Металлические конструкции дороже железобетонных, но обладают большей прочностью и меньшим сечением. Задачей конструктора при их проектировании является подбор такого сечения, которое выдержит приложенные нагрузки и позволит избежать перерасхода материала. Одной из возможностей для экономии является применение сквозных колонн вместо сплошных.
Сквозные колонны
По типу металлические колонны делятся на сплошные и сквозные. Чтобы представить себе сплошную колонну вообразим двутавр или тавр длиной в несколько метров, установленный вертикально. Как правило колонны в каркасной системе испытывают осевое сжатие, поэтому их рассчитывают на прочность и устойчивость.
Ветвь колонны – это конструктивных элемент сквозной колонны. Ветвь может быть наружной (шатровой) или внутренней (подкрановой).
Сквозная колонна, в отличие от сплошной состоит из нескольких ветвей, которые соединены между собой планками или решетками. В большинстве случаев можно встретить ветви колонн, выполненные в виде прокатных швеллеров или двутавров.
Основные параметры сечения сквозной колонны:
- ширина сечения;
- высота сечения;
- ширина полки ветви;
- расстояние между центрами тяжести ветвей;
- расстояние между серединой двух соседних планок;
- расстояние между планками в свету;
- ширина планки;
- толщина планки.
Сквозная колонна может иметь решетку различной формы. Безраскосной называется решетка, которая состоит из планок, которые располагаются перпендикулярно оси ветвей. Такой способ крепления используют, если сила, приложенная к колонне меньше 2500 кН. Часто используют раскосную треугольную сквозную колонну, соединительные элементы в которой располагаются под углом 55 градусов к оси колонны. Также используют раскосные решетки с распорками, в этом случае соединительные элементы располагают под углом в 45 и 90 градусов.
Расчет сквозных колонн ведется относительно оси х и оси y, для оси х используется та же формула, что и для сплошных колонн, для оси y гибкость заменяется приведенной гибкостью. При этом стоит учитывать, что работа соединительной решеткой направлена на обеспечение устойчивости колонны относительно свободной оси. Относительной свободной оси гибкость сквозной колонны будет выше, чем у сплошной.
Для сквозной колонны ось х будет материальной, поскольку она проходит через сечение ветвей и пересекает их материал. Ось y будет называться свободной осью, т. к. она не пересекает материал, а проходить лишь через решетку. В большинстве расчетов мы имеем одну материальную и одну свободную ось, но если колонна собрана из четырех уголков, то она имеет две свободных оси. Такая колонна будет называть четырехветвевой.
Рисунок 1. Сквозные колонны с различными типами решеток
Конструирование и расчет соединительной решетки сквозных колонн
Чтобы подобрать сечение колонны, выполняем расчет на устойчивость относительно двух осей. Гибкость отдельной ветви колонны принимается равной не более 40. Ширина колонны, равная раздвижке ветвей, вычисляется исходя из условия равноустойчивости, которая должна соблюдаться относительно обеих осей. Для определения ширины колонны значение расчетной длины колонны относительно каждой из осей, умножают на коэффициенты и высоту сечения.
Также стоит учесть, что в межветвевое пространство должен быть обеспечен доступ, поэтому зазор между двумя ветвями не может быть менее 10 см. Ширина колонны должна быть больше или равна сумме двух полок и 100 миллиметров.
Ширина и толщина планок принимаются относительно ширины колонны:
- ширина планки равна 0,5–0,8 от ширины колонны;
- толщина планки равна 1/15–1/30 от толщины.
Рисунок 2. Основные типы стальных колонн, вид в разрезе и на плане. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Как правило толщина планок задается в пределах 6 - 12 миллиметров
Расчет планок выполняется исходя из действия условной поперечной силы, которая равномерно распределена между планками, которые лежат в плоскости, перпендикулярной свободной оси.
Расчет производится как и для элементов безраскосных ферм, то есть на силу, срезающую планку и на момент, который изгибает планку.
Таким образом сквозные колонны состоят из прокатных балок и соединительных элементов, которые обеспечивают совместную работу ветвей. Гибкость относительно свободной оси у такой колонны выше.
Проверка швов выполняется на равнодействующее напряжение от изгиба и среза.
