kolumny struktura ramy przenieść siły pionowe na fundament. Działają głównie z obciążeń pionowych. Są skompresowane kolumny i zawieszki. W słupach ściskanych ściskanie osiowe i mimośrodowe przyłożenie obciążenia pionowego powoduje dodatkowe zginanie. Przypadkowe zakleszczenia o niewielkiej sztywności i małych mimośrodach powodują zwykle jedynie nieznaczne naprężenia dodatkowe, których nie uwzględnia się przy projektowaniu ram stalowych.

Słupy ściskane centralnie są obliczane na wyboczenie. Ponieważ mogą stracić stabilność w dwóch kierunkach, obliczany jest kierunek o mniejszej sztywności. Dlatego dla słupów korzystniejsze są przekroje poprzeczne, których momenty bezwładności są takie same w obu osiach. Profile o znacznej różnicy momentów bezwładności mogą być stosowane do słupów tylko wtedy, gdy ich stabilność w płaszczyźnie mniejszego momentu bezwładności zapewniona jest poprzez zaciśnięcie w poziomie podłogi lub dodatkowe mocowania wzdłuż wysokości.

Słupy stalowe projektowane są w różnych kształtach przekrojów. Ze względu na obecność szerokiej gamy profili oraz możliwość zastosowania stali o różnej wytrzymałości, istnieje możliwość doboru przekroju zapewniającego niezbędną nośność słupa. Słupy stalowe mogą mieć przekrój. Ten typ sekcji jest szeroko stosowany w budownictwo przemysłowe dzięki wygodzie elementów łączonych lub w lekkich kolumnach, w celu zwiększenia ich sztywności w pożądanym kierunku poprzez rozsunięcie gałęzi.

Zawieszenia pracujące pod napięciem nie są obliczane pod kątem stabilności.

Słupy stalowe są ekonomiczne w przekroju poprzecznym, zwłaszcza słupy puste o sztywności wyboczeniowej. Najmniejsze wymiary sekcje mają solidne profile.

1. Dla porównania wymiary zewnętrzne przekrojów żelbetowych i stalowe kolumny o szacunkowej długości 3,5 m dla ładunku 100 i 1000 tf. Słupy stalowe mają przekrój skrzynkowy lub pełny. W wymiarach zewnętrznych słupów stalowych uwzględniono okładzinę ognioodporną o grubości 25 mm.

Obciążenia na słupy i jednocześnie odpowiadające im przekroje słupów rosną wzdłuż kondygnacji budynku od góry do dołu. Często pożądane jest posiadanie jednakowych wymiarów zewnętrznych przekrojów słupów na wszystkich kondygnacjach, przy jednoczesnym ułatwieniu stosowania standardowych elementów obudowy i okładzin słupów, montażu przegród i łączenia stropów. W przypadku profili skrzynkowych i rurowych osiąga się to poprzez zmianę grubości ścianek i zastosowanie kilku gatunków stali. Zastosowanie profili o przekroju pełnym dla słupów najniższych kondygnacji umożliwia uzyskanie najmniejszych wymiarów zewnętrznych.

Zmiana przekroju słupów

W słupach wykonanych z często stosowanych dwuteowników RV możliwa jest zmiana pola przekroju poprzez zastosowanie lekkich, normalnych i wzmocnionych rzędów profili oraz gatunków stali St37 i St52. Ponieważ profile wzmocnionego rzędu mają większe wymiary zewnętrzne niż te same numery normalnego rzędu, często zaleca się połączenie wzmocnionego rzędu sąsiedniego dolnego profilu z jasnymi i normalnymi rzędami następnego wyższego. W najniższych kondygnacjach słupy można wzmocnić praktycznie bez zwiększania zewnętrznego wymiaru profilu poprzez spawanie do nich blach z szerokich taśm stalowych.

2. Przykład zmiany przekrojów słupów wzdłuż wysokości budynku.

Profile dwuteowe

Najpopularniejszy kształt przekroju kolumn. Jest to szczególnie wygodne, gdy konieczne jest mocowanie belek do słupów w obu kierunkach, ponieważ wszystkie elementy belki dwuteowej są dostępne do przykręcenia.

• 1. IPE - profil do małych obciążeń
• 2. IPB - szeroki profil półki, najlepiej dopasowany do kolumn.

3. Dwuteowniki walcowane, wzmocnione taśmami stalowymi przyspawanymi do półek.

4. Spawane belki dwuteowe ze stali szerokopasmowej na słupy o bardzo dużych obciążeniach. Taki profil o dużej grubości blach (do 100 mm) może wytrzymać prawie wszystkie możliwe obciążenia.

Prostokątne sekcje skrzynkowe

Stosuje się je do słupów o dużych siłach podłużnych i zginaniu w obu kierunkach lub o dużej wolnej długości słupa o ograniczonym przekroju. Ze względu na równe płaszczyzny zewnętrzne stosuje się je do słupów bez podszewki.

5. Profil skrzynkowy uzyskany z IPB przez zgrzewanie listew po bokach.

6. Spawany prostokątny profil pusty. Istnieje możliwość zmiany powierzchni wzdłuż wysokości kolumny Przekrój zmieniając grubość blachy. Minimalna grubość blachy to 8 mm. Spawanie blach można wykonać na różne sposoby.

7. Solidny kwadratowy profil pozwalający na wykonanie słupów o najmniejszych wymiarach przekroju poprzecznego, posiada wysoki stopień odporności ogniowej przy ograniczonej ochronie oraz pozwala na umieszczenie słupów w przegrodach, co jest osiągane optymalne wykorzystanie powierzchnia podłogi; koszt przetwarzania jest znikomy.

8. Dwa zespawane kanały. Profil jest odpowiedni tylko w niektórych przypadkach, ponieważ pole przekroju poprzecznego można zmienić tylko przez spawanie pasków wewnątrz.

Profile krzyżowe

9. Profil uformowany z czterech rogów. Ze względu na pełną symetrię i specyficzny kształt przekroju jest często używany ze względów estetycznych. Szczególnie nadaje się do kolumn, które są umieszczone na przecięciu przegród i muszą być w nich ukryte.

10. Profile według rodzaju rys. 9, ale wzmocnione taśmami stalowymi wspawanymi między rogami.

11. Profile do ciężkich kolumn wykonane z dwóch IРВ lub blachy stalowej. Takie przekroje są szczególnie odpowiednie dla słupów z momentami zginającymi w obu kierunkach.

Profile puste

Prostokątne rurki 12 lub kwadratowe 13 z zaokrąglonymi płetwami są bardzo dobry widok. Używanie ich do kolumn wymaga specjalnych środków. Pola przekroju profili o stałych wymiarach zewnętrznych zmieniają się poprzez zwiększenie grubości ścianki.

14. Profile o okrągłym przekroju zamkniętym są korzystne z punktu widzenia projektowania, ponieważ mają te same momenty bezwładności we wszystkich kierunkach.

15. Rury o tej samej średnicy zewnętrznej mogą przenosić różne siły ze względu na zmianę grubości ścianki. Stosowanie rur cienkościennych wymaga szczególnych środków ostrożności. Cena rur jest prawie 3 razy wyższa w porównaniu z dwuteownikami walcowanymi. Dlatego pomimo niewielkich kosztów wykonania kolumn rurowych, w większości przypadków są one droższe od kolumn wykonanych z kształtowników skrzynkowych (rys. 6).

Przez sekcje

Tego typu przekroje są często stosowane w budynkach przemysłowych. Nadają się również do kolumn wysokie budynki, czy biegi muszą przechodzić między odgałęzieniami kolumn lub uszczelka jest umieszczona wewnątrz kolumn wyposażenie techniczne. Kolumny te mają większe wymiary przekroju poprzecznego niż kolumny 5 i 6. Poszczególne odgałęzienia kolumn są połączone ze sobą za pomocą przyspawanych do nich pasów, montowanych z pewnym stopniem, zapewniającym niezbędną sztywność kolumny podczas pracy na wyboczenie.
16. Kolumny dwóch kanałów. 17. Ciężkie kolumny z dwóch belek dwuteowych z profili RV. 18 lekkich kolumn z czterech rogów. Zakres kątów pozwala na zmianę pola przekroju słupów w szerokim zakresie.

wisiorki

Wieszaki działają tylko w naprężeniu, więc mogą nie mieć rozwiniętej sekcji wymaganej dla ściśniętych prętów.

19. Stal okrągła, przenoszenie siły przez gwint, przedłużenie z gniazdem gwintowanym. 20. Blacha stalowa. 21. Dwa kanały. 22. Lina zamknięta wykonana z drutu o dużej wytrzymałości, przenoszenie sił przez tłoczone tuleje.

Do konserwacji służą centralnie ściskane kolumny (rys. 8.1, a) podłogi i przekrycia budynków, w pomostach roboczych, wiaduktach, wiaduktach itp. Pręty ściskane centralnie pracują jako elementy konstrukcyjne i zespoły ciężkich kratownic i ram (rys. 8.1.6), ściskane elementy systemów wantowych itp.

Słupy przenoszą obciążenie z konstrukcji nadległej na fundamenty i składają się z trzech części określonych przez ich przeznaczenie: 1) głowicy, na której spoczywa konstrukcja nadległa, obciążającej słup; 2) pręt - główny element konstrukcyjny, przeniesienie obciążenia z głowicy na podstawę; 3) podstawa przenosząca obciążenie z pręta na fundament.

Obliczenia i projektowanie głównego elementu centralnie ściskanych kolumn i prętów odbywa się w ten sam sposób.

Punkty połączenia centralnie ściśniętych prętów z innymi elementami kompleksu konstrukcyjnego zależą od rodzaju konstrukcji. Kolumny i ściśnięte pręty są projektowane prawie wyłącznie ze stali.

Ekonomiczne pod względem zużycia metalu słupy rurowo-betonowe, których rdzeń stanowi rura stalowa wypełniona betonem, dobrze sprawdzają się przy centralnym ściskaniu. Zgodnie ze schematem statycznym i charakterem obciążenia kolumny mogą być jednopoziomowe i wielopoziomowe. Kolumny i ściśnięte pręty są lite lub przelotowe. Zazwyczaj przekrój słupa pełnego jest zaprojektowany w postaci dwuteownika o szerokiej półce, walcowanego lub spawanego, który jest najwygodniejszy do wykonania za pomocą automatycznego spawania i umożliwia proste łączenie podpartych konstrukcji. Pręt kolumny ściśniętej centralnie składa się zwykle z dwóch odgałęzień (kanałów lub belek dwuteowych), połączonych ze sobą kratami (rys. 8.4, a-c). Oś przecinająca gałęzie nazywana jest osią materiału; oś równoległa do gałęzi nazywana jest wolną. Odległość między gałęziami ustalana jest od stanu pręta, który jest jednakowo stabilny.

W ramach jednopiętrowych budynki przemysłowe Stosuje się trzy rodzaje słupów stalowych: odcinek o stałej wysokości, odcinek o zmiennej wysokości - schodkowy oraz w postaci dwóch luźno połączonych ze sobą regałów - oddzielnych.

W słupach o sekcji o stałej wysokości obciążenie suwnic przenoszone jest na pręt słupa poprzez konsole, na których spoczywają belki suwnicy. Słupek może być pełny lub przekrojowy. Ogromną zaletą słupów o stałym przekroju (zwłaszcza litych) jest ich prostota konstrukcyjna, która zapewnia niską pracochłonność wykonania. Kolumny te są używane ze stosunkowo małym udźwigiem dźwigów (Q15-20 t) i niewielka wysokość warsztaty (H do 8-10 m).

W przypadku dźwigów do dużych obciążeń bardziej opłaca się przejść na kolumny schodkowe, które są głównym rodzajem kolumn w jednopiętrowych budynkach przemysłowych. Belka podsuwnicy w tym przypadku opiera się na występie dolnej części kolumny i znajduje się wzdłuż osi gałęzi żurawia.

W budynkach z żurawiami umieszczonymi na dwóch poziomach kolumny mogą mieć trzy sekcje z różne sekcje wysokości (kolumny dwustopniowe), dodatkowe konsole itp.

W przypadku żurawi o specjalnym trybie pracy albo wykonuje się otwór w górnej części kolumny (o szerokości co najmniej 1 m), albo wykonuje się przejście między żurawiem a wewnętrzną krawędzią górnej części kolumna.

W osobnych kolumnach stojak dźwigu i gałąź namiotu są połączone poziomymi prętami elastycznymi w płaszczyźnie pionowej. Dzięki temu stojak dźwigowy odbiera tylko siłę pionową od dźwigów, a stojak czterospadowy pracuje w układzie ramy poprzecznej i odbiera wszystkie inne obciążenia, w tym poziome siła ścinająca z dźwigów.

Oddzielne kolumny typu są racjonalne w przypadku niskiej lokalizacji ciężkich dźwigów i przebudowy warsztatów (na przykład przy rozbudowie).

Obliczanie centralnie ściśniętej kolumny o przekroju stałym

Procedura obliczeniowa

1. Sporządzenie schematu obliczeniowego słupa.

2. Wyznaczenie obciążenia działającego na słup (jest to również siła wzdłużna).

3. Określenie obliczonych długości słupa.

4. Wstępny wybór i układ sekcji.

5. Sprawdzenie wybranej sekcji.

1. Sporządzenie schematu obliczeniowego

jest geometryczną długością słupa, którą określa się w następujący sposób:

,

gdzie jest znak podłogi pierwszego piętra (wysokość podłogi),

- wysokość belki głównej,

2. Wyznaczenie obciążenia działającego na słup

gdzie jest rozpiętość belki głównej,

- rozpiętość belki drugorzędnej,

1,02÷1,04 – współczynnik uwzględniający ciężar własny słupa,

- obciążenie słupa z podłóg leżących.

3. Wyznaczanie długości efektywnych

Przyjmujemy obliczone długości względem osi x I tak równy:

– Efektywna długość, która jest określana w zależności od warunków mocowania słupa na końcach,

gdzie jest współczynnik redukcji długości.

4. Wstępny wybór i układ sekcji

Wstępny dobór przekroju odbywa się z warunku stateczności:

,

gdzie jest współczynnikiem wyboczenia, wstępnie przyjętym w zakresie = 0,7÷0,9. jest pewna doza elastyczności ja.

Z warunku stabilności określamy wymaganą powierzchnię:

, cm 2 ,

W optymalnym przekroju słupa centralnie ściskanego obszary pasa i ściany to:

Szerokość i wysokość przekroju słupa można wstępnie określić na podstawie warunku równomiernej stateczności. Równowaga implikuje, że elastyczność kolumny względem osie x-x i y-y są takie same, czyli lx = ja tak=ja, gdzie ja wyznaczana jest w zależności od przyjętego współczynnika wyboczenia.

to elastyczność słupa względem osi x-x,

jest podatnością słupa wokół osi y–y,

gdzie ja x I ja ty są promieniami bezwładności odpowiednio wokół osi x-x i y-y.

ja x = a x× h; ja y = a y× b,

gdzie x, tak są współczynnikami proporcjonalności między promieniami bezwładności a odpowiednimi wymiarami geometrycznymi.

W przypadku spawanej belki dwuteowej współczynniki te są równe x= 0,42 i tak = 0.24.

Zastąp te proporcje w wyrażeniu elastyczności i wyraź z nich wysokość i szerokość:

I stąd

Z warunku jednakowej stabilności otrzymujemy przekrój, w którym szerokość przekroju b około 2 razy więcej h. Taka sekcja nie jest konstruktywna, ponieważ organizowanie sąsiednich belek jest niewygodne, dlatego akceptujemy

h = b.

W tym przypadku kolumna okazuje się nierównomiernie stabilna i może wystąpić wyboczenie względem osi największej elastyczności, czyli osi y-y.

Po przypisaniu wysokości i szerokości przekroju określamy grubości elementów:

wynikowe wymiary są zaokrąglone i skoordynowane z asortymentem blach stalowych.

Wymagania projektowe:

Minimalne grubości: 10mm, 6mm;

z warunku stosunku grubości elementów spawanych.

Określamy rzeczywistą charakterystykę geometryczną:

powierzchnia ,

moment bezwładności przekroju,

promień bezwładności.

5. Kontrole wybranej sekcji

wyczerpanie nośność może wystąpić ciągła centralnie ściśnięta kolumna z powodu następujących stany graniczne:

Utrata ogólnej stabilności względem osi największej elastyczności (oś y-y);

Utrata lokalnej stabilności ściany;

Utrata lokalnej stabilności szelfu.

5.1. Sprawdzenie stabilności względem osi największej elastyczności

Stan stabilności:

,

Przepięcia nie są dozwolone;

Podnapięcia nie powinny przekraczać 5%.

5.2. Sprawdzenie lokalnej stabilności półki

Stabilność półki zapewniona jest przy spełnieniu relacji:

gdzie jest zwis półki,

- stosunek graniczny zwisu półki do jego grubości przyjmuje się zgodnie z SNiP II-23-81*.

5.3. Sprawdzenie lokalnej stabilności ściany

Lokalna stabilność ściany jest zapewniona, jeżeli spełniony jest następujący warunek:

gdzie jest elastyczność ściany,

– najwyższa elastyczność ściany, akceptowana zgodnie z SNiP II–23–81*.

Obliczanie podstawy kolumny

Podstawa jest częścią nośną słupa i służy do przenoszenia sił ze słupa na fundament. Za pomocą podstawy wykonuje się sztywne lub zawiasowe połączenie kolumny z fundamentem.

W przypadku połączenia sztywnego, śruby kotwiące są osadzane w betonie fundamentu i napinane przez nakrętki na płytkach kotwiących. W przypadku zawiasów śruby kotwiące są potrzebne tylko do zamocowania słupa w pozycji projektowej.

Podstawa składa się z poziomej płyty podstawy i pionowych arkuszy - trawersów.