КОЛОННЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

Лекция 4, 5

4.1.Типы колонн и область их применения.

4.2. Основы конструирования и расчета сплошных колонн.

4.3.Основы конструирования и расчета сквозных колонн.

4.1. Типы колонн и область их применения.

Сборные железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий по назначению можно разделить на:

1. колоны для зданий без кранов;

2. колонны для зданий, оборудованных мостовыми или другими кранами, для которых необходимы подкрановые пути, опирающиеся на колонны (колонны для зданий с мостовыми электрическими кранами массового применения, колонны для зданий с ручными мостовыми кранами и др.).

По расположению в здании колонны делят на

- колонны крайних рядов (их же используют в рядах, примыкающих к продольным температурным швам);

- колонны средних рядов, имеющих обыкновенно среднюю вертикальную ось симметрии.

К крайним колоннам с наружной стороны примыкают стеновые ограждения.

Крайние колонны подразделяются на:

- основные (воспринимающие нагрузки от навесных панелей, кранов, конструкций покрытий);

- фахверковые (служащие для крепления стен);

- связевые колонны (соединены стальными вертикальными связями для восприятия горизонтальных сил).

Фахверковые колонны устанавливают в торцах здания и между основными колоннами у продольных стен при шаге основных колонн 12 м и 6-ти метровых стеновых панелях.

По конструкции колонныбывают

- постоянного и переменного сечения по высоте (ступенчатые колонны);

- сплошные (прямоугольного или двутаврового сечения);

- сквозные (двухветвенные), которые могут быть безраскосными и раскосными (раскосные колонны применяют для электростанций до Н = 50 м);

- пустотелые (прямоугольного и круглого сечения).

По виду материала:

- из тяжелого бетона (более В 20);

- из легкого бетона (применяют реже, в основном в районах, где мало мелкого заполнителя, например, Дальний Восток).

По способу армирования:

- без предварительного напряжения;

- с предварительным напряжением (для гибкихдлинных элементов из условия транспортировки).

Для зданий без мостовых кранов применяют в основном сплошные колонны прямоугольного сечения размерами 300×300 ÷ 400×800 мм (рис. 4.1).

Колонны двутаврового сечения (рис. 4.2) экономичнее прямоугольного сечения, но более трудоемки в изготовлении.

Кольцевые колонны из центрифугированного бетона (рис. 4.3) обеспечивают снижение расхода стали и бетона до 30%. Это объясняется рациональной формой поперечного сечения колонн и повышением прочности бетона в среднем в 1,5 раза вследствие уплотнения бетонной смеси центробежными силами. Способ центрифугирования дает возможность механизировать и автоматизировать технологический процесс изготовления колонн, что является дополнительным достоинством таких изделий.

Рис. 4.1. Колонны для зданий без мостовых кранов

Рис. 4.2. Колонны двутаврового сечения

Рис. 4.3. Колонны кольцевого сечения

Колонны швеллерного сечения (П-образного сечения) также дают возможность наиболее полно использовать свойства высокопрочного бетона и арматуры (рис. 4.4). Опыты показывают, что использование высокопрочных бетонов в сочетании с ненапрягаемой высокопрочной арматурой приводит к экономии бетона и стали до 30%.

Рис. 4.4. Колонны швеллерного сечения

Для зданий с мостовыми кранами применяют сплошные и двухветвенные (сквозные) колонны с консолями (рис. 4.5). Размеры поперечного сечения колонн в надкрановой части назначают из условия размещения кранового оборудования.

Рис. 4.5. Колонны для одноэтажных зданий с мостовыми кранами

а – сплошные прямоугольного сечения; б – сквозные двухветвенные

Для сплошных колонн высота сечения составляет: для крайних – 380, 500 мм; для средних – 600 мм. Для подкрановой части сплошных колонн высота сечения увеличивается соответственно до 600 и 800 мм. Ширина сечения колонн 400 и 500 мм (большие размеры соответствуют шагу колонн 12 м).

Подкрановая часть двухветвенных колонн состоит из двух стоек-ветвей, соединенных между собой поперечными распорками. Расстояние между осями распорок принимают s = (8¸10)×h,гдеh= 250 или 300 мм – высота сечения ветви.Для средних колонн высота всего сечения h₁ = 1400¸ 2400 мм, для крайних колонн – h₁ = 1000 ¸ 1900 мм. Ширина сечения колонны b = (1/25¸1/30)×H. Поперечное сечение надкрановой части колонн прямоугольное размером 500×600 мм.

Распорки размещают так, чтобы размер от уровня пола до низа первой надземной распорки составлял не менее 1,8 м и обеспечивал удобный проход между ветвями (рис. 4.5, б).

Соединение двухветвенной колонны с фундаментом осуществляется в одном общем стакане (рис. 4.6, а) или же в двух отдельных стаканах (рис. 4.6, б), что уменьшает объем укладываемого при монтаже бетона.

Рис. 4.6. Конструкции соединения двухветвенной колонны с фундаментом

а – с одним общим стаканом; б – с двумя отдельными стаканами; в – при устройстве шпонок; 1 – бетон замоноличивания; 2 – колонна

Глубину заделки колонны в стакане фундамента принимают равной большему из двух размеров:

или

Кроме того, глубина заделки колонны должна быть проверена из условий достаточной анкеровки продольной рабочей арматуры.

Если в одной из ветвей колонны возникает растягивающие усилие, соединение колонны с бетоном замоноличивания выполняют на шпонках (рис. 4.6, в).

Центрифугированные колонны с консолями изготавливают сборно-монолитными. Они состоят из верхнего и нижнего (или двух нижних) стволов, соединенных между собой консолью из монолитного бетона классов В 25 ÷ В 40.

Колонны всех типов армируют сварными каркасами, продольные стержни которых из стали класса А-III (А400) диаметром не менее 16 мм, а поперечные - из стали классовА-I (А240) и Bp-I (Вр 500). При применении высокопрочных бетонов классов В 45 ÷ В 60 целесообразно колонны армировать ненапрягаемой арматурой класса А-IV (А600). Это позволяет уменьшить расход металла на 20 ÷ 40%, а бетона до 20%.

Опытами установлено, что гибкие колонны целесообразно изготавливать с напрягаемой арматурой классов А-IV (А600), А-V (А800). Предварительное напряжение повышает жесткость и трещиностойкость колонн и улучшает условия транспортирования длинных колонн. Кроме того, оно позволяет уменьшить поперечное армирование и механизировать арматурные работы. Поэтому по сравнению с колоннами из обычного железобетона расход стали в таких колоннах снижается до 40%.

Продольная арматура в сечениях сплошных конструкций может расставляться симметрично, когда М₁ ≈ М₂ или отношение большего момента к меньшему не более 20%; несимметрично – когда М₁>> М₂. Рациональным армированием в большинстве случаев является симметричное армирование.

Расстояние между осями продольных стержней, устанавливаемых по сторонам поперечного сечения колонны, не должно превышать 400 мм. Если у большей стороны сечения колонны по расчету продольная арматура не требуется, то в таком случае необходимо установить конструктивные стержни диаметром 12 мм с таким расчетом, чтобы расстояние между продольными стержнями этой стороны не превышало 400 мм.

Рекомендуется в поперечном сечении колонны устанавливать меньшее из возможных число продольных стержней за счет увеличения их диаметра. Рекомендуемое и минимально допустимое количество продольных стержней для установки в поперечном сечении колонны приведено в табл. 4.1.

Рекомендуемое количество стержней по ширине поперечного сечения колонны

Таблица 4.1.

Если высота сечения не превышает 500 мм и у этой стороны расположено не более четырех стержней, то допускается не ставить поперечных стержней или шпилек.

Рис. 4.7. Армирование колонн сварными каркасами

1 – плоские сварные каркасы; 2 – соединительные стержни (шпильки); 3 – плоская сварная арматурная сетка; 4 – продольные стержни

Шаг поперечных стержней должен быть не более 500 мм и не более величин, указанных в табл. 4.2.