Расчет металлической колонны

Типы колонн

Красота, эстетика и мощь такого элемент как колонна восхищала еще древних греков. За прошедшие тысячелетия изменились технологии, материалы, но колонна остается одним из главных элементов, который присутствует почти во всех зданиях. Колонна, также и как прежде, имеет три основных элемента, оголовок (капитель), стержень (фуст) и базу.

Сегодня колонны утратили ту декоративность и пышность, которой их наделяли ранее, осталась лишь функция и форма. Колонны изготавливаются из дерева, железобетона и металла и используются в каркасных зданиях и зданиях с неполным каркасом. Железобетонные колонны изготовляются непосредственно на площадке(монолитные) или в заводских условиях (сборные). Деревянные колонны используют в частном загородном строительстве и сельскохозяйственных зданиях. Металлические колонны в основном применяются в общественных и промышленных зданиях.

Рассмотрим основные типы колонн:

• по типу колонны делятся на сплошные переменного сечения, сплошные постоянного сечения, решетчатые и раздельные. Сквозные колонные применяют при относительно невысоких нагрузках, примерно до 3600 кН для швеллеров или 600 кН для двутаврового сечения;
• по типу решетки колонны делятся на колонны с треугольной решеткой распоркой, на колонны с раскосной решеткой, на колонны с крестовой решеткой, на колонны полураскосной решеткой;
• по типу сечения колонны делятся на двутавры, швеллеры, трубы, уголки.

Рисунок 1. Схема изгиба колонны при разных типах закрепления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Расчет металлической колонны

Большинство колонн работает как центрально-сжатый элемент. Чтобы найти требуемую площадь сечения находят отношение нагрузки, приложенной к центру тяжести сечения, и делят ее на расчетное сопротивление металла сжатию, растяжению и изгибу.

Но на деле при возведении объекта практически невозможно добиться центрального сжатия без эксцентриситета, он возникает вследствие ряда причин. Поэтому рассмотрим, как проводится расчет на примере сквозной колонны из двух швеллеров поэтапно:

• вначале покажем расчетную схему колонну, где должно быть правильно изображено закрепление на обоих концах. Сверху, в месте передачи нагрузок от балок или ферм и внизу, в зависимости от способа закрепления в фундамент;
• далее определим расчетную длину колонны, для этого нам необходимо учесть коэффициент расчетной длины, который будет зависеть от типа закрепления. К примеру, коэффициент равен единице, если оба конца закреплены жестко или шарнирно и коэффициент равен двум, если один конец колонны не закреплен, а второй имеет жесткую заделку;
• далее определяем требуемую площадь поперечного сечения, для этого необходимо поделить расчетную нагрузку на коэффициент продольного изгиба, расчетное сопротивление стали и коэффициент условий работы;
• на основании найденной площади найдем в сортаменте подходящее по характеристикам сечение и находим гибкость колонны;
• далее для подобранного сечения определим устойчивость как отношение нагрузки к площади, умноженной на коэффициент продольного изгиба. Недонапряжение должно составлять не более 5 процентов, а перенапряжение недопустимо;
• далее находим расстояние между ветвями колонны из условия по которому приведенная гибкость относительно оси Y должна быть равна приведенной гибкости по оси Х;
• назначаем толщину планок, ширину сечения, концевые планки конструктивно;
• ширина сквозной колонны должна превышать сумму двух ширин швеллера и конструктивного зазора;
• далее находим расчетную длину ветви и принимаем длину кратной высоте;
• далее выполняем расчет планок, назначая их размер и выполняя расчет прикрепления к ветвям. Для этого умножим площадь поперечного сечения колонны на 0,26, чтобы найти поперечную силу на одной грани разделим найденное значение пополам. Затем найдем изгибающий момент и поперечную силу в месте прикрепления планки, принимаем катете шва, определяем площадь сварного шва и напряжение в шве.

Расчет колонны выполняется по первой и второй группе предельных состояний.