Основные положения расчета и конструирования внецентренно сжатых стальных колонн сплошного и сквозного сечений.
Расчетная длина колонны в плоскости рамы 1Х зависит от формы потери устойчивости и определяется как произведение геометрической длины на коэффициент µ.
Для колонн с постоянным по высоте сечением коэффициенты расчетной длины µ принимают в зависимости от способа закрепления колонн в фундаменте.
Сплошные колонны.
Составные сечения компонуют из трех листов или листов и сварных а также прокатных двутавров. При компоновке составных сечений необходимо обеспечить условия применения автоматической сварки, а также местную устойчивость полок и стенки.
Стержень внецентренно сжатой колонны должен быть проверен на прочность и устойчивость как в плоскости, так и из плоскости рамы.
Проверку прочности необходимо делать только для колонн, имеющих ослабленные сечения, а также при значениях приведенного эксцентриситета m>20. В большинстве случаев несущая способность колонны определяется ее устойчивостью.
Проверку устойчивости сплошной внецентренно сжатой колонны в плоскости действия момента Мх выполняют по формуле: ,
где φ - коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии зависит от условной гибкости стержня λХ = λ√(R/Е) и приведенного эксцентриситета mx=mη; m=ex/px=MxA/NW - относительный эксцентриситет; W - момент сопротивления наиболее сжатого волокна; η - коэффициент влиянияформы сечения.
При проверке устойчивости следует рассмотреть возможные комбинации Мх и N и выбрать из них наихудшие.
По полученным значениям mх и λХ определяют коэффициент η. В первом приближении можно принять соотношение площадей полки и стенки АП/АСТ =0,5. Зная величину приведенного эксцентриситета и условную гибкость получим значение коэффициента ф и по формуле Атр=N/φRγ требуемую площадь сечения Атр. По требуемой площади Атр подбирают по сортаменту прокатный двутавр или компонуют сечение из трех листов. Наиболее выгодным по расходу стали является тонкостенное сечение. Однако минимальная толщина листов ограничивается условиями местной устойчивости.
Назначив толщину стенки, определяют требуемую площадь полки Ап:
Ап=(Атр-tстhст)/2
После проверки подобранного сечения в случае необходимости (при недонапряжении свыше 5 % или перенапряжении) проводят корректировку и повторную проверку.
Стенки сплошных колонн при hст/tст≥2,2√E/R нужно укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5 - 3)hСТ одно от другого, которые увеличивают жесткость колонны при кручении. На каждом отправочном элементе должно быть не менее двух ребер. Сварные швы, соединяющие стенку и полки в составных сечениях, следует выполнять сплошными. Высоту швов назначают в завис-ти от толщины полок.
Решетчатые колонны.
Стержень решетчатой колонны состоит из двух ветвей, связанных между собой соединительной решеткой. Для колонн крайних рядов чаще применяют несимметричные сечения.
Колонны средних рядов проектируют обычно симметричного сечения с ветвями из прокатных профилей либо составного сечения. Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами; от действующих в колонне расчетных усилий N и М в ее ветвях возникают только продольные усилия. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Несущая способность колонны может быть исчерпана в результате потери устойчивости какой-либо ветви или в результате потери устойчивости колонны в целом (в предположении, что она работает как единый сквозной стержень).
После определения расчетных усилий в ветвях каждую из них проверяют на устойчивость в обеих плоскостях как работающую на центральное сжатие.
Относительный эксцентриситет для сквозных сечений определяют по формуле m=e∙A/W=MxAy/NI
где Мх - расчетное значение изгибающего момента при проверке устойчивости; А - площадь сечения стержня (обеих ветвей); I - момент инерции сечения колонны; y - расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести наиболее нагруженной ветви колонны.