Стержень

-и н

й/ндомент

База shr

It--

Стержень -А

Рис. 8.1. Схемы стержней, работающих иа центральное сжатие

а - колонна, б - сжатый стержень тяжелой фермы

Рис. 8.2. Открытые сечения сплошных стержней

Рис. 8.3. Замкнутые сечения сплошных стержней

i) i

Колонны передают нагрузку от вышележащей конструкции на фундаменты и состоят из трех частей, определяемых их назначением:

оголовок, на который опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну;

стержень - основной конструктивный элемент, передающий нагрузку от оголовка к базе;

база, передающая нагрузку от стержня на фундамент (рис. 8.1, а).

Расчет и конструирование основного элемента центрально-сжатых колонн и стержней производятся одинаково.

Узлы примыкания центрально-сжатых стержней с другими элементами конструктивного комплекса (рис. 8.1,(5) зависят от вида конструкции и рассмотрены в соответствующих главах. Колонны и сжатые стержни проектируют почти исключительно стальными. Применять алюминиевые сплавы в сжатых стержнях, как правило, нерационально из-за плохой работы сплавов на продольный изгиб вследствие низкого моду-

ля упругости. Однако в общем конструктивном комплексе, выполняемом из алюминиевого сплава, могут быть запроектированы и сжатые стержни из сплава.

Хорошо работают на центральное сжагие и экономны по затрате металла трубобетоиные колонны, стержень которых состоит из стальной трубы, заполненной бетоном.

По статической схеме и характеру нагружения колонны могут быть одноярусные и многоярусные. Колонны и сжатые стержни бывают сплошными или сквозными.

§ 2. СПЛОШНЫЕ КОЛОННЫ

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых конструкций. Различные типы сечений сплошных колонн показаны на рис. 8.2 и 8.3.

Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость ее в плоскости оси X должна быть равна гибкости в плоскости оси у, т. е.

h; или in.xix = k.uiiy

Однако в двутавровых сечениях при одинаковых расчетных длинах k.x = l(!,y это условие не соблюдается, поскольку у них радиусы инерции получаются разными по величине. В двутавровом сечении (табл. 8.1) радиус инерции относительно оси х

ix « 0,43/г,

а радиус инерции относительно оси у

1у « 0,246,

следовательно, для получения равпоустойчивого сечения нужно, чтобы 0,43/г = 0,24Ь или b2h, что приводит к весьма неудобным в конструктивном отношении сечениям, практически неприменяемым.

Обычный прокатный двутавр вследствие незначительной Ширины его полок меньше всего отвечает требованию равноустойчивости и поэтому применяется редко.

У прокатного шнрокополочного двутавра (рис. 8.2, а) может быть b=zh, что не удовлетворяет условию равноустойчивости, но все же дает сечение, вполне пригодное для колонн.

Сварные колонны, состоящие из трех листов (рис. 8.2,6), достаточно экономичны по затрате материала, так как могут иметь развитое сечение, обеспечивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн,

Автоматическая сварка обеспечивает дешевый, индустриальный способ изготовления таких колонн.

Равноустойчивыми в двух направлениях и также простыми в изготовлении являются колонны крестового сечения. При небольших нагруз-

Таблица 8.1. Значения радиусов инерции

Ссченл

0,21/г

г-,:

0,38/1

0,43/г

0,38ft

0,43 ft

0,47 ft

0,21 b

0,44b

0,43 6

0,606

0,24 6

0,406

ках они могут составляться из двух уголков крупного калибра (рис. 8.2, в); из трех листов свариваются тяжелые колонны (рис. 8.2,г). Из условия местной устойчивости свободный выступ листа крестовой колонны не должен превышать 15-22 толщин листа в зависимости от общей гибкости колонны.

При одинаковых габаритах крестовое сечение колонн обладает большей жесткостью, чем двутавровое, так как его радиусы инерции ix = iy= ==0,29Ь больше, чем у двутавра iy=0,24b. В тяжелых колоннах это не имеет существенного значения, так как у них гибкости обычно бывают небольшими и коэффициенты ф близкими к единице.

Крестовое сечение можно усилить дополнительными листами (рис. 8.2, присоединяемыми электрозаклепками.

Простыми, но ограниченными по площади и менее экономичными по расходу стали получаются колонны из трех прокатных профилей (рис. 8.2, е).

Весьма рациональны колонны трубчатого сечения (рис. 8.3, а) с радиусом инерции 1 = 0,35с?ср, где dcp - диаметр окружности по оси листа, образующего колонну.

Сварка дает возможность получить колонны замкнутого сечения и других типов, например из двух швеллеров (рис. 8.3,6), которые при больших нагрузках могут быть усилены листами (рис. 8.3, в), или из уголков (рис. 8.3,г).

Весьма экономичное сечение легкой колонны может быть получено из тонкостенных гнуто-сварных профилей (рис. 8.3,(5).

Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустой-чивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относится недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать коррозии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги.

При заполнении стальной трубы бетоном получается эффективная комплексная конструкция (трубобетонная), в которой труба является оболочкой, стесняющей поперечные деформации заключенного внутри бетонного цилиндра. В этих условиях работы прочность бегона на сжатие значительно увеличивается, исключаются потери местной устойчивости трубы и коррозии внутренней ее поверхности.

Рационально применять тонкостенные трубы (толщина стенки Vso- -Viso от диаметра трубы), но по условиям эксплуатации и возможности прикрепления примыкающих элементов к трубе они должны быть не тоньше 3-4 мм. В трубобетонном стержне бетон работает в основном на сжатие, а труба - на поперечное растяжение. Трубы могут быть как из малоуглеродистой, так и из низколегированной стали, бетон применяют высоких марок -от 250 до 500 и выше.

§ 3. СКВОЗНЫЕ колонны

1. Типы сквозных колонн

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой решетками (рис. 8.4,а-в). Ось, пересекающая ветви, называется материальной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь (рис. 8.4, а\, так как в этом случае решетки получаются меньшей ширины и лучше используется габарит колонны.

Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или сварных двутавров (рис. 8.4 в).

В сквозных колоннах из двух ветвей необходимо обеспечивать зазор между полками ветвей (100-150 мм) для возможности окраски внутренних поверхностей.