2.2. Підбір перерізу колони

Першим етапом підбору перерізу колони є визначення розрахункових довжин. Згідно з пунктами 1.9.3.1–1.9.3.3 ДБН В.2.6-163:2010 [3] розрахункова довжина в площині рами визначається за формулою , у якійμ=2 – коефіцієнт приведення довжини для колони з жорстким закріпленням у фундаменті та вільним верхнім кінцем за 1.9.7 ДБН [3]; h – висота колони, визначена в підрозділі 1.2. Розрахункова довжина з площини рами спочатку приймається рівною висоті колони, а при необхідності зменшується шляхом встановлення додаткової розпірки у вертикальних в’язях по колонах. Рішення про встановлення такої розпірки приймається за результатами перевірки стійкості колони з площини рами.

Таким чином, вихідними даними для підбору перерізу колони є її розрахункові довжини у площині та з площини рами, а також визначена в попередньому підрозділі розрахункова комбінація зусиль M і N.

Колони одноповерхових будівель можуть виконуватися суцільними або наскрізними. Переваги суцільних колон з прокатних двотаврів чи інших профілів полягають у конструктивній простоті та високій технологічності їх виготовлення. Наскрізні колони з двох гілок, з’єднаних планками чи гратками, можуть бути кращими за витратами сталі, але є конструктивно й технологічно складнішими, ніж суцільні. Тому наскрізні перерізи звичайно використовують у високих колонах, які неможливо запроектувати з прокатного двотавра, або які при дотриманні висоти перерізу, необхідної для забезпечення жорсткості, підбираються з надмірними запасами стійкості. Порядок проектування наскрізних позацентрово стиснутих колон детально розглянутий в [5, 6, 7] на прикладі одноповерхових виробничих будівель з мостовими кранами,

В курсовій роботі рекомендується проектувати колони суцільного перерізу, виконані з прокатного двотавра з паралельними гранями полиць типу Ш або К. Невисокі колони будівель з легкими покрівлями можна також виконувати з гнутозамкнутих прямокутних профілів (прямокутних труб). Підбір перерізу суцільної колони виконується у порядку, описаному нижче.

1. За вказівками норм встановлюють параметри, що визначають відповідальність та умови роботи основної несучої колони каркасу:

• клас відповідальності будівлі (СС1, СС2, СС3) за пунктом 5.1 і додатком А ДБН В.1.2-14-2009 [1] (витяг з ДБН [1] наведений в додатку А.2);

• категорію конструкції за призначенням (А, Б, В) та напруженим станом (І, ІІ, ІІІ) за додатком В ДБН В.2.6-163:2010 [3];

• суму балів і номер групи конструкцій за вказівками пункту В.1 ДБН [3] з урахуванням відсутності несприятливого впливу зварних з’єднань і значних напружень розтягу від розрахункового навантаження (при цьому класам відповідальності СС1, СС2, СС3 за [1] відповідають класи ІІІ, ІІ, І за [3]);

• коефіцієнт відповідальності γ_n для розрахунку колони за граничним станом першої групи в усталеній розрахунковій ситуації за пунктом 7.6.4 ДБН [1];

• коефіцієнт умов роботи γ_с за таблицею 1.1.1 ДБН [3].

2. За встановленою групою конструкцій (як правило, для колони група 3 або 4) вибирають сталь для проектування колони з таблиці Е.1 ДБН [3]. За таблицею Е.2 ДБН [3] попередньо визначають розрахунковий опір R_y прокату з обраної сталі. Враховуючи характер роботи та вид граничного стану колони (втрата стійкості), рекомендується обирати сталі звичайної міцності з невисокими значеннями розрахункового опору.

3. Необхідну площу поперечного перерізу колони визначають за наближеною формулою, рекомендованою [7]

, (2.2)

де M і N – розрахункова комбінація зусиль в колоні з підрозділу 2.1;

b – габаритна висота перерізу (ширина) колони, попередньо вибрана при компоновці поперечної рами в підрозділі 1.2.

3. Виходячи з отриманої площі перерізу А_Н та встановленої при компонуванні поперечної рами габаритної висоти перерізу колони b, обирають тип і розмір профілю (прямокутна труба, двотавр типу Ш або К). Висота вибраного профілю (висота двотавра чи більший розмір прямокутної труби) не повинна не меншою за 0,8×b, інакше рама не матиме достатньої поперечної жорсткості. Із сортаменту виписують позначення профілю та геометричні характеристики його поперечного перерізу:

• ширину b_f та товщину t_f полички;

• площу поперечного перерізу А;

• момент опору відносно осі більшої жорсткості W_x;

• радіуси інерції відносно обох осей i_x , i_y .

4. За таблицею Е.2 ДБН [3] з урахуванням товщини полички вибраного профілю уточнюють розрахунковий опір сталі R_y.

5. Згідно з вимогами пункту 1.6.2.2 ДБН [3] визначають розрахункові параметри, необхідні для перевірки стійкості колони в площині рами:

• гнучкість та умовна гнучкість колони в площині рами

;; (2.3)

• відносний ексцентриситет навантаження

; (2.4)

• відношення площі полички о площі стінки вибраного профілю

; (2.5)

• коефіцієнт впливу форми перерізу за формулами з таблиці К.2 ДБН [3] з інтерполяцією по величині відношення A_f / A_w;

• приведений відносний ексцентриситет m_ef за формулою (1.6.6) ДБН [3];

• коефіцієнт стійкості при позацентровому стиску φ_е за таблицею К.3 ДБН [3] залежно від приведеного відносного ексцентриситету m_ef і умовної гнучкості .

6. Виконують перевірку стійкості колони у площині рами (у площині дії згинального моменту) за формулою (1.6.5) ДБН [3] і визначають граничну гнучкість за відповідною формулою з таблиці 1.9.9. ДБН [3], використовуючи результат перевірки стійкості в якості значення α. Якщо стійкість колони не відповідає вимогам ДБН [3] (гранична нерівність не задовольняється, або задовольняється з надмірним запасом), або фактична гнучкість колони в площині поперечної рами λ_x перевищує граничну, слід відповідним чином змінити переріз колони й повторити розрахунки за пунктами 3 – 5.

7. Визначають гнучкість та умовну гнучкість колони з площини рами

;; (2.6)

Розрахункова довжина колони з площини рами спочатку приймається рівною висоті колони: l_y=h. Якщо отримане значення λ_y перевищує визначену в пункті 6 граничну гнучкість, у системі в’язей по колонах встановлюють додаткову поздовжню розпірку й повторюють розрахунки за пунктом 7. Таке конструктивне рішення зменшує розрахункову довжину l_y та гнучкість колони з площини рами λ_y у 2 рази.

8. Визначають розрахункові параметри, необхідні для перевірки стійкості колони з площини рами (за згинально-крутильною формою втрати стійкості):

• коефіцієнт стійкості при центральному стиску відносно осі y – φ_y залежно від умовної гнучкості за таблицями В.2 – В.4 для типу кривої стійкості, обраного за вказівками пункту 1.4.1.3 ДБН[3];

• розрахункове значення згинального моменту M_x, яке згідно з пунктом 1.6.2.3 ДБН [3] приймається рівним найбільшому значенню згинального моменту в межах середньої третини довжини колони (у курсовій роботі в запас надійності можна прийняти M_x =2×M/3);

• коефіцієнт с за пунктом 1.6.2.5 ДБН [3], визначення якого для коробчатого перерізу з прямокутної труби слід виконувати, як для двотавра.

9. Виконують перевірку стійкості колони з площини рами (за згинально-крутильною формою втрати стійкості): для двотаврового перерізу – за формулою (1.6.7) ДБН [3], а для перерізу з прямокутної труби – за формулою (1.6.12) та вказівками останнього абзацу пункту 1.6.2.10 ДБН [3]. Якщо стійкість не забезпечена, рекомендується зменшити розрахункову довжину колони з площини рами l_y за рахунок встановлення додаткової поздовжньої розпірки в системі в’язей по колонах і повторити розрахунки за пунктами 7 –9.

Згідно з пунктом 1.6.1.2 ДБН [3], перевірка міцності позацентрово стиснутих стержнів при значенні відносного приведеного ексцентриситету не виконується. Місцева стійкість поличок і стінки колони завжди забезпечується за рахунок відповідної компоновкою перерізів прокатних профілів у сортаменті.