симметричного ребра не менее мм, для одностороннего ребра — не менее

Размещение продольных и поперечных ребер жесткостеймм; толщина ребра tr должна быть не менее В центрально-сжатых колоннах сдвигающие усилия между стенкой и поясами незначительны, так как величина поперечной силы Q, возникающая только от случайных воздействий, невелика. Поэтому поясные швы в центрально-сжатых колоннах принимаются конструктивно в зависимости от марки стали и толщины листов.

Рис. 6.5. Размещение продольных и поперечных ребер жесткостей

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >