Компоновка сечений и расчет сплошных колонн. Стержень сплошностенча-той колонны постоянного сечения или надкрановои части ступенчатой колонны обычно проектируют двутаврового типа. Если применение широкополочных двутавров приводит к существенному повышению металлоемкости или отсутствуют двутавры необходимой мощности, то сечение колонн компонуют из трех листов в виде составного двутавра симметричного сечения (рис.4.4б). Несимметричное сечение из трех листов (рис.4.4в) допускается при сильном различии расчетных изгибающих моментов разных знаков. Полки высокой колонны при больших усилиях можно выполнять из прокатных или сварных двутавров (рис. 4.4г). Для подкрановой части ступенчатой колонны крайних Рис.4.4. Типы сечений сплошных колонн рядов целесообразно асимметричное сечение (рис.4.4 д).

Иногда размеры поперечного сечения колонны приходится увеличивать из условия жесткости, по конструктивным, технологическим или иным соображениям. В этом случае следует уменьшать толщину стенки, обеспечивая ее устойчивость гофрированием, укреплением ребрами жесткости или допуская закритическую работу (гибкая стенка). Другим решением является применение бистального сечения с выполнением стенки из более дешевой стали с меньшей прочностью.

При проектировании колонны требуется обеспечить ее несущую способность путем проверок общей устойчивости в плоскости и из плоскости рамы, местной устойчивости стенки и полок, а также ограничить гибкость колонны предельной величиной. Выполнение всех этих требований иногда вызывает необходимость повторных расчетов с корректировками первоначально назначенного поперечного сечения. От этого недостатка свободен прямой метод расчета колонн, предложенный Ю.В. Соболевым [2], который одновременно позволяет оптимизировать поперечное сечение колонны и назначить рациональное значение расчетного сопротивления стали. Однако этот метод еще не получил распространения в проектной практике, поэтому ниже изложены традиционные приемы расчета колонн.

Требуемая площадь поперечного сечения стержня сплошной колонны приближенно может быть определена по формуле


При распределении этой площади между стенкой и полками следует стремиться к передаче большей части на долю полок с тем, чтобы повысить общую устойчивость стержня, но при этом стенка не должна быть слишком тонкой для обеспечения ее местной устойчивости. Обычно толщину стенки назначают не менее 8 мм, а отношение высоты стенки hw к толщине tw принимают в пределах 60-120. Если повышение местной устойчивости стенки увеличением ее толщины не рационально, то можно укрепить ее продольными ребрами (рис.4.5 а) с моментом инерции относительно оси стенки не менее 6hwtw3, которые могут быть включены в расчетное поперечное сечение, либо исключить из работы в составе сечения колонны среднюю неустойчивую часть стенки (рис.4.5б). Площадь расчетного поперечного сечения колонны в этом случае будет состоять из полок и прилегающих к ним участков стенки шириной Q,85twJE/Ry ,

остальные геометрические характеристики следует принимать без учета ослабления.

Приведенные здесь соотношения компоновочных размеров приблизительны, поэтому не исключают возможных последующих корректировок с учетом требований норм. Иногда эти требования удается учесть на стадии компоновки. Так, если известно, что назначенная условная гибкость стенки Xw превышает предельную X то значение расчетной уменьшенной площади колонны ла может оыть уточнено по рекомендуемому приложению к СНиП [6].

Оставшуюся площадь поперечного сечения Ar - Aw распределяют между двумя полками: для симметричных сечений поровну, для асимметричных - пропорционально расчетным изгибающим моментам разных знаков. Для обеспечения устойчивости колонны из плоскости рамы ширину полки (или ширину наиболее нагруженного пояса несимметричного сечения) /у принимают в пределах (1/20 - 1/30) высоты колонны, а толщину полки tf назначают из приближенного условия местной устойчивости порядка значения bf JRy IE .

Скомпонованное таким образом сечение колонны необходимо проверить в общем случае: на прочность с учетом развития пластических деформаций, на общую устойчивость в плоскости и из плоскости рамы, на местную устойчивость полок и стенок (участков стенки между продольными ребрами и полками). Все необходимые указания и формулы таких проверок содержаться в нормах проектирования [6]. Подобные проверки должны быть выполнены для всех расчетных комбинаций усилий, за исключением заведомо благоприятных.

Как уже указывалось ранее, в рассмотренной схеме компоновки сечения использовались весьма приближенные зависимости, что связано с наличием в более точных формулах дополнительных исходных данных. Результатом такого глубокого расчета может быть риск необходимости последующих корректировок и повторных проверок. Степень такого риска может быть уменьшена, если предварительно вычислить приближенные значения условной гибкости стержня и относительного эксцентриситета. Это позволит не только уточнить оценки местной устойчивости, но и более точно определить требуемую площадь поперечного сечения стержня колонны из условия ее общей устойчивости

Применительно к стержню двутаврового сечения можно пользоваться следующими приближенными формулами [1]

Заключительным этапом расчета колонны является проверка соотношений погонных жесткостей, принятых для статического расчета рамы. Если фактические жесткости отличаются от заданных на 30 % и более, то статический расчет рамы и все последующие расчеты необходимо выполнить заново при новых соотношениях жесткостей, полученных в результате проведенного расчета.

Стенки колонн при hw/tw > 2,3jElRy следует укреплять поперечными ребрами

жесткостей, поставленными с шагом (2,5-3)hw, но не менее двух на отправочном элементе. Ширину ребра br принимают не менее hw/30 + 40 мм для парных симметричных ребер и hw/24 + 50 мм для одностороннего ребра; толщина ребра должна быть не менее 2ЪГ jRy jE .

Заводские сварные швы рекомендуется выполнять сплошными полуавтоматической сваркой в углекислом газе в нижнем положении, монтажные швы - ручной сваркой. Высоту катета поясного шва назначают в зависимости от толщины полок: ее принимают по таблице минимальных катетов швов норм проектирования [6], но не менее 6 мм. В местах примыкания к колонне других конструкций катеты поясных швов колонны увеличивают до размера швов примыкающих элементов, при этом швы повышенной высоты заводят на длину ЗОАу по обе стороны от места примыкания. Это требование распространяется и на колонны с односторонними поясными швами: в местах примыкания к колонне конструкций поясные швы должны быть выполнены двусторонними и выходить за контуры прикрепляемого элемента на указанную величину. Применять односторонние швы разрешается в колоннах, работающих в условиях близких к центральному сжатию, иначе необходимо выполнить требования норм, предъявляемые к изгибаемым элементам.

Применение односторонних угловых швов не допускается в конструкциях: группы I, эксплуатируемых в среднеагрессивной и сильноагрессивной средах; возводимых в климатических районах 1Ь 12, П2, П3.

Защиту колонн от коррозии следует производить в соответствии с указаниями глав СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии». В чертежах КМ следует указывать способ защиты от коррозии, марки материалов и толщину покрытия (для лакокрасочных покрытий - количество грунтовочных и покровных слоев).