Железобетонные колонны

●Сборные типовые железобетонные колонны, входящие в состав поперечных рам, применяют при H≤18 м, В≤12 м и Q≤50 т. При большей высоте здания, шаге колонн и грузоподъемности кранов обычно используют стальные колонны, а железобетонные — при специальном обосновании.

●Колонны бывают прямоугольного, двутаврового и кольцевого сечений, а также двухветвевые (рис. 11.15, а...г). Двутавровые экономичнее прямоугольных по расходу материала (до 20 % бетона), но более трудоемки в изготовлении. Поэтому типовые колонны делают сплошного прямоугольного сечения. По мере совершенствования технологии изготовления применение колонн двутаврового сечения может оказаться целесообразным и дать экономию по стоимости до 35...45 %.

В последние годы находят применение железобетонные колонны кольцевого сечения, изготовляемые методом центрифугирования. Процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что позволило снизить расход бетона до 50 %, стали до 30 % и стоимость конструкций до 20...30 % по сравнению с типовыми колоннами.

Рис. 11.15. Конструкции колонн одноэтажных промышленных зданий с мостовыми кранами (а...в); центрифугированных колонн (г); к определению размеров сечений колонн (д); армирование двухветвевой колонны (е); к расчету двухветвевой колонны (ж): 1 — обе ветви сжаты; 2 — левая ветвь растянута

Сплошные колонны с консолями используют в зданиях, оборудованных мостовыми кранами, грузоподъемностью ≤30 т, при высоте от пола до головки кранового рельса H₁≤14,4 м и В≤12 м. Двухветвевые колонны рациональны при Q>30 т, H>10,8 м и B≥12 м, а также в случаях, когда высота сечения нижней части колонны превышает 1 м. В бескрановых цехах обычно применяют колонны постоянного сечения по высоте.

Высота (м) сечения крайних колонн в надкрановой части назначается из условия размещения кранового оборудования: при нулевой привязке

h_t≤0,75 — B₁ — 0,07, (11.19)

при привязке «250»

h_t≤1,0 — B₁ — 0,07,

где В₁ — расстояние от оси кранового рельса до края моста крана [24] (рис. 11.15, д); 0,07 — горизонтальный зазор, необходимый по условиям эксплуатации крана, а также учитывающий возможные фактические отклонения сечения колонны от проектных значений.

Высота сечения верхней части средних колонн назначается с учетом условий опирания двух ригелей на торец колонны; если h_t<60 см, по верху колонны устраивают симметричные двусторонние консоли. Высоту сечения подкрановой части определяют условиями прочности и пространственной жесткости здания и на основании опыта проектирования: h_b = (1/9...1/12) H.

Ширину колонны b из условия изготовления принимают постоянной по всей высоте: для колонн крайнего и среднего ряда с шагом 6 м — не менее 40 см, а с шагом 12 м — не менее 50 см. Кроме того, ширина b должна удовлетворять требованиям жесткости и быть не менее 1/25H.

Размеры сечений колонн округляются до величин, кратных 10 см, причем значение h_t — в меньшую сторону, a b и h_b — в большую. Сквозные колонны имеют в нижней части две ветви высотой сечения h_br=20; 25; 30 см, соединенные распорками (рис. 11.15, е). Высоту сечения распорок, кроме верхней, обычно принимают равной 40 см. Расстояние между распорками — 2...3 м, а от уровня пола до низа второй распорки — не менее 1,8 м. Верх первой распорки не должен выступать за уровень пола (для обеспечения прохода). Расстояние между осями ветвей также должно обеспечивать свободный проход людей.

Размеры консолей и их армирование определяются расчетом и условиями опирания подкрановых балок. В колоннах предусматривается устройство закладных деталей для установки стропильных конструкций, стеновых панелей и подкрановых балок.

Для колонн в настоящее время используют бетон классов В15...В30. Применение бетона более высоких классов позволяет получить существенную экономию. Так, применение бетона класса В50 в колоннах двутаврового сечения дает экономию бетона до 25 % по сравне­нию с колоннами из бетона класса В20.

На колонны одноэтажных промышленных зданий распространяются все требования по конструированию внецентренно сжатых элементов (см. гл. 5). В частности, продольная рабочая арматура выполняется из стали класса A-III d≥l6 мм, поперечная — класса A-I. Расстояние между осями продольных рабочих стержней не должно быть более 400 мм. В противном случае устанавливают дополнительные конструктивные стержни d≥12 мм.

Колонны рассчитывают на внецентренное сжатие на усилия, найденные при расчете поперечной рамы. Подбор арматуры сплошных колонн производят по формулам для внецентренно сжатых элементов с учетом продольного изгиба (см. гл. 5) для каждого расчетного сечения при невыгодных комбинациях загружения (М_mаx, N; M_min, N; M, N_max). При близких по величине моментах разных знаков целесообразно подбирать симметричную арматуру.

Расчетную длину l₀ сборных железобетонных колонн принимают согласно [1]. Например, для однопролетных зданий без мостовых кранов l₀=1,5Я, многопролетных — l₀=1,2H.

Двухветвевые колонны в нижней части представляют собой многоэтажную раму. В целях упрощения расчета принимают, что продольная сила распределяется между ветвями по закону рычага, а изгибающие моменты в ветвях определяют из условия, что нулевые точки моментов расположены в середине высоты панелей (рис. 11.15, ж). В соответствии с этим продольные силы в ветвях колонны

где М, N — расчетные усилия по оси двухветвевой колонны; η — коэффициент [см. формулу (5.7)]. При определении η следует учитывать влияние гибкости ветвей в плоскости изгиба двухветвевой колонны как для составного стержня.

Изгибающий момент в ветви

Изгибающий момент в распорке равен сумме моментов в узле

Поперечная сила в распорке

Если одна из ветвей в каком-либо сечении окажется растянутой (N_br<0), то моменты в сжатой ветви и распорке определяют из условия передачи всей поперечной силы в этом сечении на сжатую ветвь.

Помимо расчета колонн в плоскости поперечной рамы производят проверку их прочности из плоскости ра­мы на действие продольной силы N_max со случайным эксцентриситетом. Колонны также должны быть проверены на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. Фундаменты под колонны одноэтажных производственных зданий проектируют как внецентренно нагруженные в соответствии с указаниями гл. 10.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:

1. Какова доля одноэтажных промышленных зданий в общем объеме промышленных зданий? Назовите разновидности одноэтажных промышленных зданий.

2. Из каких элементов состоят каркас здания, поперечная и продольная рамы?

3. Что включает в себя компоновка конструктивной схемы? Какие сетки колонн и высоты зданий принимаются для одноэтажных промышленных зданий?

4. По каким схемам может быть скомпоновано покрытие одноэтажного здания?

5. С какой целью и как разбивается одноэтажное промышленное здание на температурные блоки?

6. Как обеспечивается пространственная жесткость каркаса в продольном и поперечном направлениях? Расскажите о системе связей.

7. На какие нагрузки рассчитывается каркас одноэтажного промышленного здания и как они определяются?

8. Порядок расчета поперечной рамы. Что учитывает коэффициент пространственной работы?

9. Плиты покрытия одноэтажных производственных зданий. Их конструкции и прин­ципы расчета.

10. Рекомендуемые пролеты балок, ферм и арок в покрытиях одноэтажных промышленных зданий.

11. Стропильные балки покрытий. Основные принципы их конструирования и расчета.

12. Каковы основные типы ферм покрытий, применяемые в одноэтажных промышленных зданиях? Их достоинства и недостатки.

13. Конструирование и основные принципы расчета стропильных ферм покрытий.

14. Конструкции и расчет арок покрытий одноэтажных промышленных зданий.

15 Подстропильные фермы и балки.

16. Особенности конструирования и расчета подкрановых балок. Расчет на выносливость.

17. Типы колонн одноэтажных промышленных зданий. Когда применяются сплошные и когда двухветвевые колонны?

18. Особенности расчета двухветвевых колонн.