Конструирование и расчет центрально-сжатых колонн. Узлы колонн.

Центрально-сжатые колонны применяются в каркасных промышленных и гражданских зданиях. Используются металлические и ж/б колонны. Для центрально-сжатых колонн характерна потеря устойчивости, поэтому в условии прочности используется коэффициент продольного изгиба φ.

Ж/Б колонны по форме поперечного сечения делают чаще всего квадратными или прямоугольными, реже круглыми, многогранными или двутавровыми. Размер поперечного сечения определяется по расчёту. В целях стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн назначают кратными 50 мм. Чтобы обеспечить хорошее качество бетонирования, монолитные колонны с поперечными размерами меньше 250 мм к применению не рекомендуются. Используют бетон класса не ниже В15, для сильно нагруженных – не ниже В25. Насыщение поперечного сечения продольной арматурой оценивают процентом армирования μ. В практике для сжатых стержней обычно принимают армирование не более 3%.

Металлические колонны состоят из 3 частей: 1) Оголовок – на него опирается вышележащая конструкция, нагружающая колонну; 2) Стержень – основной конструктивный элемент, передающий нагрузку от оголовка к базе; 3) База – передаёт нагрузку от стержня на фундамент. Колонны бывают сплошными и сквозными.

Сплошные колонны. Формы поперечных сечений сплошных колонн:

Чаще всего проектируют в виде широкополочного двутавра, сварного или прокатного. Приемущество крестового сечения в том, что при одинаковых габаритах оно обладает большей жесткостью, чем двутавровое, так как его радиусы инерции больше. Простыми, но ограниченными по площади и менее экономичными по расходу стали получаются колонны из 3-х прокатных профилей (рис е).

При небольших нагрузках используются колонны трубчатого сечения, сварные из двух швеллеров.

Сквозные колонны. Формы поперечных сечений сквозных колонн: Схемы решёток:

Стержень сквозной колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллер, двутавр), связанных между собой решётками. Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь развитое сечение для обеспечения жёсткости, поэтому их рационально выполнять из четырёх уголков. Такие сечения обладают значительной жёсткостью, однако трудоёмкость их изготовления больше трудоёмкости изготовления двухветвевых стержней. При трубчатом сечении ветвей возможны трёхгранные стержни.

Решётки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и её ветвей в частности. Могут выполняться в виде раскосов, раскосов и распорок и безраскосными (в виде планок). Чтобы сохранить неизменяемость контура поперечного сечения сквозной колонны, ветви колонны соединяют поперечными диафрагмами, которые ставят через 3-4 м по высоте колонны.

Расчёт центрально-сжатых колонн. Выбирается расчётная схема колонны. Она определяется способом закрепления колонны в фундаменте и способом прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.

Находим расчётную длину колонны , где - геометрическая длина колонны, - коэф-нт, зависящий от способа закрепления колонны.

Подбор сечения колонны. Сечение подбирается исходя из условия прочности.

- для металлических колонн, где - расчётная нагрузка, - коэффициент продольного изгиба, - расчётное сопротивление стали, - коэффициент условия работы.

Для определения коэффициента находится гибкость , где - приведённая длина колонны, - момент инерции сечения. После находим радиус инерции , подбираем ширину полки , где – коэф-нт, зависящий от формы сечения.

В ж/б колоннах размеры сечения принимаются конструктивно, рассчитывают площадь армирования поперечного сечения: , где - расчётная нагрузка, - коэффициент продольного изгиба, - расчётное сопротивление сжатию бетона и арматуры, - площадь поперечного сечения колонны.

, где , - коэф-ты, зависящие от жёсткости, хар-ра армирования, отношения .

Проверяем выполение условия прочности. Для ж/б колонн: , где - коэф-нт, учитывающий размеры сечения. Для металлических колонн:

Для сквозных колонн производится расчёт решётки. Задаёмся , , проверяем на устойчивость относительно оси х: , находим (для раскосной решётки задаёмся поперечной площадью раскосов ), находим радиус инерции , находим расстояние между ветвями . Проверяем на устойчивость относитлеьно оси y: , где - момент инерции стержня, – площадь поперечного сечения стержня, . Находим радиус инерции , находим , сравниваем с требуемым значением, задаёмся размерами планок(раскосов). Опирание балки на колонну сбоку