книги / Сварные конструкции.-1

б) для ступенчатых колонн — наибольшему моменту на длине участка постоянного сечения;

определяемому по формулам табл. IX. 5.

Коэффициент ц>вн представляет собой отношение критического напряжения потери устойчивости при внецентренном сжатии

к пределу текучести

вн.

(IX. 15)

ат

На основании экспериментальных и теоретических исследова­ ний критические напряжения для внецентренно сжатых стержней получены в зависимости от гибкости X и относительного эксцен* триситета тп (фиг. IX. 7, в). &ти напряжения ниже критических

Фиг. IX. 8. Значения коэффициентов <рвн: а — для стержней из малоуглеродистой стали; б — для стержней из низколегированной стали.

Для сквозных стержней относительный эксцентриситет опре­ деляется по формуле

где Hi — расстояние от нейтральной оси до оси наиболее сжатой, ветви;

Jx — момент инерции сечения относительно оси х—х.

Для учета влияния формы вводится специальный коэффи­ циент г], с помощью которого вычисляется приведенный эксцентри­ ситет тх

В справочной литературе приводятся подробные таблицы для определения значений коэффициента расчетной длины для раз­ личных случаев и вариантов, определяемых условиями опирания концов стоек поперечных рам одноэтажных и многоэтажных зданий.

Коэффициент ф8Н является функцией гибкости X и приве­ денного эксцентриситета тх. Значения коэффициента <рвн для стержней из малоуглеродистой и низколегированной стали даны на графиках фиг. IX. 8 и в табл. 2 приложения I.

Для сплошного прямоугольного сечения коэффициент формы т] = 1. Для неблагоприятных сечений, у которых при развитии пластических деформаций из работы сразу выпадает большая часть площади сечения, коэффициент формы ц > 1. К таким сече­ ниям относятся двутавры, прямоугольные трубчатые сечения при эксцентриситете в направлении стенок.

Сквозные стержни при достаточно густой решетке, обеспечи­ вающей монолитность работы ветвей, могут рассчитываться как сплошные. Податливость решетки характеризуется введением несколько большейгибкости, называемой приведенной. Крити­ ческие напряжения зависят от формы ветвей; если сжатая ветвь представляет собой, например, швеллер полками внутрь,—коэффи­ циент формы может быть принят т} = 1,4, а если швеллер полками наружу, то г) = 1,0 (табл. IX. 6).

Для ориентировочного определения площади поперечного сечения надо предварительно задаться радиусом инерции сече­

Коэффициент формы г] для колонн лежит в пределах 1,2ч-1,3.

Приняв среДниё значения т| = Î,25; г = 0,45А; найдем

Высота сечения h выбирается в зависимости от высоты стержня колонны I. Так, например, для колонн высотой / = 20 м, h = ‘

ния последующего приближения.

При больших значениях приведенного эксцентриситета (тх > 4) влияние нормальной силы и гибкости стержня умень­

при которой техника расчета несколько проще.

Внецентренно сжатый стержень должен быть также проверен на устойчивость из плоскости действия момента. Это вызвано тем, что момент уменьшает упругую часть сечения и поэтому крити­ ческое напряжение из плоскости тоже оказывается несколько меньшим и равным

(IX. 2 1 )

где окр — критическое напряжение при отсутствии момента; с — коэффициент, который меньше 1 .

Внормах СН и П II-B. 3-62 приведены детальные указания

ометодике определения коэффициента с для различных случаев, учитывающих относительный эксцентриситет, гибкость и форму сечения.

Сквозные колонны. В составных внецентренно сжатых стерж­ нях, кроме проверки на устойчивость стержня, в целом должны быть проверены отдельные ветви как центрально сжатые стержни.

Условия обеспечения местной устойчивости полок внецентренно сжатых стержней такие же, как и центрально сжатых.

Для стенки внецентренно сжатого элемента условия обеспе­ чения устойчивости несколько изменяются в связи с появлением неравномерного распределения напряжений от изгиба.

Наибольшая величина отношения Л0/0 определяется в зави­ симости от значений

т— среднее касательное напряжение в рассматриваемом отсеке стенки.

При а < 0,4 наибольшее значение отношения принимается как для стенок центрально сжатых элементов.

При а > 0,8 наибольшее значение отношения h0/à определяется по формуле

Кроме проверки на устойчивость, внецентренно сжатые стержни должны быть проверены еще и на прочность.

Прочность сплошных внецентренно сжатых элементов, не подвергающихся непосредственному воздействию динамических нагрузок, проверяется по формуле

з

(IX. 23)

где N, Мх и Му — абсолютные значения продольной силы и изгибающих моментов относительно осей

х—х и у—у,

W" и W" — пластические моменты сопротивления сече­

ний относительно осей х—х и у—у, которые не должны превышать соответствующие зна­ чения упругих моментов сопротивления бо­ лее чем на 2 0 %.

Для сквозных внецентренно сжатых элементов прочность

где х и у — координаты рассматриваемой точки сечения относи­ тельно его главных осей.

Различная структура формул (IX. 23) и (IX. 24) является результатом различий, принятых в основных расчетных установ­ ках для проверки прочности в сечениях сплошных и составных стержней. Проверка прочности стержней со сплошными сечениями производится с учетом пластических деформаций, тогда как при расчете составных стержней учитываются только упругие дефор­ мации. Это согласуется с особенностями условий работы стержней указанных двух типов. Сплошные сечения меньше по высоте по сравнению со сквозными сечениями, и поэтому пластические деформации у стержней первого типа более значительны.

Структура формулы (IX. 24), принятой для проверки прочности составных стержней, выражает собой простое суммирование на­ пряжений от продольной силы и изгибающих моментов, что соот­ ветствует принципу независимости проявления влияния различ­ ных силовых факторов в упругой стадии работы.

В упруго-пластической стадии работы принцип независимости проявления влияния различных силовых факторов неприменим. Влияние продольного усилия в этих условиях больше, чем влия­ ние изгибающих моментов, что и находит отражение в структуре формулы (IX. 23), в которой степень первого члена несколько выше.

Соединительные решетки или планки составных внецентренно сжатых стержней должны рассчитываться на условную поперечную силу, как и составные центрально сжатые стержни. Однако вне­ центренно сжатые стержни могут воспринимать и действительную поперечную силу. В таком случае расчет соединительных элемен­ тов должен производиться на большую из этих сил. При этом, если действительная поперечная сила больше условной, применять соединительные планки не рекомендуется. Помимо планок ветви поперечного сечения сжатого элемента соединяются между собой диафрагмами, расположенными перпендикулярно оси колонны.

§ 4. Конструирование и расчет деталей и узлов сварных колонн

Базы колонн обеспечивают закрепление нижнего конца стержня колонны в фундаменте в соответствии с расчетной схемой и распределяют сосредоточенное давление от стержня колонны по определенной площади фундамента.

Различают два типа баз: шарнирные (фиг. IX; 9, а) и бесшарнирные (фиг. IX. 9, б). База второго типа является наиболее распространенной. Она представляет собой уширенный конец колонны, передающий нагрузку через опорную плиту.

Размеры опорной плиты центрально сжатой колонны опреде­ ляются в зависимости от расчетного сопротивления материала фундамента сжатию Яф. Площадь плиты определяется на основе допущения о том, что давление на фундамент передается по всей

Плита воспринимает давление со стороны фундамента и рабо­ тает на изгиб. По условиям опирания на уширенную часть ко­ лонны отдельные участки плиты находятся в различных условиях работы. При этом в соответствии с обозначениями на схеме фиг. IX. 10, а можно выделить следующие участки пли1н . Край плиты по длинной стороне (участок /) представляет собой кон­ соль, нагруженную равномерно распределенной нагрузкой. Этот участок воспринимает погонный изгибающий момент равный

где P —-gi — среднее давление, передаваемое плитой на фун­

дамент.

Центральная часть плита (участок 2) представляет собой пластинку, опертую на прямоугольный контур, нагруженную равномерно распределенным давлением р. Этот участок плиты рас­ считывается как жесткая пластинка, шарнирно опертая по контуру по формулам (XI. 27) и (XI. 28). Изгибающие моменты в центре пластинки, действующие в направлениях сторон размерами а и Ь, вычисляются по формулам

Ма = kipa1-, Мв = k3pb2,

в которых коэффициента k2 и k3 определяются в зависимости от отношения сторон опорного контура Ыа (см. табл. XI. 3).

Учитывая наличие упругого защемления пластинки по кон­ туру, можно значения полученных моментов уменьшить на 2 0 %.

Край плиты по короткой стороне (участок 3) для упрощения целесообразно рассчитывать по схеме консольной балки так же,

I\

г■ ■ _“Е

650

700

Фиг. IX. 9. Базы колонн: а — шарнирные; б — бесшарнирные.

Ширину плиты В обычно определяют конструктивно. Тогда длина плиты может быть определена по формуле

г-=24 + /Ьте7+ЩГ №•»)

При определении толщины плиты для упрощения (в запас прочности) считают, что ее крайние участки воспринимают равно­ мерно распределенную нагрузку: р = отах. Для средних уча­ стков нагрузка плиты может быть принята несколько меньшей по наибольшему значению напряжений на границе ее опорного контура.

Для закрепления плиты в фундаменте ставятся анкерные болты, которые воспринимают "растягивающие усилия, возникаю­ щие во внецентренно сжатых колоннах. Диаметр анкерных болтов принимается не менее 25 мм; с каждой стороны базы ставится не менее двух болтов.'

Расчет анкерных болтов построен на предположении о том, что суммарная растягивающая сила Z, определяемая растянутой

Здесь а — расстояние центра тяжести сжатой зоны до оси стержня колонны;

у— расстояние центра тяжести сжатой зоны до центра тяжести растянутой зоны.

В обозначениях, принятых на фиг. IX. 10, б, будем иметь

Оголовок колонны выбирается в зависимости от типа сопря­ жения колонны с балкой. В основном различают свободное и жесткое сопряжения.

Свободное прикрепление балок к колоннам применяется в слу­ чаях, когда балка передает только вертикальные нагрузки. Это прикрепление является наиболее простым и удобным для монтажа. Свободное опирание балок сверху (фиг. IX. 1 2 , а) производится через плиту, которая приваривается к верхнему торцу стержня колонны по периметру.