При проектировании каркаса промышленного здания заранее известны месторасположение, технология, выбран материал и строительная система. Эти первоначальные данные задают вектор развития дальнейшей работы. Если проектируемое здание будет иметь железобетонный каркас, то он будет более массивным, объемным, будет иметь развитые сечения. Важно заранее определить способ производства работ - монолитный или сборный. Для металлических конструкций проектирование будет вестись по другим нормативам, которые учитывают особенности работы стали, ее поведение при нагружении. Если к каркасу будут приложены значительные нагрузки, то его колонны в большинстве случаев будут иметь сквозное сечение, в иных случаях достаточно устройства сплошностенчатых колонн.
Сплошностенчатые колонны
Колонны сплошного сечения или сплошностенчатые как правило имеют постоянный профиль, который может меняться каждые несколько этажей. Самым распространенным профилем для колонн является двутавр. Его сечение идеально воспринимает приложенные нагрузки, задействуя весь материал сечения. Для составного сплошностенчатого профиля не составляет труда сформировать сечение нужных габаритов. По сравнению с балками, двутавровые колонны имеют более развитые полки, обеспечивающие устойчивость. Сечение в форме двутавра может быть моносимметричным и бисимметричным, выбор определяется действующей системой сил.
Бисимметрия – это симметрия, которая достигается относительно двух разных осей.
В гражданских зданиях колонны как правило скрыты в толще ограждающих конструкций или перегородок. Но в промышленных зданиях они остаются на виду по ряду причин:
- во-первых, необходим визуальный осмотр конструкций, которые подвержены значительным нагрузкам, в том числе динамическим. Даже неопытный человек может заметить провисание и деформацию конструкций;
- во-вторых необходим доступ к конструкциям для их ремонта и обслуживания;
- в-третьих для отделки требуются дополнительные затраты, которые не всегда целесообразны в рамках проектируемых крупномасштабных объектов.
С точки зрения архитектуры, колонны являются одним из средств достижения архитектурной выразительности. К примеру внешняя структурная оболочка каркаса может стать изюминкой проекта, при этом такая оболочка улучшает работу каркаса и распределение нагрузок. Колонны в здании могут объединяться в группы, в том числе, для достижения большей архитектурной выразительности.
Рисунок 1. Примеры симметричных и несимметричных сплошностенчатых сечений. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Компоновка сечений сплошностенчатых внецентренно-сжатых колонн
Если высота сечения колонны не превышает метра, то применение сплошностенчатых внецентренно сжатых профилей целесообразно.
Колонны могут испытывать знакопеременные моменты или моменты одного знака. В первом случае при постоянном по всей длине сечении применяют прокатные и сварные симметричные двутавровые сечения. Во втором случае целесообразно применять несимметричные сечения из-за того, что один момент значительного отличается от другого.
При расчете выбирают два сечения, которые будут наиболее характерными. Анализируют возможные комбинации действия изгибающего момента на колонны, а также нормальных усилий и убирают те, которые не приведут к предельном состоянию.
Выявив максимальный расчетный эксцентриситет, по нему определяют требуемое сечение конструкции и выполняют дальнейшие проверки.
Надкрановая часть колонны сплошного сечения, которая имеет симметричное сварное сечение, не зависит от знака изгибающего момента.
Для определения требуемой площади сечения используют формулу устойчивости, в которую входят:
- расчетная продольная сила;
- коэффициент устойчивости, учитывающий внецентренное сжатие;
- расчетное сопротивление стали.
Если подбирается прокатное сечение, то задача конструктора значительно упрощается, двутавр подбирается из эмпирической зависимости, учитывающей продольную силу, максимальный момент, эксцентриситет продольной силы, расчетное сопротивление стали.
Выполнение расчетов с учетом действия внецентренного сжатия выполняется для самых опасных сечений, в которых действия изгибающего момента и продольной силы настолько велики, что угрожают наступлением предельного состояния и разрушением конструкции. Спроектировав колонну исходя из этих критических нагрузок, мы можем быть уверены в ее надежности и прочности.
