Двутавр или квадратная труба колонна

Колонна — это вертикальный элемент несущей конструкции здания, которая передает нагрузки от вышерасположенных конструкций на фундамент.

При расчете стальных колонн необходимо руководствоваться СП 16.13330 «Стальные конструкции».

• Для стальной колонны обычно используют двутавр, трубу, квадратный профиль, составное сечение из швеллеров, уголков, листов.
• Для центрально-сжатых колонн оптимально использовать трубу или квадратный профиль — они экономны по массе металла и имеют красивый эстетический вид, однако внутренние полости нельзя окрасить, поэтому данный профиль должен быть герметично.
• Широко распространено применение широкополочного двутавра для колонн — при защемлении колонны в одной плоскости данный вид профиля оптимален.

Большое значение влияет способ закрепления колонны в фундаменте. Колонна может иметь шарнирное крепление, жесткое в одной плоскости и шарнирное в другой или жесткое в 2-х плоскостях. Выбор крепления зависит от конструктива здания и имеет больше значение при расчете т.к. от способа крепления зависит расчетная длина колонны.

Также необходимо учитывать способ крепления прогонов, стеновых панелей, балки или фермы на колонну, если нагрузка передается сбоку колонны, то необходимо учитывать эксцентриситет.

При защемлении колонны в фундаменте и жестком креплении балки к колонне расчетная длина равна 0,5l, однако в расчете обычно считают 0,7l т.к. балка под действием нагрузки изгибается и полного защемления нет.

На практике отдельно колонну не считают, а моделируют в программе раму или 3-х мерную модель здания, нагружают ее и рассчитывают колонну в сборке и подбирают необходимый профиль, но в программах бывает трудно учесть ослабление сечения отверстиями от болтов, поэтому бывает необходимо проверять сечение вручную.

Чтобы рассчитать колонну нам необходимо знать максимальные сжимающие/растягивающие напряжения и моменты, возникающие в ключевых сечениях, для этого строят эпюры напряжения. В данном обзоре мы рассмотрим только прочностной расчет колонны без построения эпюр.

1. Расчет колонны производим по следующим параметрам:
2. 1. Прочность при центральном растяжении/сжатии
3. 2. Устойчивость при центральном сжатии (в 2-х плоскостях)
4. 3. Прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов
5. 4. Проверка предельной гибкости стержня (в 2-х плоскостях)
6. 1. Прочность при центральном растяжении/сжатии

Согласно СП 16.13330 п. 7.1.1 расчет на прочность элементов из стали с нормативным сопротивлением Ryn ≤ 440 Н/мм2 при центральном растяжении или сжатии силой N следует выполнять по формуле

где N — нагрузка на сжатие/растяжение;

An — площадь поперечного сечения профиля нетто, т.е. с учетом ослабления его отверстиями;

Ry — расчетное сопротивление стали проката (зависит от марки стали см. Таблицу В.5 СП 16.13330);

γс — коэффициент условий работы (см. Таблицу 1 СП 16.13330).

По этой формуле можно вычислить минимально-необходимую площадь сечения профиля и задать профиль. В дальнейшем в проверочных расчетах подбор сечения колонны можно будет сделать только методом подбора сечения, поэтому здесь мы можем задать отправную точку, меньше которой сечение быть не может.

2. Устойчивость при центральном сжатии

Расчет на устойчивость производится согласно СП 16.13330 п. 7.1.3 по формуле

где N — нагрузка на сжатие/растяжение;

A — площадь поперечного сечения профиля брутто, т.е.без учета ослабления его отверстиями;

Ry — расчетное сопротивление стали;

γс — коэффициент условий работы (см. Таблицу 1 СП 16.13330);

• φ — коэффициент устойчивости при центральном сжатии.
• Как видим эта формула очень напоминает предыдущую, но здесь появляется коэффициент φ, чтобы его вычислить нам вначале потребуется вычислить условную гибкость стержня λ (обозначается с чертой сверху).
• где Ry — расчетно сопротивление стали;
• E — модуль упругости;
• λ — гибкость стержня, вычисляемая по формуле:
• где lef — расчетная длина стержня;
• i — радиус инерции сечения.

Расчетные длины lef колонн (стоек) постоянного сечения или отдельных участков ступенчатых колонн согласно СП 16.13330 п. 10.3.1 следует определять по формуле

1. где l — длина колонны;
2. μ — коэффициент расчетной длины.
3. Коэффициенты расчетной длины μ колонн (стоек) постоянного сечения следует определять в зависимости от условий закрепления их концов и вида нагрузки. Для некоторых случаев закрепления концов и вида нагрузки значения  μ приведены в следующей таблице:
4. 

Радиус инерции сечения можно найти в соответствующем ГОСТ-е на профиль, т.е. предварительно профиль должен быть уже задан и расчет сводится к перебору сечений.

Т.к. радиус инерции в 2-х плоскостях для большинства профилей имеет разные значения на 2-х плоскостей (одинаковые значения имеют только труба и квадратный профиль) и закрепление может быть разным, а следственно и расчетные длины тоже могут быть разные, то расчет на устойчивость необходимо произвести для 2-х плоскостей.

• Итак теперь у нас есть все данные чтобы рассчитать условную гибкость.
• Если предельная гибкость больше или равна 0,4, то коэффициент устойчивости φ вычисляется по формуле:
• 
• значение коэффициента δ следует вычислить по формуле:
• 
• коэффициенты α и β смотрите в таблице
• 
• Значения коэффициента φ, вычисленные по этой формуле, следует принимать не более (7,6/ λ 2) при значениях условной гибкости свыше 3,8; 4,4 и 5,8 для типов сечений соответственно а, b и с.
• При значениях λ < 0,4 для всех типов сечений допускается принимать φ = 1.

Значения коэффициента φ приведены в приложении Д СП 16.13330.

Теперь когда все исходные данные известны производим расчет по формуле, представленной вначале:

Как уже было сказано выше, необходимо сделать 2-а расчета для 2-х плоскостей. Если расчет не удовлетворяет условию, то подбираем новый профиль с более большим значением радиуса инерции сечения. Также можно изменить расчетную схему, например изменив шарнирную заделку на жесткую или закрепив связями колонну в пролете можно уменьшить расчетную длину стержня.

Сжатые элементы со сплошными стенками открытого П-образного сечения рекомендуется укреплять планками или решеткой. Если планки отсутствуют, то устойчивость следует проверять на устойчивость при изгибно-крутильной форме потери устойчивости согласно п.7.1.5 СП 16.13330.

3. Прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов

Как правило колонна нагружена не только осевой сжимающей нагрузкой, но и изгибающем моментом, например от ветра. Момент также образуется если вертикальная нагрузка приложена не по центру колонны, а сбоку. В этом случае необходимо сделать проверочный расчет согласно п. 9.1.1 СП 16.13330 по формуле

1. 
2. где N — продольная сжимающая сила;
3. An — площадь сечения нетто (с учетом ослабления отверстиями);
4. Ry — расчетное сопротивление стали;

γс — коэффициент условий работы (см. Таблицу 1 СП 16.13330);

n, Сx и Сy — коэффициенты принимаемые по таблице Е.1 СП 16.13330

• 
• Mx и My — моменты относительно осей X-X и Y-Y;
• Wxn,min и Wyn,min — моменты сопротивления сечения относительно осей  X-X и Y-Y (можно найти в ГОСТ-е на профиль или в справочнике);
• B — бимомент, в СНиП II-23-81* этого параметра не было в расчетах, этот параметр ввели для учета депланации;
• Wω,min – секторальный момент сопротивления сечения.
• Если с первыми 3-мя составляющими вопросов быть не должно, то учет бимомента вызывает некоторые трудности.
• Бимомент характеризует изменения, вносимые в линейные зоны распределения напряжений депланации сечения и, по сути, является парой моментов, направленных в противоположные стороны
• Стоит отметить, что многие программы не могут рассчитать бимомент, в том числе и SCAD его не учитывает.
• 4. Проверка предельной гибкости стержня
• Гибкости сжатых элементов  λ= lef / i, как правило, не должны превышать предельных значений λu, приведенных в таблице
• Коэффициент α в данной формуле это коэффициент использования профиля, согласно расчету на устойчивость при центральном сжатии.
• Также как и расчет на устойчивость данный расчет нужно сделать для 2-х плоскостей.
• В случае если профиль не подходит необходимо изменить сечение увеличив радиус инерции сечения или изменив расчетную схему (изменить закрепления или закрепить связями чтобы уменьшить расчетную длину).

Если критическим фактором является предельная гибкость, то марку стали можно взять наименьшую т.к. на предельную гибкость марка стали не влияет. Оптимальный вариант можно вычислить методом подбора.

Металлические колонны

20.06.2019 VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• В каких сферах строительства применяются металлические колонны
• Каких типы металлических колонн используют в строительстве и инженерии
• Как выполняется соединение и монтаж металлических колонн

Строительство большинства современных объектов не обходится без применения металлических конструкций.

Частота их использования обусловлена качественными свойствами, главным из которых является высокая устойчивость к различным внешним воздействиям.

Основными элементами каркаса являются металлические колонны, обеспечивающие прочность всей металлоконструкции. Более подробно об их разновидностях, структуре и особенностях использования в строительстве, вы узнаете из нашей статьи.

Где применяются металлические колонны

С установки опор начинается большая часть строительных работ. После этого к ним крепятся другие части металлоконструкций: продольные и поперечные балки, стойки фахверка, стропильные фермы, перекрытия и т. д.

Несущими металлическими колоннами называются строительные опоры, которые предназначены для поддержания целостности здания и разграничения внутреннего пространства объекта. От качества колонн и правильности их установки будет зависеть не только внешний вид сооружения, но и безопасность его эксплуатации.

Металлические колонны часто применяют при возведении:

• заводских и складских помещений;
• сооружений торговой и развлекательной направленности;
• объектов бытового назначения;
• сооружений для хранения, обслуживания и ремонта крупногабаритной техники;
• дополнительных административных и хозяйственных помещений.

Предназначение стальных опор заключается в следующем:

• принимать нагрузку от перекрытий, стен и мостовых кранов;
• поддерживать крышу, ограждающие конструкции и верхние элементы несущего каркаса;
• равномерно распределять на фундамент общую массу внешних и внутренних частей сооружения, различного оборудования и посетителей здания;
• выдерживать агрессивное воздействие погодных условий;
• выступать в качестве декоративного элемента интерьера или экстерьера здания.

Каждая колонна одновременно выполняет несколько задач: обеспечивает устойчивость общей конструкции, разделяет пространство на части и связывает различные элементы каркаса. На металлические колонны в промышленных зданиях также закрепляют техническое оборудование. Стальные опоры крепки, надежны и могут эксплуатироваться на протяжении длительного времени.

Основные элементы металлической колонны

Это верхняя часть колонны, к которой присоединяются фермы, ригели, балки, рельсы мостовых кранов (в заводских цехах). Крепление может осуществляться двумя способами: сверху и сбоку. Если выбран шарнирный свободный вариант присоединения, то балка устанавливается поверх оголовка, который представляет собой плиту с ребрами жесткости.

Прочность и устойчивость такой конструкции обеспечивается за счет сварки и укрепления платформы дополнительными поперечными элементами.

Если крепление осуществляется жестким методом, балку соединяют с боковой стороной опоры. К металлической колонне приваривают столик, на который укладывается ригель, ферма и т. д.

Оголовок колонны предназначен для принятия внешней нагрузки и дальнейшей ее передачи на фундамент.

Так называют среднюю часть металлической колонны. Стержень – это тот участок, который испытывает постоянное воздействие на сжатие.

В зависимости от предполагаемой нагрузки при проектировании каркаса здания рассчитывается оптимальная толщина стенок стержня. При необходимости он может быть оснащен дополнительными укрепляющими элементами.

Косынки и ребра жесткости делают стержень более устойчивым и надежным.

В зависимости от вида стержни делятся на сплошные и сквозные (безраскосные, перфорированные и решетчатые). Большинство стержней изготавливается из одиночных широкополочных двутавровых балок или прокатных профилей.

Так называется нижняя часть металлической колонны здания, которая соприкасается с фундаментом.

Конструкция базы подбирается индивидуально, с учетом вида, высоты сечения стержня, выбранного способа монтажа металлической опоры и варианта прикрепления к фундаменту.

Для присоединения колонны к фундаменту обычно используются анкерные болты. База может быть раздельной или сплошной, с траверсами или без.

Консоли необходимы для металлических опор, устанавливаемых в промышленных объектах строительства. Если в цехе или на складе планируется монтаж мостового крана, то рельсы для его движения прокладываются с упором на несущие опоры. Консоли предназначены для крепления металлических балок к металлическим колоннам.

Наиболее популярными видами сечения металлических колонн являются:

• двутавр;
• круг;
• прямоугольник/квадрат.

Металлические несущие колонны изготавливаются производителем с использованием профильных труб либо двутавровых балок. Для того чтобы рассчитать размер стойки, необходимо определить прочность стенок колонны с учетом особенностей фундамента и всех присоединяемых элементов конструкции.

Проектирование металлических колонн осуществляется с учетом нижеперечисленных требований:

• минимальный расход материала (стали);
• легкость установки;
• однотипность параметров (в рамках одного объекта);
• минимальная затрата ресурсов при изготовлении;
• наличие простых и надежных стыков;
• минимальная площадь, занимаемая колонной на фундаменте;
• простота присоединения вспомогательных элементов общей конструкции;
• отсутствие сложных узлов и переходов.

Классификация металлических колонн

• В зависимости от конструктивных особенностей.

Опоры постоянного сечения. Стержни таких опорных элементов имеют постоянный размер сечения.

Рассматриваемая разновидность широко используется в зданиях различной этажности, ангарах, складах. Оптимальная высота металлической колонны постоянного сечения не должна превышать 12 м.

Монтаж таких колонн в промышленных зданиях позволяет установить оборудование общей массой до 20 т.

Ступенчатые опоры. Выбор рассматриваемого типа металлических колонн обычно обуславливается необходимостью монтажа кранового оборудования с грузоподъемностью от 20 т.

Конструкция колонны состоит из двух частей, при этом основная несущая является опорой для кровельной фермы, а подкрановая принимает нагрузку от кран-балки подъемного механизма.

Соединение частей стержня осуществляется при помощи связей в виде сплошного листа или решетки из уголков.

Раздельные опоры. Данная конструкция состоит из двух обособленных металлических стоек, для соединения которых используются гибкие горизонтальные элементы.

Чаще всего раздельные несущие колонны монтируются в промышленных зданиях с грузоподъемностью более 100 т и могут достигать 20 м в высоту.

Помимо этого, раздельные колонны могут устанавливаться при многоярусном или низком расположении кранов, а также в случае проведения ремонтных работ в заводских помещениях.

• По методу восприятия нагрузки.

Центрально-сжатые опоры. В данном случае давление передается строго по центральной оси стержня, что провоцирует центральное сжатие сечения. Продольные нагрузки при этом принимаются вспомогательными элементами.

Внецентренно-сжатые опоры. Действие сжимающей силы в них проходит по траектории, немного удаленной от центральной оси, как бы по изогнутой линии.

Помимо этого, на колонну могут воздействовать и горизонтальные нагрузки.

В таких случаях конструкция обычно имеет несимметричное сечение для более равномерного распределения нагрузки и уменьшения расхода материала и массы металлической колонны.

• По типу стержневого элемента.

Сплошные опоры. Их конструкция включает в себя только стержневой элемент. В большинстве случаев сплошные колонны представляют собой сварной или прокатный двутавр. При одинаковой устойчивости в обоих направлениях сплошные колонны могут иметь крестообразную форму. Стоит отметить, что крестовое сечение по сравнению с двутавровым считается более жестким и надежным.

Сквозные опоры. Конструкция сквозных колонн чаще всего представляет собой две направляющие стержней, которые связаны решеткой. В целях укрепления опоры решетку обычно располагают в двух плоскостях, используя для ее изготовления одиночные уголки.

Расчет и изготовление металлических колонн

Выбор оптимального типа, размера колонны, а также способа ее установки должен зависеть от характеристик строительного объекта (количества этажей в здании), необходимости размещения мостового крана (или отсутствия таковой), технологии крепления каркасных элементов и т. д.

При проектировании стальных опор особое внимание уделяется следующим параметрам:

• прочности при центральном растяжении/сжатии;
• устойчивости при сжатии вдоль ведущей оси;
• прочности при совокупном воздействии продольной силы и изгибающего момента;
• предельной гибкости стержневого элемента в двух плоскостях.

Производство колонн – ответственный процесс, требующий неукоснительного соблюдения всех расчетных формул. Большая часть элементов изготавливается на заказ работниками заводов металлоконструкций.

Стоит ли говорить о том, что качество сварки и сборки всех металлических составляющих должно быть стабильно высоким.

Организации, которые специализируются на производстве металлических опор, имеют в своем распоряжении современное техническое оснащение, что позволяет им изготавливать детали в соответствии со всеми требованиями и нормативами.

В качестве исходного сырья используют сталь, качественные свойства которой предварительно проверяются на предмет соответствия установленным стандартам.

Самые высокие требования предъявляются к установке металлических колонн в промышленных зданиях.

Помимо того, что почти все производственные помещения имеют довольно высокие потолки, нагрузка усиливается за счет крепления к металлическим колоннам заводского оборудования.

То есть безопасность и срок эксплуатации здания будет напрямую зависеть от качества несущих стальных опор. Стоит отметить, что большая их часть изготавливаются в целях монтажа в зданиях промышленной направленности.

В случаях, когда исходная длина или иные обстоятельства не позволяют изготовить стержень из цельного элемента, приходится соединять между собой несколько частей.

Выделяют два вида стыков металлических колонн:

• Заводские, которые выполняются с помощью сварочного аппарата. Данный способ присоединения гарантирует высокую прочность стыков и чаще всего применяется при небольшой длине прокатных изделий.
• Монтажные, которые выполняются в случае необходимости разделить конструкцию на несколько частей с целью перемещения. Для монтажных стыков применяют надежные болты и фланцевое соединение, а также сварку встык на накладках. В процессе подгона и закрепления конструкции применяют специальные угловые элементы.

Монтаж металлических колонн

Установка металлических колонн должна осуществляться в соответствии со стандартами нижеперечисленных нормативных актов:

• «СП 13330.2011. Организация строительства. Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004 (с Изменением № 1)»;

Что прочнее на изгиб? Труба, швеллер или другой профиль? Рейтинг профилей..

Изгиб — в строительных конструкциях, это деформации, возникающие, вследствие действия нагрузки. Под действием нагрузки внешних сил в поперечных сечениях всегда возникают изгибающие моменты. На изгиб работает большинство строительных конструкций: балки, рамы, железобетонные плиты и т.д.

Пример изгиба в балке пролётом 6 метров

Мы решили вспомнить курс сопромата и расчётным путем определить какой профиль более прочен на изгибающие нагрузки. Для этого был вычислен момент сопротивления для каждого профиля.

Момент сопротивления – это отношение момента инерции к расстоянию до наиболее удаленной точки. Если совсем просто, то: чем больше «момент сопротивления» у конструкции, тем выше его прочность на изгиб.

Формула момента сопротивления

Для того, чтобы определить какой профиль сильнее на изгиб, высчитывался момент сопротивления для каждого профиля площадью 200 см2.

Теоретическое сравнение профилей: двутавр, швеллер, труба прямоугольная, труба круглая

Теоретическое сравнение профилей: труба квадратная, уголок, сплошной прямоугольник, круг, ромб, квадрат сплошной

Также, согласно нормативным документам определялся момент сопротивления Wx для профилей в диапазоне 21-23 кг. на погонный метр.

Сравнение профилей по ГОСТ: двутавр, швеллер, труба прямоугольная, труба круглая

Сравнение профилей по ГОСТ: труба квадратная, уголок, сплошной прямоугольник, круг, ромб, квадрат сплошной

Исходя, из данных таблиц можно сделать рейтинг прочности строительных конструкций на изгиб. Двутавр и швеллер показали одинаковые результаты, но первый профиль за счёт дополнительных характеристик поставили на первое место.

3 место. Труба прямоугольная

7-10 место. Профиля сплошного сечения.

Спасибо большое за внимание, файлы с расчётом по ссылке:

Таблица №1.Теоретическое сравнение профилей Таблица №2. Сравнение профилей по ГОСТ

Что лучше: профильная труба, швеллер или уголок?

Обновлено: 01 октября 2020

Профильная труба, швеллер и уголок применяются в строительстве очень часто. Эти виды металлопроката могут быть взаимозаменяемы, их конкуренция друг с другом неизбежна.

Поэтому, при создании изделия из металла возникает вопрос, какой из этих трёх видов проката использовать.

Что же лучше: профильная труба, швеллер или уголок?Для начала, давайте разберемся, что из себя представляют эти виды проката, и какие они бывают.

Профильная труба

Положительные стороны этого изделия:

1. Симметричное строение. За счет строения труба может одинаково выдерживать поперечные нагрузки, направленные с разных сторон (в отличие от остальных двух профилей).
2. Сечение в форме прямоугольника. Благодаря чему профильная труба универсальнее, чем два остальных профиля, и используется чаще.
3. Благодаря прямоугольному сечению внешний вид более эстетичен.

Труба имеет важные различия в зависимости от способа изготовления:

1. Сварная. Выполняется из листовой стали, которой придается форма сечения трубы (чаще всего прямоугольник), и на стыке сваривается.
2. Бесшовная. Выполняется из цельнотянутых заготовок, в готовом изделии нет сварного шва. Этот вид прочнее, так как нет сварного шва, ослабляющего конструкцию. Но такие трубы дороже.

Швеллер

Это балка, имеющая строение в виде буквы «П» (две полки и одна стенка), где стенка примерно в 2 раза длиннее полок. Выполняется по ГОСТ 8240-97, и бывает двух видов – горячекатаный и гнутый.

Гнутый профиль производится из листового металла, имеет одинаковую толщину по всему периметру и не так сильно распространен. Горячекатаный производится на прокатных станах, имеет усиленное строение и поэтому может нести большие нагрузки и наиболее часто используется.

Поэтому в дальнейшем будем вести речь о горячекатаном варианте. 

Уголок

Изделие металлопроката, состоящее из двух полок и одного ребра жесткости, образовавшегося на стыке полок. Уголок – это, фактически, половина профтрубы, две из четырех сторон, и одно из четырех ребер жесткости.

Вследствие этого, уголок используется для неответственных конструкций в машиностроении, для армировки в строительстве, каркасов неответственных бытовых изделий, стеллажей и т. д.Уголок надежен и при этом он легче и дешевле швеллера и квадрата аналогичного размера из-за минималистичного профиля (буква «Г»).

Этот профиль применяется для менее ответственных конструкций, а эстетичность его не дотягивает до профтрубы.

Сравниваем швеллер и профильную трубу

Швеллер – более «серьёзный» профиль. Вы, вряд ли, увидите, чтобы домашняя мебель с металлическим каркасом была выполнена из швеллера – для этого используют профтрубу. И наоборот, в несущих деталях металлокаркаса массивных зданий (торговые центры, ангары, выставочные комплексы) швеллер встречается повсеместно, профтруба – крайне редко. Происходит это из-за того, что каркас состоит из элементов, дополняющих друг друга, несущих общую нагрузку. Швеллер в этом случае больше подходит: этот прокат отлично выдерживает нагрузки благодаря профилю и более толстым стенкам.Но, швеллер не универсален из-за своего профиля. Поэтому небольшие изделия «для себя», где можно не считать нагрузки и достаточно запаса прочности профильной трубы, где нужна универсальность проката (один и тот же отрезок трубы можно применить в любом месте каркаса) предпочитают выполнять из трубы.

На вопрос, что лучше (крепче, прочнее, жестче): швеллер или профильная труба, отвечаем: сравнивать нужно на практике. Элементы металлопроката хороши каждый в своем случае. То есть, в условиях производства каркасов для домашней мебели – лучше профтруба, а в условиях производства каркасов для массивных зданий – швеллер.

Что лучше: уголок или профтруба?

При сравнении этих двух элементов, на вопрос «что лучше?» (крепче, прочнее, жестче) можно ответить так же, как и в случае со швеллером: каждый профиль хорош в своем случае. Про профтрубу мы говорили выше, а уголок подойдет для неответственных каркасов, армировки бетона и других технических моментов.

30 сентября 2020

Одним из самых эффективных и широко применяющихся методов резки по металлу является плазма. Она хорошо справляется с листами металла большой толщины, не уступая по качеству обработки.

Подробнее

Стальной профиль для гипсокартона при своей небольшой массе способен выдерживать большие нагрузки, поэтому перегородки из него мало уступают по надежности кирпичным или пеноблочным.

Подробнее

Решили установить забор, и ваш выбор – металлический штакетник? Для начала определитесь с параметрами будущего ограждения…

Подробнее

Какие сечения металлопроката выгоднее использовать для колонн

Часто рождаются споры: какие сечения проката выгоднее использовать для колонн, какие колонны будут менее материалоемкими и т.д.

На самом деле этот вопрос нельзя решить с отрывом от конкретного здания и его конструктивной схемы. При рассмотрении, применяемой расчетной схемы каркаса ответ на данный вопрос достаточно прост.

Итак, давайте рассмотри какие, в принципе, в основном применяют сечения для колонн на территории РФ (да и других стран тоже):

• двутавровые сечения;
• квадратные гнутосварные трубы;
• круглые трубы.

Это основные сечения. Есть еще более экзотические составные сечения, но мы их рассматривать не будем в силу их редкого применения. Да, и понимание принципа оптимального сечения колонны будет понятно и для перечисленных 3-х основных сечений.

Почему массово применяются и применялись колонны из двутаврового сечения и почему они чаще оптимальны? Потому что каркасы в основной своей массе имеют связевую схему в одном направлении (чаще вдоль здания) и рамную схему в другом (поперек).

Какие сечения металлопроката выгоднее использовать для колонн.

Таким образом, жесткость сечения колонны, чтобы воспринимать ветровые, крановые и иные усилия на каркас должна быть в несколько раз жестче (иметь больший момент сопротивления сечения) в одном направлении (вдоль рамы здания), чем в другом (вдоль связей).

Подобные характеристики может обеспечить только двутавровое сечение, которые имеет толстые полки и тонкую стенку, т.к. материал сечения максимально отодвинут от центра сечения колонны и имеет максимально возможный момент сопротивления в этом направлении.

Колонный двутавр

Колонный двутавр

В данном случае и волки сыты и овцы целы: сечение максимально экономично.

Однако есть каркасы, где связи идут и вдоль здания и поперек (в двух направлениях), а также есть здания, где связей нет вообще (жесткие рамы работают вдоль всех сторон здания).

Какие сечения металлопроката выгоднее использовать для колонн.

Вот в таких каркасах уже гораздо эффективнее квадратные или круглые сечения колонн, так как тут они должны работать одинаково в обе стороны. В таких конструктивных схема двутавровые сечения колонн неэффективны и материалоемки.

Какие сечения металлопроката выгоднее использовать для колонн.

Круглые сечения колонн также удобны для зданий с нерегулярной схемой и различными архитектурными изысками, так как позволяют осуществлять крепление к ним под любым углом.

Подписывайтесь на наш канал, будет еще много полезной информации по проектированию и строительству.

Еще больше интересной информации по проектированию на нашем канале Youtube Для заказа проектов обращайтесь на мой сайт: pro-z.ru Подписывайтесь!И не забудьте посетить мою группу ВК!

Ответы Mail.ru: Из за чего двутавр прочнее на игзиб чем прямоугольная труба?

Инженер Высший разум (186446) 5 лет назад Если разрежете прямоугольный трубчатый профиль вдоль и сварите внешними сторонами, то получим двутавр, который на изгиб будет иметь такую же жесткость и прочность, как и коробчатый прямоугольный профиль (но на кручение будет работать значительно хуже).

Но полученное сечение «сваренного» двутавра будет значительно отличаться от классического.Для классического двутавра горизонтальные полки толще, чем вертикальная, А у «сваренного» — в два раза тоньше. Т. е. от оси изгиба у классического двутавра будет располагаться значительно больше металла (больше момент инерции).

Вот поэтому коробчатый профиль прямоугольного сечения существенно проигрывает классическому двутавру при одинаковой погонной массе.

Sergei SukhoverkhovЗнаток (388) 5 лет назад Ах вот оно в чем дело! Если так, то все встает на свои места.

Интересно только тогда, почему в строительстве применяют обычно двутавры, а не прямоугольные трубы с неравномерной толщиой стенок? Просто двутавр дешевле в изготовлении, чем такая специфическая труба?

Undertaker Оракул (69924) 5 лет назад

У двутавра основное напряжение на центр проекции идёт.

Sergei SukhoverkhovЗнаток (388) 5 лет назад

Так какая разница? В трубе оно равномерно распределено по двум внешним граням (при равномерной нагрузке по всей плоскости), если суммарная толщина внешних граней трубы равна толщине центрального берра двутавра, то по меньшей мере на прогиб, по моему ощущению, должны они оба выдавать одинаковый результат.

Александр Шеруда Просветленный (35757) 5 лет назад Есть такое понятие — момент инерции сечения. Это такая геометрическая характеристика сечения. Она показывает, насколько много металла располагается максимально далеко от оси изгиба.Так вот у двутавра форма поперечного сечения такова, что момент инерции больше, чем у трубы, при одинаковой площади сечения.Поэтому двутавр в направлении его длинной полки — жёстче, чем труба того же поперечного сечения.

Как вычисляется момент инерции можно найти в любом учебнике по сопромату, а готовые моменты инерции двутавров — в справочнике по сортаменту.

Sergei SukhoverkhovЗнаток (388) 5 лет назад Попытался разобраться что такое момент инерции сечения. Нашел такое определение:момент инерции сечения — это сумма всех элементарно малых площадей dF, составляющих это сечение, умноженных на квадрат расстояния от этих площадей до выбранной осиДопустим наш двутавр (либо прямоугольная труба) расположен горизонтально, одним концом жестко закреплен, а на другой конец мы положили сверху некий груз. Тогда как должна проходить интересующая нас ось? Параллельно земле и перпендикулярно продольной оси двутавра? Момент силы ведь считается относительно этой оси, верно? Стало быть и момент инерции относительно этой же оси?

Если я ось выбрал правильно, то по определению двутавра, если мы его «сделаем» из прямоугольной трубы описанным мной способом («распилим» трубу пополам вдоль

авто Ученик (104) 5 лет назад

а потому што возьми две одинаковые монеты и попробуй согнуть по оси диаметра и по оси окружности ребра и сравни, быстрее согнется она монета или порвется другая монета .

Rus Гуру (3388) 5 лет назад

Значение имеют ребра жесткости, и скорее всего, состав самого металла. Да и сваренная середина очень крепкая

ВК Просветленный (32870) 5 лет назад

Возьмите обычную линейку и попробуйте сломать, ясно, что «плашмя» сломать легче, чем «поперек», хотя линейка одна и та же. Чем дальше волокна он нейтральной (для линейки и двутавра) центральной оси, тем лучше она работает.