Колонны производственных зданий работают на внецетренное сжатие. Значения расчетных усилий: продольной силы N, изгибающего момента в плоскости рамы М_х и поперечной силы Q_х определяют по результатам статического расчета рамы.

При расчете колонны проверяют ее прочность и местную устойчивость элементов.

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации колонны должны обладать необходимой жесткостью.

Сечения ступенчатых колонн подбирают раздельно для каждого участка постоянного сечения (верхней и нижней частей колонн)

Сплошная колонна.

Для колонн с небольшими усилиями, а также в случаях, когда изгибающий момент может действовать как в одну, так и в другую сторону применяют симметричные сечения из:

а) прокатного двутавра типа Ш или Б;

б) двутавра составного сечения.

При больших усилиях с односторонним моментом проектируют несимметричные сечения различного вида.

Расчет стержня колонны производится в такой последовательности:

1.6.2.1.1 Определяют расчетную длину колонны для верхней и нижней частей отдельно:

В плоскости рамы

l_x1= l₁ расчетная длина нижней части;

l_x2= l₂ расчетная длина верхней части,

где l₁ и l₂ – геометрические длины соответственно нижней и верхней частей колонны;

 и – коэффициенты приведения расчетной длины, определяемые по СНиП или таблицам в учебнике.

Из плоскости рамы

l_y1=l₁ расчетная длина нижней части колонны

l_y2=l₂ – h_п.б. расчетная длина верхней части

где h_п.б.– высота подкрановой балки.

Подбор сечения верхней части колонны.

Для верхних надкрановых частей ступенчатых колонн применяются, как правило, симметричные двутавры.

Требуемая площадь сечения колонны определяется по формуле

где  - расчетная продольная сила;

 - расчетное сопротивление стали;

h - высота сечения, определяемая при компоновка рамы; для верхней части  (здесь  - привязка разбивочной оси к наружной грани колонны; в зависимости от гру­зоподъемности кранов  =250 мм или  = 500 мм.

Высоту сечения верхней части принимают 450 мм, 700 мм, но не менее 1/12    для обеспечения жесткости в плоскости рамы. При тяжелом режиме работы кранов, когда в стенках верхних частей колонн устраиваются проходы, высоту сечения  назначают не менее 1000 мм.

Приближенно требуемую площадь сечения можно также опре­делить, исходя из основной формулы проверки устойчивости внецентренно сжатой колонны

Компоновка сечения

По требуемой площади А_тр подбирают из сортамента широкополочный двутавр типа Ш или Б, или компонуют составное сечение из трех листов.

При составном сечении применяют для поясов листы ; для стенки .

Наиболее выгодным по расходу стали является тонкостенное сечение. Минимальная толщина листов ограничивается условиями местной устойчивости.

При компоновке сечения ориентировочная ширина полки может быть определена из условия

,

где l₂ – геометрическая длина верхней части колонны.

Ориентировочно толщина полки может быть определена из соотношения:

.

Ориентировочно толщина стенки может быть определена по формуле:

,              .

Округлив полученные значения толщин стенки и поясов до целых значений в милиметрах, а ширину полки до значений, кратных 10 мм, определяют площадь полученного сечения.

Скомпонованное сечение должно удовлетворять требованиям, обеспечивающим местную устойчивость стенки и поясов (полок).

Устойчивость стенки обеспечивается, если её условная гибкость  не превышает предельных значений

при            ,                               (4.2)

при            ,

где     условная гибкость стержня колонны

Толщина стенки из условия местной устойчивости получается довольно большой, что делает сечение неэкономичным, особенно при высоте сечения 700 мм и более.

В ряде случаев целесообразно уменьшить толщину стенки, приняв  (t_w=6,8,10,12мм) и обеспечить ее устойчивость постановкой продольных ребер жесткости, расположенных с одной или с двух сторон стенки. Продольные ребра включаются в расчетное сечение колонны. Постановка продольных ребер увеличивает трудоемкость изготовления колонны и целесообразна только при большой ее ширине (более 1000мм).

Поскольку переход стенки в критическое состояние не ведет к потере несущей способности колонны, нормы проектирования допускают использование закритической работы стенки. В этом случае неустойчивую часть стенки «а» считают выключившейся из работы и расчетное сечение колонны включают два крайних участка стенки шириной по .

Исключение части стенки из расчетного сечения учитывается только при определении площади сечения А; все остальные геометрические характеристики определяются для целого сечения.

Устойчивость полок двутаврового сечения обеспечивается если

.

Обозначения смотреть рисунок раздела 2 ч. I.

Для других типов сечений  указаны в нормах проектирования.

1.6.2.1.2.3 Определяют геометрические характеристики принятого сечения: A; I_x; I_y; W_x; i_x; i_y.