Расчет центрально-нагруженных элементов на устойчивость

Сбор нагрузок

Здания состоят из вертикально и горизонтально ориентированных несущих конструкций, на которые действуют различные нагрузки. Эти нагрузки должны быть учтены при расчете, если по результатам расчета выбранное сечение способно выдержать прилагаемую нагрузку, то его размеры принимаются и переходят к расчету остальных конструкций.

Сбор нагрузок это одна из самых важных частей расчета, поскольку здесь задаются условия работы конструкций. Одно и тоже здание в Сочи и в Екатеринбурге будет испытывать разные нагрузки, поскольку будут меняться условия работы. В Сочи не будет таких обильных снежных осадков, из-за которых толщина стен и перекрытий должна быть увеличена.

Для того, чтобы учесть все факторы нагрузки делятся на постоянные и временные. Они могут быть равномерно распределенными по всей площади или прикладываются точечно. Самой первой постоянной нагрузкой является собственный вес конструкции. Чтобы найти величину этой нагрузки необходимо знать геометрические размеры и плотность материала. Если расчеты только начались, и неизвестен состав и толщины слоев, то значения задаются приблизительно и будут уточнены по мере выполнения расчетов.

К временным нагрузкам относятся:

• нагрузки от оборудования и людей;
• нагрузки от перегородок;
• нагрузки от материалов;
• климатические нагрузки;
• сейсмические нагрузки.

Временные нагрузки делятся на кратковременные и длительные, коэффициенты надежности по нагрузке для них приведены в СП.

Расчет центрально-нагруженных элементов на устойчивость

Если осевая линия элемента совпадает с направлением растягивающей или сжимающей силы, то такой элемент считается центрально нагруженным. При таким условиях выполняют расчет только по первой группе предельных состояний. Если элемент подвергается растягивающим усилиям, то его необходимо рассчитывать на прочность. При сжимающих усилиях расчет ведется на прочность и устойчивость.

Рассмотрим расчет центрально-сжатой колонны, который является одним из самых распространенных примеров центрально-нагруженного элемента:

• определяем высоту колонны, тип узлов соединения (рамный, рамно-связевый, связевый) и составляем расчетную схему, на которой показываем сосредоточенную нагрузку в верхнем узле;
• выполняем сбор нагрузок по СП «Нагрузки и воздействия». Чтобы определить возникающие в колоннах усилия, применяются методы строительной механики, а для статически неопределимых систем потребуются расчетные комплексы. Если система статически определима, то как привило сила равна нагрузке;
• определяем расчетную длину колонны, она будет зависеть от коэффициента приведения длины. Рассчитываемый элемент может терять устойчивость относительно двух осей, поэтому определяем расчетные длины в двух плоскостях;
• определяем требуемую площадь из условия устойчивости при котором площадь равна отношению приложенной нагрузки к расчетному сопротивлению стали, умноженному на коэффициент условий работы и коэффициент продольного изгиба;
• подбираем сечение по сортаменту;
• выполняем проверку подобранного сечения на прочность и общую устойчивость.

Рисунок 1. Расчет центрально-сжатых элементов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 2. Надежность и коэффициент устойчивости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Если в сечении нет отверстий и других ослаблений, то прочность будет заранее обеспечена конструкцией сечения, поэтому проверка может и не потребоваться.

Выполнение расчетов проводится достаточно быстро, если имеются все необходимые данные, такие как расчетные длины колонн, величина продольной силы, марка стали и назначение здания. Предварительно задав гибкостью колонны, находим значение коэффициента продольного изгиба и площадь сечения. Определив нужный вариант колонны по сортаменту, находим фактические гибкости в плоскости х и y, проверяем условие устойчивости и предельно допускаемую гибкость для основных колонн. Если фактическая гибкость не превышает предельно допустимой, то выбран верный вариант.