Конструкция, подбор и проверка общей устойчивости сплошных колонн

Одним из главных элементов каркаса являются колонны, которые могут иметь сплошное или сквозное сечение.

Конструкция сплошных колонн

Металл в строительстве традиционно применяется для изготовления каркаса, так как он имеет высокие прочностные характеристики, стены же из металла делать нецелесообразно, он плохо работает как ограждающая конструкция, легко отдавая все накопленное внутри помещения тепло наружу.

Металлические колонны изготавливаются на заводах согласно заранее разработанным чертежам.

К ним применяется следующая классификация:

• по типу сечения, колонны могут быть постоянного, переменного сечения и раздельными;
• по конструкции колонны могут использоваться различными типами кранов;
• по принципу работы колонны могут быть основными или фахверковыми;
• по характеру нагружения колонны могут быть центрально-сжатыми или внецентренно-сжатыми;
• по сечению колонны могут быть сплошными прокатными и сплошными составными;
• по профилю сечения колонны могут быть иметь форму двутавра, трубы, квадрата, швеллера.

Для изготовления сплошных металлических колонн применяются трубы, швеллера, уголки, двутавровые балки прокатные и сварные. Производятся колонны сплошного сечения либо с помощью проката, либо с помощью сварки. При сварке нужные листы нарезаются, устанавливаются на сварочном стане и скрепляются автоматической сваркой, этот способ подходит для прямоугольных и двутавровых колонн. Для круглых колонн обычно применяют метод горячей обкатки.

Конструкция стальных колонн состоит из базы, стержня и оголовка. Под базой понимается место крепления колонны к фундаменту, обычно крепление выполняется с помощью анкерных болтов, а сама база служит для передачи и равномерного распределения нагрузки от колонны на фундамент. Стержень является средней частью колонны, он может быть постоянного или переменного сечения. Оголовок представляет собой верхнюю часть сечения, которая воспринимает нагрузки от вышележащих конструкций и передает их по стержню на базу.

Рисунок 1. Методика подбора сечения центрально-сжатой колонны. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Подбор и проверка общей устойчивости сплошных колонн

Рассмотрим алгоритм расчета центрально сжатой колонны, имеющей сплошное сечение:

• записываем исходные данные и составляем расчетную схему. Обычно мы имеем дело с шарнирно закрепленной с двух сторон колонной. По расчетной схеме определяем расчетную длину колонны, с учетом коэффициента расчетной длины. Согласно заданным условиям при центральном сжатии колонна проектируется исходя из принципа равноустойчивости;
• определяем расчетную нагрузку, которая приходится на колонну;
• назначаем тип поперечного сечения, это может быть двутавр, швеллер, труба или другой профиль;
• задаем класс стали, который будет зависеть от самого объекта, климата района и условий работы. Для выбранного класса стали по нормативам определим расчетное сопротивление;
• для дальнейших расчетов определим коэффициент условий работы колонны;
• чтобы найти требуемую площадь поперечного сечения разделим нагрузку на расчетное сопротивление, коэффициент условий работы и коэффициент Ф, который можно найти задав гибкость колонны;
• определим требуемый радиус инерции сечения и по двум характеристикам примем сечение колонны по сортаменту.

Далее необходимо выполнить проверки принятого сечения.

Если проектный профиль не удовлетворяет требованиям прочности, жесткости или устойчивости, то используют сварные колонны. Сечение назначается самостоятельно и проверяется. Высота сечения обычно находиться в переделах 1/12–1/20 длины, ширина принимается равной высоте, толщина составляет от 10 до 40 мм. Примерно 4/5 площади сечения должно приходиться на пояса и лишь 1 /5 на стенку. ]

В результате выполненного расчета подобранное сечение может иметь большой запас прочности, но не всегда удается его уменьшить, сохранив при этом устойчивость. Также важно выбирать сортамент который будет соответствовать объекту, сам завод изготовитель должен располагаться в транспортной доступности, чтобы выбранные элементы можно было доставить наземным транспортом с соблюдением всех мер безопасности при перевозке.