Презентация, доклад на тему СТАЛЬНЫЕ КОЛОННЫ

СТАЛЬНЫЕ КОЛОННЫ

Общие соображения

оголовок

Колонны воспринимают нагрузки от элементов перекрытия и передают их на фундамент.
Три основных элемента колонны – оголовок, стержень и база.

lef – расчётная длина колонны – эквивалентная из условия устойчивости длина шарнирно опёртого стержня той же жёсткости

Конструктивная схема

стержень колонны

база

фундамент

Расчётная схема

Центрально- и внецентренно сжатые колонны

В центрально-сжатых колоннах сжимающее усилие приложено в центре тяжести сечения (или по оси стержня, поскольку ось – это линия, соединяющая центры тяжести сечений).

Во внецентренно сжатых колоннах сжимающее усилие приложено с эксцентриситетом е.
Внецентренное приложение усилия N эквивалентно совместному действию центрально приложенного усилия N и изгибающего момента M = N·e

e – эксцентриситет – расстояние между осью стержня и линией действия силы N

Центральное сжатие

Сечение развивается в плоскости изгиба

Внецентренное сжатие

Колонны сплошного сечения

Сечения открытого профиля:

Сплошные сечения эффективны при нагрузке N ≥ 4000 кН

Крестовое
ix = iy = 0,29 h

Сечения замкнутого профиля:

dср – диаметр средней линии кольца

Кольцевое
ix = iy = 0,35 dср

Из двух швеллеров

Из двух двутавров

Трубчатое

Из двух швеллеров

Двутавровое
ix = 0,43 h
iy = 0,24 b

Колонны сквозного сечения

Колонны сквозного сечения состоят из двух ветвей, соединённых решёткой.
Из-за большого числа коротких швов эти колонны оказываются более трудоёмкими, чем сплошные.

Сквозные сечения эффективны при нагрузке N < 4000 кН

При N < 1500 кН
ix = iy = 0,43 h

Материальная ось

Трубчатое

При N = 1500…2500 кН
ix = 0,38 h
iy = 0,44 b

Собственная ось ветви

Свободная ось

Ветви

Решётка

Сечение из двух двутавров применяется, когда в сортаменте уже нет подходящих швеллеров, способных воспринять действующую нагрузку

При N = 2500…4000 кН
ix = 0,43 h
iy = 0,50 b

Типы решёток сквозных колонн

Решётка из планок лучше выглядит, однако раскосные решётки менее деформативные.
При конструировании решёток желательно обеспечивать оптимальные углы наклона раскосов.

Безраскосная
(из планок) применяется при
N ≤ 2500 кН

Раскосная
треугольная

Раскосная
с распорками

35°

45°

min 150 мм для возможности окраски

max 1000 мм

Диафрагмы жёсткости в сквозных колоннах

Для обеспечения пространственной жёсткости сквозные колонны укрепляют поперечными диафрагмами, которые необходимо устанавливать через каждые 3…4 м длины.


Центрирование уголков в крестовой решётке допускается осуществлять по наружной грани ветви.

диафрагма

Эффективность применения различных типов сечений

Для экономии материала целесообразно соблюдать условие равноустойчивости стержня колонны:
λx = λy , где λx = lx /ix ; λy = ly /iy
λx , λy – гибкости колонны относительно осей x и y; lx, ly – расчётные длины для осей x и y; ix, iy – радиусы инерции сечения.
При выполнении условия равноустойчивости стержень колонны будет оказывать одинаковое сопротивление потере устойчивости в обоих возможных направлениях. Если условие не выполняется, создаются избыточные запасы устойчивости.
Если расчётные длины центрально-сжатой колонны равны (lx = ly), то наиболее эффективным для неё является сечение с наибольшим радиусом инерции (imax), одинаковым по всем направлениям (ix = iy).
Из сплошных сечений указанным требованиям в наибольшей степени отвечает кольцевое сечение.
На втором месте – крестовое сечение.
Двутавровое сечение будет соответствовать условию равноустойчивости, если b = 2h. В обычном двутавровом сечении потеря устойчивости произойдёт относительно оси у. Несмотря на это, сечения из сварных и прокатных широкополочных двутавров находят широкое применение.

Эффективность сквозных сечений

В сквозных колоннах условие равноустойчивости обеспечивается за счёт изменения расстояния между ветвями.
За счёт увеличения расстояния между ветвями повышается радиус инерции сечения при сохранении той же его площади: