Центрально-сжатые колонны. Лекция 8

Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундамент на грунт. В зависимости от того как приложена нагрузка на колонну различают центрально-сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изгибаемые колонны. Центрально-сжатые колонны работают на продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие ее поперечного сечения. Внецентренно-сжатые колонны и сжато-изгибаемые колонны, кроме осевого сжатия от продольной силы, работают также на изгиб от момента.
Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента, обеспечивающей прикрепление с помощью анкерных болтов.
Колонны различаются: по типу – постоянного и переменного по высоте сечений; по конструкции сечения стержня – сплошные (сплошностенчатые) и сквозные (решетчатые). Сплошная колонна состоит из одного или нескольких вертикальных элементов, сваренных между собой по всей высоте колонны; поперечное сечение такой колонны — сплошное, без разрывов. Сквозная колонна состоит из нескольких отдельных ветвей, соединенных между собой на некоторых расстояниях планками или решетками.
При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления.
Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали, наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей.

Треугольная решетка из раскосов является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб.
Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливается зазор между полками ветвей не менее 100 мм.

Поперечное сечение сквозной колонны состоит из сечений отдельных ветвей, главные оси которых могут пересекать сечения материала колонны или могут не пересекать их, проходя между сечениями отдельных ветвей. Первые оси называют материальными, а вторые — свободными. В колоннах сплошного сечения обе оси являются материальными, а в сквозных колоннах, состоящих из двух ветвей, одна ось является материальной, а другая свободной. При четырех ветвях обе оси сечения являются свободными.
В зависимости от величины и характера нагрузки, а также высоты колонны применяют различные типы сечений колонн. В сплошных колоннах применяют сечения из одиночных прокатных профилей (двутавры нормальные и широкополочные) или составные сечения из прокатных профилей (швеллеров и двутавров) и листов. Сечения из одиночных прокатных профилей применяют для колонн небольшой высоты и при небольших нагрузках . Недостатком большинства одиночных прокатных сечений является боль-

Расчетная длина колонны lef с учетом способов закрепления колонны в фундаменте и сопряжения ее с балкой, примыкающей в верхней части, принимается равной:
lef = μl,
где l – геометрическая длина колонны;
μ – коэффициент расчетной длины, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху: μ = 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ = 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого).
При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.
Расчет на прочность элементов, подверженных центральному сжатию силой N следует выполнять по формуле
где An – площадь сечения нетто.
Расчет на устойчивость колонны при центральном сжатии выполняют по формуле
где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, принимаемый по условной гибкости λ