Tipuri de secțiune transversală a coloanelor
Coloanele transferă încărcătura de la structura superioară la fundație și constau din 3 părți, determinate de scopul lor: capac, pe pisică. structura de suprapunere care încarcă coloana se odihnește; core - principal membru structuraltransferarea încărcăturii de la vârful la bază; bază, transferând încărcătura de la tija către fundație.
Coloanele sunt solide și transversale.
Coloane solide:
În mod obișnuit, secțiunea transversală a unei coloane solide este proiectată sub forma unei fascicule cu flanșă largă, laminată sau sudată, cea mai convenabilă pentru a fi fabricată folosind sudură automată și care permite doar îmbinarea structurilor suportate. Diferite tipuri secțiuni de coloane solide:
Pentru ca o coloană să fie la fel de stabilă, flexibilitatea ei în planul axei x trebuie să fie egală cu flexibilitatea în planul axei y, adică ;.
Fasada obișnuită de rulare I datorită lățimii mici a rafturilor sale îndeplinește cel puțin cerința de stabilitate egală și, prin urmare, este rar utilizată.
Unghiul lant cu unghi larg de rulare poate avea b = h care nu satisface condiția de stabilitate egală, dar oferă încă o secțiune care este destul de potrivită pentru coloane.
Coloanele sudate formate din trei coli sunt destul de economice din punctul de vedere al consumului de materiale, deoarece pot avea o secțiune dezvoltată care asigură coloana cu rigiditatea necesară. Fasciculul sudat I este principalul tip de secțiune a coloanelor comprimate.
Sudarea automată oferă un mod ieftin, industrial de a realiza astfel de coloane.
Egal în două direcții și, de asemenea, simplu de fabricat sunt coloane cu secțiune transversală. La sarcini mici, ele pot fi alcătuite din două colțuri de calibru mare, coloanele grele sunt sudate din trei coli. Cu aceleași dimensiuni, secțiunea transversală a coloanelor este mai rigidă decât fasciculul I, deoarece razele sale de inerție eu x = eu y = 0,29b mai mult decât fasciculul I eu y = 0,24b. În coloanele grele acest lucru nu este semnificativ, deoarece flexibilitatea lor este de obicei mică și coeficienții φ sunt aproape de unitate.
Secțiunea transversală poate fi consolidată cu foi suplimentare atașate prin electrozi.
Simplă, dar limitată în zonă și mai puțin economică din punct de vedere al consumului de oțel, se obțin coloane de trei secțiuni laminate. Coloanele tubulare cu o rază de inerție i = 0,35d cp sunt foarte raționale, unde d cp - diametrul unui cerc de-a lungul axei foii care formează coloana.
Sudarea permite obținerea de coloane de secțiuni închise și de alte tipuri, de exemplu, din două canale, care, sub sarcini grele, pot fi armate cu foi sau din colțuri.
O secțiune transversală foarte economică a unei coloane de lumină poate fi obținută din profile sudate îndoite cu pereți subțiri. Avantajele coloanelor din secțiunea închisă sunt stabilitate egală, compactitate și aspect bun; dezavantajele includ inaccesibilitatea cavității interne pentru colorare. Pentru a evita coroziunea, astfel de coloane trebuie protejate împotriva pătrunderii umidității.
Când se umple oțel Betonul este o construcție complexă eficientă (conductă-beton), în care conducta este o carcasă care împiedică deformarea laterală a cilindrului închis în interiorul cilindrului de beton. În aceste condiții de lucru, rezistența la compresiune a betonului este semnificativ crescută, iar pierderea stabilității locale a țevii și coroziunea suprafeței sale interne sunt excluse.
Prin coloane:
Treci prin coloană comprimată central de obicei, constă din două ramuri (canale sau grinzi I), interconectate prin grătare.
O ramificație care se intersectează se numeste material; o axă paralelă cu ramurile este numită liberă. Distanța dintre ramuri este stabilită din condiția stabilității egale a tijei.
Canalele în coloanele sudate sunt mult mai profitabile pentru a pune rafturi în interior, ca în acest caz, grilajele sunt obținute cu o lățime mai mică și au folosit mai bine plicul coloanei.
Coloanele mai puternice pot avea ramificații de grinzi laminate sau sudate.
prin coloane din cele două ramuri, este necesar să se prevadă un spațiu între rafturile ramurilor (100-150 mm) pentru a putea picta suprafețele interioare.
Tijele de lungime mare, care transportă încărcături mici, trebuie să aibă o secțiune transversală dezvoltată pentru a asigura rigiditatea necesară, prin urmare este rezonabil să le proiectezi din patru colțuri conectate prin grătare în patru planuri. 
Astfel de tije cu o zonă mică a secțiunii transversale au o rigiditate considerabilă, totuși, complexitatea fabricării lor este mai intensă decât cea a fabricării de tije cu două ramificații.
Atunci când secțiunea tubulară a ramurilor sunt posibile tije triunghiulare ,
destul de dur și economic în ceea ce privește consumul de metale. 
Grilele asigură funcționarea în comun a ramurilor tijei coloanei și afectează în mod semnificativ stabilitatea coloanei ca întreg și a ramurilor acesteia. Grile de diferite sisteme sunt utilizate: de la brațe, de la brațe și struts, și ne-tăiat în formă de lamele .
Dacă grătarele sunt situate în patru planuri, este posibilă schema obișnuită și schema triunghiulară "pom de Crăciun" mai economică.
În coloane încărcate cu o forță centrală, este posibilă îndoirea de excentricități aleatorii. Din îndoire, apar forțe transversale, percepute de grătare, care împiedică deplasarea coloanelor în raport cu axa lor longitudinală.
Scopul proiectării unui element comprimat central este de a determina dimensiunile sale geometrice ale secțiunii.
Când alegeți tipul de coloană, trebuie să încercați să obțineți cea mai economică soluție.
Selectarea secțiunii transversale a unei coloane solide
Având în vedere tipul secțiunii coloanei, determinăm suprafața necesară a secțiunii transversale prin formula
Forța N calculată în coloană, γ - coeficientul condițiilor de lucru
Pentru a determina preliminar coeficientul φ (conform tabelelor), specificăm flexibilitatea coloanei λ = l 0 / i
Pentru coloanele solide cu o sarcină de proiectare de până la 1500-2500 kN și o lungime de 5-6 m, flexibilitatea poate fi stabilită λ = 100-70, pentru coloane mai puternice cu o încărcătură de 2500-4000 kN, se poate lua flexibilitate λ = 70-50. Având în vedere flexibilitatea λ și găsirea coeficientului corespunzător φ, determinăm în prima aproximare aria necesară și raza necesară de inerție corespunzătoare flexibilității date :. Dependența razei de inerție asupra tipului de secțiune este aproximativ exprimată prin formulele:;
De aici determinăm dimensiunile generale necesare ale secțiunii:
pentru că α 1 este de aproximativ 2 ori mai mare decât α 2, prin urmare, mărimea necesară și, și h sunt determinate de considerentele de proiectare. . După stabilirea dimensiunilor generale ale secțiunii, ele selectează grosimea rafturilor și pereților pe baza zonei cerute și a condițiilor locale de stabilitate.
Raportul dintre lățimea elementelor de secțiune și grosimea lor este ales astfel încât acestea să fie mai mici decât relațiile limita stabilite cu așa-numitele. forța egală a barei ca întreg și a elementelor acesteia.
În prima aproximare, de obicei, nu este posibilă găsirea unei secțiuni raționale care să satisfacă 3 condiții (A, b, h necesare), deoarece flexibilitatea a fost acordată arbitrar. Aceste valori corecte. corect a, b, h valori efectuați o verificare a secțiunii transversale
; φ min λ max
Și tensiune
Dacă este necesar, efectuați încă o modificare a dimensiunilor secțiunii, de obicei ultima. După selectarea finală a secțiunii transversale, este testată prin determinarea tensiunii efective. În același timp, coeficientul φmin este luat în funcție de cea mai mare flexibilitate reală, pentru calculul căruia sunt determinate momentele actuale de inerție și razele de inerție ale secțiunii coloanei recepționate;
Coloanele structurii de cadru transmit forțe verticale fundației. Ele funcționează în principal din sarcini verticale. distinge coloane comprimate și suspensie. coloane comprimate - compresia axială și aplicarea excentrică a sarcinii verticale, determinând o îndoire suplimentară. Strângerea accidentală a rigidității nesemnificative și a excentricităților mici cauzează, de obicei, doar solicitări suplimentare nesemnificative, care, la proiectarea rame de oțel nu se numără.
Coloanele comprimate central sunt proiectate pentru flambaj. Deoarece pot pierde stabilitatea în două direcții, se calculează direcția cu o mai mică rigiditate. Prin urmare, pentru coloane, secțiunile transversale sunt mai favorabile, momentele de inerție ale cărora sunt aceleași în ceea ce privește ambele axe. Profilurile care au o diferență semnificativă în momentele de inerție pot fi folosite pentru coloane numai atunci când stabilitatea lor în planul momentului mai mic de inerție este asigurată prin prinderea în nivelul suprapunerii sau al fixărilor suplimentare în înălțime.
Coloanele din oțel sunt proiectate cu forme diferite în secțiune transversală. Datorită prezenței unei game largi de profile și a posibilității de a folosi oțeluri de diferite concentrații, este posibilă alegerea unei secțiuni care să asigure capacitatea de susținere a coloanei. Coloanele din oțel pot fi prin secțiune. Acest tip de secțiune este utilizat pe scară largă în construcția industrială datorită confortului elementelor învecinate sau în coloanele luminoase, pentru a crește rigiditatea acestora în direcția corectă prin extinderea ramurilor.
Suspensiile care lucrează la întindere nu sunt calculate pentru stabilitate.
Coloanele din oțel sunt economice în zona secțiunii transversale, în special coloanele goale cu rigiditate în flambaj. Cele mai mici dimensiuni ale secțiunilor au profiluri solide.
1. Pentru comparație, dimensiunile externe ale secțiunilor de beton armat și coloane de oțel sunt prezentate cu o lungime calculată de 3,5 m sub sarcină de 100 și 1000 tone. Coloanele din oțel au o secțiune transversală în formă de cutie sau solidă. În dimensiunile externe ale coloanelor din oțel, se ia în considerare placarea ignifugă cu o grosime de 25 mm.
Încărcăturile pe coloane și, în același timp, secțiunile transversale corespunzătoare ale coloanelor cresc de-a lungul etajelor clădirii de sus în jos. Deseori este de dorit să existe aceleași dimensiuni externe ale secțiunilor coloanei în toate etajele, în timp ce utilizarea elementelor standard de închidere și a garniturilor de coloane, instalarea pereților despărțitori și a plafoanelor adiacente sunt facilitate. Atunci când se utilizează profilele tubulare și tubulare, acest lucru se realizează prin schimbarea grosimii peretelui și prin utilizarea mai multor grade de oțel. Utilizarea profilurilor secțiunii continue pentru coloanele din etajele inferioare face posibilă obținerea celor mai mici dimensiuni externe.
Schimbarea secțiunii transversale a coloanelor
În coloanele profilurilor PB de bere utilizate frecvent, zona de secțiune poate fi modificată prin aplicarea unor rânduri de profile ușoare, normale și ranforsate, precum și a oțelurilor St37 și St52. Deoarece profilele seriei armate au dimensiuni exterioare extinse decât aceleași numere ale liniei normale, este adesea recomandat să se combine rândul ranforsat al profilului inferior adiacent cu rândurile luminoase și normale ale celui mai apropiat rând superior. La cele mai joase etaje, coloanele pot fi întărite cu o mărime mică sau fără o mărire a dimensiunii exterioare a profilului prin sudarea acestora în tablă de oțel în bandă largă.2. Un exemplu de schimbare a secțiunilor transversale ale coloanelor de-a lungul înălțimii unei clădiri.
I-grinzi
Forma cea mai comună de secțiune transversală a coloanelor. Este deosebit de convenabil atunci când este necesar să se monteze pe coloanele grinzilor în ambele direcții, deoarece toate elementele fasciculului I sunt disponibile pentru șuruburi- 1. Profile IPE pentru sarcini mici
- 2. IPB - profil cu rafturi largi, cel mai potrivit pentru coloane.
4. Grinzi sudate din oțel cu bandă largă pentru coloane cu sarcini foarte mari. Cu o grosime mare a foliei (până la 100 mm), un astfel de profil poate absorbi aproape toate sarcinile posibile.
Cutii cu profil dreptunghiular
Ele sunt utilizate pentru coloane cu forțe longitudinale mari și îndoire în ambele direcții sau cu o lungime liberă mare a coloanei având o secțiune transversală limitată. Datorită planurilor exterioare netede, ele sunt utilizate pentru coloane neclintite.5. Profil în formă de cutie obținut din IPB prin benzi de sudură pe laturi.
6. Profile goale dreptunghiulare sudate. În funcție de înălțimea coloanei, este posibilă modificarea suprafeței secțiunii transversale prin schimbarea grosimii foilor. Placa minimă de 8 mm. Sudarea foilor se poate face în diferite moduri.
7. Un profil pătrat solid care permite realizarea coloanelor cu cele mai mici dimensiuni ale secțiunii transversale, are un grad ridicat de rezistență la foc cu o protecție limitată și permite introducerea coloanelor în pereți despărțitori, realizând astfel o utilizare optimă a spațiului de pardoseală; costul de procesare este neglijabil.
8. Două bare de canal sudate. Profilul este adecvat numai în unele cazuri, deoarece zona secțiunii transversale poate fi schimbată numai prin sudarea benzilor din interior.
Profiluri încrucișate
9. Profilul format din patru colțuri. Datorită simetriei sale complete și a formei transversale deosebite, este adesea folosită din motive estetice. Sunt potrivite în special pentru coloanele care se află la intersecția partițiilor și ar trebui ascunse în ele.10. Profiluri după tipul fig. 9, dar armat cu benzi de oțel sudate între colțuri.
11. Profile pentru coloane grele de două IRB sau tablă de oțel. Astfel de secțiuni transversale sunt potrivite în special pentru coloane cu momente de îndoire în ambele direcții.
Profile de laminare goale
Tuburi rectangulare 12 sau patrate 13 cu aripioare rotunde au foarte mult vedere frumoasă. Folosirea lor pentru coloane necesită măsuri speciale. Zonele secțiunii transversale ale profilelor cu dimensiuni externe constante se modifică prin creșterea grosimii peretelui.14. Profilele unei secțiuni tubulare circulare sunt avantajoase din punct de vedere al proiectării, deoarece aceștia au aceleași momente de inerție în toate direcțiile.
15. Țevurile de același diametru exterior pot face eforturi diferite prin modificarea grosimii peretelui. Utilizarea țevilor cu pereți subțiri necesită măsuri speciale. Prețul conductelor este de aproape 3 ori mai mare comparativ cu profilurile de rulare I. Prin urmare, în ciuda costului nesemnificativ al fabricării coloanelor tubulare, în majoritatea cazurilor ele se dovedesc a fi mai scumpe decât coloanele din secțiunile cutiei (figura 6).
Secțiuni transversale
Aceste tipuri de secțiuni sunt adesea folosite în clădirile industriale. Ele sunt de asemenea potrivite pentru coloane. clădiri înalte, în cazul în care cursele trebuie să treacă între ramurile coloanelor sau în interiorul coloanelor, este prevăzută instalarea echipamentului tehnic. Aceste coloane au dimensiuni ale secțiunii transversale mai mari decât coloanele 5 și 6. Ramurile separate ale coloanelor sunt conectate una la cealaltă prin benzi sudate de ele, instalate cu un anumit pas care asigură rigiditatea necesară coloanei atunci când se lucrează la îndoire longitudinală.16. Coloane de două canale. 17. Coloane grele din două profile PB de bere. 18 Coloane luminoase din patru colțuri. Gama de colțuri vă permite să modificați zona secțiunii transversale a coloanelor într-o gamă largă.
pandantive
Suspensiile funcționează numai în tensiune, astfel încât este posibil să nu aibă secțiunea transversală necesară pentru tijele comprimate.19. Oțel rotund, transmisie de forță prin fire, extensie cu ajutorul unui cuplaj filetat. 20. Oțel din tablă. 21. Două canale. 22. Cablu de sârmă închisă de înaltă rezistență, transfer de forțe prin manșoane presate.
Coloanele comprimate în colț (fig.8.1, a) sunt utilizate pentru a susține podelele și podelele clădirilor, în locurile de muncă, treceri peste trepte etc. Piloții comprimați central funcționează ca parte a elementelor structurale grele grătare de zăbrele și rame (fig.8.1,6), elemente comprimate ale sistemelor de cabluri, etc.
Coloanele transferă sarcina de la structura superioară la fundație și constau din trei părți determinate de scopul lor: 1) capacul, pe care se sprijină structura suprapusă, încărcând coloana; 2) tija - principalul element structural care transferă sarcina de la vârful la bază; 3) baza care transmite sarcina de la tija la fundație.
Calcularea și proiectarea elementului principal coloanele comprimate central și tijele sunt făcute în mod egal.
Puncte de legătură bile comprimate central cu alte elemente ale complexului structural depind de tipul de construcție. Coloanele și tijele comprimate sunt proiectate aproape exclusiv din oțel.
Ei bine, lucrează la compresia centrală și sunt economice la costul coloanelor din beton armat din beton, a cărui miez constă dintr-o țeavă de oțel umplută cu beton. În conformitate cu schema statică și natura încărcării coloanei poate fi unică și multi-strat. Coloanele și tijele comprimate sunt solide sau prin. În mod obișnuit, secțiunea transversală a unei coloane solide este proiectată sub forma unei fascicule cu flanșă largă, laminată sau sudată, cea mai convenabilă pentru a fi fabricată folosind sudură automată și care permite doar îmbinarea structurilor suportate. Miezul unei coloane comprimate central constă, de obicei, din două ramuri (canale sau grinzi I), interconectate prin grătare (figura 8.4, a-c). O ramificație care se intersectează se numeste material; o axă paralelă cu ramurile este numită liberă. Distanța dintre ramuri este stabilită din condiția stabilității egale a tijei.
În cadrul unei povestiri clădiri industriale Se folosesc trei tipuri de coloane din oțel: constantă în înălțimea secțiunii, variabilă în înălțimea secțiunii - în trepte și sub formă de două suporturi, interconectate separat, separate.
În coloane de înălțime constantă, sarcina macaralelor de punte este transmisă la tija coloanei prin intermediul consolelor care susțin grinzile macaralei. Miezul coloanei poate fi solid sau prin secțiune. Marele avantaj al coloanelor cu secțiune constantă (în special solid) este simplitatea lor structurală, care asigură o intensitate scăzută a forței de muncă a producției. Aceste coloane sunt utilizate cu o capacitate relativ mică de macarale (Q15-20 tone) și o ușoară înălțime a atelierului (N până la 8-10 m).
Pentru macaralele grele, este mai profitabil să treceți la coloane în trepte, care pentru clădirile industriale cu o singură etapă sunt principalele tipuri de coloane. În acest caz, fasciculul de macara se sprijină pe marginea părții inferioare a coloanei și este situat de-a lungul axei ramurii macaralei.
În clădirile cu macarale situate pe două nivele, coloanele pot avea trei secțiuni cu înălțime diferită (coloane în două trepte), console suplimentare etc.
Atunci când macaralele funcționează în mod special sau se deschide în partea superioară a coloanei (cu o lățime de cel puțin 1 m) sau se aranjează un pasaj între macara și muchia interioară a părții superioare a coloanei.
În coloane separate, suportul macaralei și ramura de cort sunt conectate prin benzi orizontale flexibile într-un plan vertical. Din acest motiv, suportul macaralei primeste numai forta verticala din macarale, iar cortul functioneaza in cadrul sistemului de cadre transversale si percepe toate celelalte sarcini, inclusiv forta transversala orizontala de la macarale.
Coloanele de tip separat sunt raționale atunci când macaralele cu o capacitate mare sunt scăzute și în timpul reconstruirii atelierelor (de exemplu, în timpul expansiunii).
Calcularea unei coloane continue comprimate la nivel central
Procedura de calcul
1. Pregătirea schemei de proiectare a coloanei.
2. Determinarea sarcinii care acționează asupra coloanei (este, de asemenea, o forță longitudinală).
3. Determinarea lungimilor estimate ale coloanei.
4. Selecția preliminară și aspectul secțiunii.
5. Verificați secțiunea selectată.
1. Elaborarea unei scheme de proiectare
- lungimea geometrică a coloanei, care este definită după cum urmează:
,
unde este etajul etajului 1 ( inaltimea podelei),
- înălțimea fasciculului principal,
2. Determinarea sarcinii care acționează asupra coloanei
unde este lungimea fasciculului principal,
- deschiderea fasciculului secundar,
1,02 ÷ 1,04 - coeficient care ține cont de greutatea proprie a coloanei,
- sarcina pe coloană de la etajele superioare.
3. Determinarea lungimilor calculate
Luăm lungimea calculată față de axe x și y egală cu:
- lungimea estimată, determinată în funcție de condițiile de fixare a coloanei la capete,
unde este factorul de reducere a lungimii.
4. Selecția preliminară și aspectul secțiunii
Selecția preliminară a secțiunii se face din starea de stabilitate:
,
unde este coeficientul de flambaj, luat anterior în intervalul = 0,7 ÷ 0,9. este acceptată o anumită flexibilitate l.
Din starea de stabilitate, determinăm zona solicitată:
cm2
În secțiunea transversală optimă a unei coloane comprimate central, suprafața raftului și a peretelui sunt:
Lățimea și înălțimea secțiunii transversale a coloanei pot fi predeterminate din condiția egalității de stabilitate. Aceeași stabilitate implică faptul că flexibilitatea coloanei în raport cu axele xx și yy este aceeași, adică l x = da=lunde lse determină în funcție de coeficientul de flambaj adoptat.
- flexibilitatea coloanei față de axa x - x,
- flexibilitatea coloanei față de axa y - y,
unde i x și i y - raze de inerție în jurul axelor xx și respectiv yy.
i x = a x× h; i y = a y× b,
unde a x, un y - coeficienții de proporționalitate între razele de inerție și dimensiunile geometrice corespunzătoare.
Pentru fasciculele sudate I, se presupune că acești coeficienți sunt a x = 0,42 și un y = 0.24.
Înlocuiți aceste expresii de relații pentru flexibilitate și exprimați înălțimea și lățimea lor:
Și, de aici
Din condiția egalității de stabilitate, obținem o secțiune în care lățimea secțiunii b de aproximativ 2 ori înălțimea h. Această secțiune nu este constructivă, deoarece este incomod să organizăm joncțiunea de grinzi, deci luăm
h = b.
În acest caz, coloana nu este stabilă și se poate produce o pierdere de stabilitate în raport cu axa cea mai mare flexibilitate, adică axa y.
Alocând înălțimea și lățimea secțiunii, determinăm grosimea elementelor:
dimensiunile rezultate sunt rotunjite și coordonate cu gama de produse din tablă.
Cerințe de proiectare:
Grosime minimă: 10 mm, 6 mm;
din starea raportului de grosime a elementelor sudate.
Determinați caracteristicile geometrice reale:
zonă,
moment de inerție a secțiunii
raza de inerție.
5. Verificați secțiunea selectată
epuizare capacitatea de încărcare Este posibil să apară o coloană continuă comprimată în centru datorită următoarelor stări de limitare:
Pierderea stabilității globale față de axa cea mai mare flexibilitate (axa y);
Pierderea stabilității peretelui local;
Pierderea stabilității locale a raftului.
5.1. Verificarea stabilității în raport cu axa cea mai mare flexibilitate
Starea de stabilitate:
,
Supratensiunile nu sunt permise;
Subtensiunea nu trebuie să depășească 5%.
5.2. Verificați stabilitatea la raft local
Perioada de valabilitate este asigurată dacă raportul este:
unde este raza de raft
- Raportul de limitare a suprafeței raftului la grosimea sa este luat în conformitate cu SNiP II - 23-81 *.
5.3. Verificați stabilitatea peretelui local
Stabilitatea peretelui local este asigurată dacă condiția este îndeplinită:
unde este flexibilitatea zidului,
– flexibilitate maximă pereți, luați în conformitate cu SNiP II - 23-81 *.
Calcularea coloanelor de bază
Baza este partea suport a coloanei și servește la transferul forțelor din coloană către fundație. Folosind baza, o coloană rigidă sau articulată este îmbinată cu fundația.
În cazul împerecherii grele, șuruburile de ancorare trebuie să fie înglobate în beton de fundație și tensionate prin piulițele de pe plăcile de ancorare. Când sunt necesare balamale, sunt necesare șuruburi numai pentru fixarea coloanei în poziția de proiectare.
Baza este alcătuită dintr-o placă orizontală de bază și foi verticale traversate.
