Колонны

Колонны представляют собой вертикально распложенные стрежневые элементы, по которым нагрузка от вышележащих конструкций передается на фундаменты. В них различают: верхнюю часть – оголовок, на который опираются вышележащие конструкции; стержень – основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз, и базу (башмак) – нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент.

Если колонна работает на восприятие нагрузки от одной продольной силы, приложенной по центру тяжести сечения, то она называется центрально-сжатой. Если продольная сила не совпадает с центром тяжести сечения или к стержню приложены какие-либо поперечные нагрузки, то кроме сжатия возникает изгиб, и колонна называется внецентренно-сжатой.

Стержни колонн бывают постоянного, переменного или ступенчатого сечения по высоте. Сечение стержня колонны может быть сплошным или сквозным (решетчатым), состоящим из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.

ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫЕ КОЛОННЫ

Сплошные и сквозные колонны со стержнем постоянного сечения наиболее распространены при центральном сжатии. Сплошные колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах, сквозные наоборот - при меньших нагрузках и больших высотах.

Типы сечений для сплошных колонн показаны на рисунке1. Наиболее простая колонна получается из одного прокатного двутавра (рис. б); однако вследствие относительно небольшой боковой жесткости такая колонна рациональна в тех случаях, когда в плоскости меньшей жесткости есть дополнительные раскрепления (связи). Наиболее распространены составные двутавровые сечения (рис. в), они жестки в обоих направлениях и достаточно просты в изготовлении. По затрате наиболее экономичны колонны трубчатого сечения (рис. г). В последнее время получили широкое распространение колонны из широкополочных двутавров. Впервые они были использованы в США в 1980-х годах при строительстве высотных зданий, и с тех пор активно применяются в промышленном, гражданском и коммерческом строительстве в качестве балок, колонн и перекрытий. Это сечение обладает достаточно высокой жесткостью как в плоскости, так и из плоскости стенки и является весьма экономичным. Другие сечения (рис. д)применяются относительно редко.

Рис. 1 Сплошные колонны

а – общий вид; б-д – типы сечений

Типы сечений стержней для сквозных колоннпоказаны на рисунке2, где показано также соединение ветвей, которое может быть выполнено при помощи раскосов (решетки) или планок. Соединение ветвей колонны раскосами придает стержню большую жесткость, поэтому такие колонны применяют при значительных нагрузках, а также при возможных незначительных отклонениях продольной силы (не учитываемых расчетом) с оси стержня.

Рис. 2 Типы сечений и соединений ветвей сквозных колонн

Прочность стержня сквозной колонны, если ее ветви ослаблены какими-либо отверстиями (например, при креплении раскосов или планок заклепками или болтами), проверяют по формуле

Где N – расчетная продольная сила, Fнт – площадь нетто ветвей колонны.

Стержень колонны должен быть также проверен на устойчивость. Если сечение стрержня состоит из двух ветвей, то ось, пересекающая ветви, называется материальной, а ось пересекающая раскосы или планки – свободной. В сечении, состоящем из четырех вервей, обе оси свободные.

ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫЕ КОЛОННЫ

                Особенность внецентренно-сжатых колонн – воздействие на них одновременно продольной силы и изгибающего момента. Вследствие этого их сечения (в отличии от центрально-сжатых колонн) принимают боллее развитыми в плоскости действия момента (увеличивают высоту сечения) и часто несимметричными, так как от действия момента одна сторона сечения догружается, а другая – разгружается. Применяются колонны сплошного сечения и сквозные, постоянного сечения по высоте и переменного.

Сплошные колонны. Для колонн с небольшими усилиями, а также в случаях, когда изгибающий момент может действовать как в одну сторону, так и в другую, применяют симметричные сечения (рис. 3 а). При больших усилиях с односторонним моментом чаще проектируют н есимметричные сечения различного вида (рис.3 б).

Рис. 3 Сечения внецентренно-сжатых сплошных колонн

а – симметричные; б-несимметричные

 Сквозные колонны. Распространенные типы сечений сквозных внецентренно-сжатых колонн показаны на рис.4. Наличие изгибающего момента вызывает существенную поперечную силу, поэтому ветви внецентренно-сжатых колонн соединяют обычно раскосной решеткой. Симметричные сечения стержней колонн применяют при небольших усилиях или в тех случаях, когда изгибающие моменты действуют в обе стороны. При одностороннем моменте ветви колонн нагружаются неодинаково и более рациональны несимметричные сечения. Ширина обеих ветвей часто принимается одинакой для удобства крепления раскосов решетки.

Рис. 4 Сечения внецентренно-сжатых сквозных колонн

а – симметричные; б-несимметричные

Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами: расчетные усилия колонн Nи M раскладываются по поясам, где возникают только осевые продольные усилия. Решетка колонны воспринимает усилия от поперечной силы фактической или условной (если условная окажется больше фактической).