Колонна — основная вертикальная несущая роль каркаса: собирает нагрузки с ригелей и передает их фундаменту, работая на центральное сжатие или сжатие с изгибом. Определяющая проверка почти всегда — общая устойчивость: гибкая колонна исчерпывает несущую способность при напряжениях заметно ниже расчетного сопротивления, поэтому ключевые параметры шаблона — коэффициенты расчетной длины μy, μz и предельная гибкость. Прогиб колонне не нормируется — группа «Деформации» в шаблоне выключена.
Работа элемента и нормативная база
Состав фактически выполняемых проверок решатель определяет по усилиям в стержне. При чисто продольной силе (N ≠ 0, M = 0) работает § 7 СП 16.13330: прочность — п. 7.1.1, формула (5) N/(A·Ry·γc); устойчивость при центральном сжатии — п. 7.1.3, формула (7), φ — по формулам (8)/(9) в зависимости от типа кривой устойчивости a/b/c с контролем по таблице Д.1. При сжатии с изгибом (N ≠ 0, M ≠ 0) — типовой случай колонны рамы — включается § 9: прочность — п. 9.1.1, формулы (105)/(106); устойчивость в плоскости действия момента — п. 9.2.2, формула (109), φe — таблица Д.3 по mef и условной гибкости λ̄; устойчивость из плоскости действия момента при изгибе в плоскости наибольшей жесткости — п. 9.2.4, формула (111), где коэффициент c по формулам (112)/(113) учитывает изгибно-крутильную форму потери устойчивости; при изгибе в плоскости наименьшей жесткости — дополнительная проверка из плоскости момента как центрально-сжатого элемента по п. 9.2.8, формула (115); п. 9.2.10. Касательные напряжения проверяются по формуле (42) п. 8.2.1, местная устойчивость стенки и полки — по таблицам 9 и 10 при центральном сжатии и по пп. 9.4.2, 9.4.7 при внецентренном, гибкость — по п. 10.4.1 и таблице 32. Формулы проверок собраны в справочной матрице.
Состав проверок шаблона
| Группа проверок | Что проверяется | Пункт СП 16.13330 |
|---|---|---|
| Нормальные напряжения | Прочность при сжатии и сжатии с изгибом | п. 7.1.1 ф. (5); п. 9.1.1 ф. (105)/(106) |
| Касательные напряжения | Прочность на срез | п. 8.2.1 ф. (42) |
| Общая устойчивость | Центральное сжатие в обеих плоскостях; внецентренное — в плоскости момента и из плоскости (c по ф. (112)/(113) учитывает изгибно-крутильную форму) | п. 7.1.3 ф. (7); пп. 9.2.2, 9.2.4, 9.2.8, 9.2.10 |
| Местная устойчивость | Стенка и свес полки; шаг ребер жесткости | табл. 9, 10; пп. 9.4.2, 9.4.7; п. 7.3.3 |
| Гибкость | λ = lef/i ≤ λu = 180 − 60α (основные колонны) | п. 10.4.1, табл. 32 поз. 4 |
«Деформации» шаблон выключает: прогиб как изгибная деформация стержня колонне не нормируется; горизонтальные перемещения каркаса СП 20.13330 ограничивает, но они контролируются по перемещениям узлов схемы, а не через роль. Шаблон переключает только тумблеры — числовые параметры остаются по умолчанию (γc = 1, μy = μz = 1, λu = 200 − 0·α) и настраиваются вручную под конструкцию.
Заполнение параметров
Вкладка «Общие»
Наименование («Колонны К1»), коэффициент условий работы γc, шаблон «Колонна» и класс НДС. Для колонн таблица 1 СП 16.13330 дает характерные значения: 0.95 — колонны общественных и жилых зданий при постоянной нагрузке, равной не менее 0.8 расчетной (позиция 2), 1.05 — колонны одноэтажных производственных зданий с мостовыми кранами (позиция 3); таблица встроена и открывается кнопкой у поля. Класс НДС для колонн обычно 1 — сечение работает упруго (классы НДС — п. 4.2.7); расчет с учетом пластики (2/3 НДС, пп. 8.2.3, 9.1.1) допустим при статических нагрузках, при подвижных и динамических — класс 1.
Вкладка «Проверки»
Центральные поля — коэффициенты приведения длины. В плоскости рамы μy определяется по п. 10.3 СП: для стоек постоянного сечения — по таблице 30, для колонн в составе рам — по таблице 31 и формулам (141)–(146) в зависимости от свободы смещения узлов рамы (свободная/несвободная) и соотношения погонных жесткостей ригелей и колонн; частный случай нормы — ограничение снизу μef ≥ 0.7 по формуле (146) для колонн свободных рам. Из плоскости рамы μz назначается по п. 10.3.9 — по расстоянию между точками, закрепленными от смещения из плоскости: распорками, связями, диском покрытия. Подробный разбор коэффициента μ с таблицами нормы — в родительской статье.
Поле предельной гибкости сжатых элементов заполняется из встроенной таблицы 32: для основных колонн — позиция 4, λu = 180 − 60α. Поскольку α = N/(φ·A·Ry·γc) принимается не менее 0.5, фактический предел лежит в диапазоне 120–150. Шаг ребер жесткости (0 — ребра не заданы) контролируется по п. 7.3.3.
Вкладка «Закрепления»
Каскад закреплений задает данные для коэффициента φb устойчивости плоской формы изгиба (п. 8.4.1, приложение Ж), выполняемой при чистом изгибе (M ≠ 0, N = 0). Для колонны с продольной силой определяющими остаются проверки § 9 — поля можно оставить по умолчанию; разбор каскада — на странице «Балка».
Пример назначения
В сквозном примере — рама два пролета на два этажа: шесть колонн и четыре ригеля. Все шесть колонн выделяются в таблице стержней и получают одну роль «Колонны К1»; зеленая метка коллапса подтверждает назначение. Параметры роли для такой схемы: предельная гибкость 180 − 60α (таблица 32, поз. 4); μy — по таблице 31; μz — по фактическому раскреплению из плоскости рамы (при боковом закреплении концов каждого стержня в пределах этажа — 1); γc — по таблице 1 под назначение здания. Колонны рамы сжато-изогнуты, поэтому в результатах полного расчета появятся строки § 9 — прочность (105)/(106) и устойчивость (109), (111), (115).
Практические замечания
- μz из плоскости. Если распорки или связи раскрепляют колонну реже, чем стоят узлы схемы, μz = 1 занижает расчетную длину из плоскости — проверьте расстояние между закрепленными точками по п. 10.3.9.
- Расчетный момент. Нормативный контекст проверок устойчивости сжато-изогнутых элементов — пп. 9.2.3 и 9.2.6 СП: момент принимается наибольшим в пределах средней трети длины, но не менее половины максимального по длине.
- Знак продольной силы. При растяжении в отдельных загружениях устойчивость не работает, а гибкость контролируется по таблице 33 для растянутых элементов.
Смежные роли: фахверковая стойка — второстепенная колонна с пределом гибкости 210 − 60α, балка — ригель той же рамы. Общая теория конструктивных элементов и коэффициента расчетной длины — в родительской статье; запуск нормативной оценки — полный расчет по СП 16.13330; формулы всех проверок — матрица проверок.