Колонны с ветвями из сварных двутавров с предварительно напряженной стенкой

26.1. Применение стержней с растянутыми стенками основано на использовании предварительного напряжения для повышения местной устойчивости сжатых элементов конструкций.

Предварительное напряжение стенок стержневых элементов металлоконструкций, работающих на сжимающие эксплуатационные силовые воздействия, уменьшает толщину стенок и снижает площадь сечения и металлоемкость стержневых элементов. Применение предварительного напряжения стенок особенно эффективно в ветвях решетчатых колонн.

26.2. Элементы конструкций с предварительным напряжением стенок, создаваемым в процессе их изготовления, имеют традиционное двутавровое сечение и изготовляются известными методами, из которых наиболее желательно изготовление на механизированных и поточных линиях, при этом включение в технологические процессы операций по предварительному напряжению стенок (например, термическим способом) не нарушает взаимосвязи этих процессов и не снижает производительности линий.

26.3. Предварительное напряжение стенок и увеличение концентрации материала в поясах позволяет использовать для стержневых элементов в качестве материала стали различной прочности (менее прочные для стенок и более прочные для полок) и тем самым повысить эффективность применения сталей повышенной и высокой прочности в сжатых элементах строительных металлоконструкций.

26.4. Рациональными областями применения конструкций с предварительно напряженными стенками являются центрально сжатые сварные стержни решетчатых систем, в том числе сварные подкрановые ветви решетчатых колонн.

Целесообразность изготовления сварных сжатых стержней с предварительно напряженными стенками определяется наличием на заводе-изготовителе соответствующих механизированных (поточных) линий или установок и степенью снижения приведенных затрат по сравнению с традиционными аналогами (прокатные и обычные сварные профили).

26.5. Область рационального применения сварных двутавров с предварительно напряженной стенкой в качестве подкрановой ветви решетчатых колонн охватывает колонны промышленных зданий с мостовыми кранами высотой от 10,8 до 18 м, пролетами от 18 до 36 м, с шагом колонн 12 м, грузоподъемностью мостовых кранов 50 т включ. Расчетное сопротивление материала поясов R_yf ³ 345 МПа (3500 кгс/см²).

26.6. Расчет решетчатых колонн с ветвями из сварных двутавров с предварительно напряженной стенкой включает: определение оптимальных размеров сечения; проверку несущей способности ветви по общей и местной устойчивости, а также проверку несущей способности решетчатой колонны относительно свободной оси.

26.7. Вначале определяется комплексный параметр стержня C_х по формуле

, (170)

где

;

(для двутавра),

здесь Р = A_w / A; ;

k_w = 2,8-4 для бистальных колонн; k_w = 4-6 - для моностальных колонн (уточняется в процессе расчета).

26.8. Коэффициент площади сечения y_x определяется для бистальных колонн по табл. 72, для моностальных - по табл. 73.

Для бистальных колонн параметр определяется по табл. 72, для моностальных - принимается = 1.

Для бистальных колонн определяется параметр s_p = R_yf и назначается расчетное сопротивлений материала стенки R_yw:

R_yw ³ (1 - b) s_р.

Таблица 72

Хх	yх		Хх	yх
	1,550	0,80		2,325	0,55
	1,725	0,70		2,600	0,45
	2,050	0,60

Таблица 73

Xx			7,5
yх	1,111	1,333	1,428	1,515	1,639	1,754

26 9. Допускаемая гибкость стенки без учета предварительного напряжения определяется по формуле

, (171)

где - условная гибкость колонны относительно оси х-х, определяемая по табл. 74 в зависимости от параметров и j_хp.

. (172)

Требуемая гибкость () предварительно напряженной стенки определяется по формуле

. (173)

Таблица 74

Ry, МПа,		при jхp, равном
(кгс/см^2)		0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3
	0,0	1,21	1,96	2,55	3,12	3,74	4,40	5,25
	0,2	1,15	1,93	2,48	3,05	3,67	4,33	5,16
	0,4	1,09	1,80	2,36	2,94	3,55	4,24	5,10
(4600)	0,6	0,99	1,66	2,23	2,83	3,42	4,15	5,03
	0,8	0,93	1,54	2,08	2,68	3,31	4,06	4,96
	1,0	0,87	1,43	1,93	2,53	3,20	3,97	4,89
	0,0	1,24	2,00	2,60	3,15	3,78	4,46	5,28
	0,2	1,18	1,95	2,51	3,08	3,72	4,38	5,22
	0,4	1,12	1,82	2,39	2,97	3,59	4,28	5,17
(5500)	0,6	1,01	1,68	2,26	2,87	3,46	4,20	5,11
	0,8	0,95	1,56	2,10	2,72		4,11	5,03
	1,0	0,89	1,44	1,94	2,57	3,24	4,02	4,95

26.10. Допускаемая гибкость свеса полки без учета предварительного напряжения в соответствии с п. 7.23* СНиП II-23-81* определяется по формуле

. (174)

Требуемая гибкость свеса полок с учетом предварительного напряжения определяется по формуле

. (175)

26. 11. Оптимальные размеры сечения определяются по формулам:

площадь сечения ; (176)

” стенки А_w = bA; (177)

” полки A_f = 0,5(1 - b) × A; (178)

ширина стенки ; (179)

толщина ” ; (180)

ширина полки ; (181)

толщина ” . (182)

26.12. Расчетное сопротивление материала стенки R_yw определяется по формуле

R_yw ³ (1 - b) s_p.

26.13. Наиболее близкие к оптимальным размеры сечения назначаются с учетом сортамента и выполняется проверка общей и местной устойчивости колонн в соответствии с пп. 26.14-26.16.

26.14. Для бистальных колонн параметр k_w уточняется по формуле

, (183)

где - определяется по формуле (171).

Затем по табл. 73 линейной интерполяцией определяется параметр в зависимости от параметра X_х определяемого по формуле (170). Для моностальных колонн принимается = 1.

26.15. Расчет на устойчивость центрально-сжатой ветви колонны относительно оси х-х выполняется по формуле

, (184)

где F - расчетное продольное усилие;

А - площадь сечения брутто;

j_xp - коэффициент продольного изгиба, принимаемый по табл. 75 в функции от и условной гибкости :

,

здесь l_x - расчетная длина относительно оси х-х,

i - радиус инерции сечения относительно оси х-х.

При ³ 1,5 j_xp определяется линейной интерполяцией; < 1,5 j_xp определяется линейной экстраполяцией.

Таблица 75

Ry, МПа,	s	jxр при , равной
(кгс/см^2)		1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
	0,0	0,861	0,795	0,708	0,621	0,538	0,460	0,388
	0,2	0,855	0,787	0,697	0,609	0,527	0,449	0,379
	0,4	0,842	0,764	0,676	0,590	0,508	0,434	0,370
(4600)	0,6	0,8	0,740	0,655	0,574	0,489	0,420	0,360
	0,8	0,808	0,715	0,630	0,550	0,475	0,408	0,351
	1,0	0,790	0,693	0,608	0,530	0,463	0,398	0,341
	0,0	0,865	0,800	0,716	0,620	0,542	0:467	0,394
	0,2	0,853	0,789	0,702	0,614	0,534	0,458	0,386
	0,4	0,843	0,768	0,682	0,595	0,514	0,440	0,367
(5500)	0,6	0,828	0,745	0,663	0,578	0,494	0,427:	0,362
	0,8	0,811	0,719	0,635	0,555	0,480	0,414	0,357
	1,0	0,797	0,697	0,615	0,535	0,468	0,403	0,346

26.16. Расчет на устойчивость сжатой ветви колонны относительно оси у-у выполняется по формуле

, (185)

где j_yp - коэффициент продольного изгиба, принимаемый по табл. 76 в функции от и условий гибкости

,

здесь l_у - расчетная длина относительно оси у-у,

i_y - радиус инерции сечения относительно оси у-у.

При ³ 1,5 j_yp определяется линейной интерполяцией; < 1,5 j_yp определяется линейной экстраполяцией.

Таблица 76

Ry, МПа,		jyр при , равной
(кгс/см^2)		1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
	0,0	0,921	0,854	0,774	0,680	0,582	0,492	0,413
	0,2	0,909	0,827	0,730	0,632	0,542	0,463	0,394
	0,4	0,897	0,793	0,679	0,581	0,502	0,433	0,372
(4600)	0,6	0,884	0,763	0,631	0,534	0,460	0,395	0,344
	0,8	0,879	0,739	0,591	0,484	0,418	0,363	0,312
	1,0	0,858	0,707	0,553	0,444	0,373	0,321	0,280
	0,0	0,923	0,857	0,777	0,684	0,588	0,498	0,419
	0,2	0,910	0,830	0,734	0,636	0,533	0,468	0,399
	0,4	0,898	0,795	0,684	0,586	0,506	0,438	0,376
(5500)	0,6	0,886	0,765	0,633	0,538	0,464	0,398	0,348
	0,8	0,890	0,742	0,593	0,486	0,422	0,367	0,316
	1,0	0,859	0,710	0,558	0,446	0,375	0,324	0,282

26.17. Расчет на устойчивость предварительно напряженной стенки выполняется с учетом:

собственных растягивающих напряжений s_pw определяемых по формуле

R_pw ³ (1 - b) s_p. (186)

критических напряжений стенки s_cr,w, определяемых по формуле

, (187)

где k - определяется по табл. 77 в зависимости от параметра a_w; при промежуточных значениях a_wk определяется линейной интерполяцией.

Таблица 77

aw	0,00	0,80	2,10	5,70	10,00
k	7,00	6,08	5,26	4,61	4,00

Параметр a_w определяется по формуле

. (188)

Устойчивость стенки считается обеспеченной, если выполняется условие

s_pw + s_cr,w - 0,1 R_yw £ j_pR_yf, (189)

где j_p - принимается равным минимальному из коэффициентов j_xp и j_ур.

26.18. Устойчивость свеса полки считается обеспеченной, если выполняется условие

, (190)

где - определяется по формуле (174) в зависимости от наибольшей условной гибкости стержня.

26.19. Расчет на устойчивость решетчатой колонны относительно свободной оси выполняется по формуле

, (191)

здесь j_е - коэффициент, определяемый в соответствии с п. 5.27* СНиП II-23-81*.

26.20. Конструктивное оформление сварных колонн с ветвями двутаврового сечения с предварительно напряженными стенками следует производить с применением новых эффективных решений и так, чтобы не вызывать существенного снижения предварительного напряжения, полученного при изготовлении стержней.

26.21. При проектировании колонн с предварительно напряженными стенками рекомендуется:

для максимального снижения тепловложений от сварки применять только расчетные сварные швы, завариваемые механизированными методами, в том числе швы с уменьшенными катетами;

вспомогательные элементы колонн, рассчитываемые по прочности, изготавливать из сталей повышенной и высокой прочности.

Если концевые участки стержней, где возможна потеря предварительного напряжения при изготовлении, являются расчетными, то снижение предварительного напряжения слезет предотвратить или компенсировать за счет включения в работу концевых деталей - опорных и подкрановых траверс, башмаков, плит, утолщений стенок, стыковых и соединительных деталей, создающих жесткие торцевые окаймления стержней.

Дата добавления: 2014-12-26