Ступенчатая колонна
STEPPED COLUMN

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к колоннам и стойкам одноэтажных промышленных зданий с мостовыми кранами, крановых эстакад под тяжелую крановую нагрузку.
Известна металлическая ступенчатая колонна, содержащая верхнюю надкрановую, нижнюю подкрановую части и траверсу в месте их сопряжения (Муханов К.К. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1963 г., с. 253-256).
Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость ступенчатой колонны по причине не замкнутого контура элементов надкрановой и подкрановой частей, необходимости обеспечения их местной устойчивости за счет увеличения толщины стальных элементов и обеспечения жесткости колонны за счет увеличения габаритов поперечного сечения частей.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является ступенчатая колонна, содержащая надкрановую и подкрановую части, траверсу в месте их сопряжения, а также стойку, расположенную по оси траверсы (SU 616384, Е04С 3/32, 01.03.1977 г.).
Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость ступенчатой колонны по причине не замкнутого контура элементов надкрановой и подкрановой частей, необходимости обеспечения их местной устойчивости за счет увеличения толщины стальных элементов и обеспечения жесткости колонны за счет увеличения габаритов поперечного сечения частей.
Задача изобретения - снижение материалоемкости и повышение надежности ступенчатой колонны.
Технический результат достигается тем, что ступенчатая колонна, содержащая надкрановую, подкрановую части и траверсу в месте их сопряжения, имеет надкрановую часть из стального трубчатого профиля прямоугольного поперечного сечения с оголовком, заполненного бетоном, при этом высота сечения надкрановой части увеличивается от оголовка к траверсе, и подкрановую часть из стального коробчатого профиля составного сечения с базой, состоящего из поясов и стенок и заполненного бетоном, стенки имеют вогнутую вовнутрь сечения колонны форму и объединены стяжными шпильками в средней части сечения, на внутренних поверхностях поясов подкрановой части расположены упоры.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид ступенчатой колонны;
- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;
- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2;
- фиг. 4 - поперечное сечение 3-3;
- фиг. 5 - поперечное сечение 4-4;
- фиг. 6 - поперечное сечение 5-5.
Ступенчатая колонна состоит из надкрановой части 1 с жестко прикрепленной подкрановой частью 2 через траверсу 3 (фиг. 1). Надкрановая часть 1 выполнена из стального трубчатого профиля 4 прямоугольного поперечного сечения с оголовком 5, заполненного бетоном 6, при этом высота сечения надкрановой части 1 увеличивается от оголовка 5 к траверсе 3 (фиг. 2, 3). Подкрановая часть 2 выполнена из стального коробчатого профиля 7 составного сечения с базой 8, состоящего из поясов 9 и стенок 10 и заполненного бетоном 6, стенки 10 имеют вогнутую вовнутрь сечения колонны форму и объединены стяжными шпильками 11 в средней части сечения, на внутренних поверхностях поясов 9 подкрановой части 2 расположены упоры 12, выполненные из отрезков стержневой арматуры или стад-болтов (фиг. 4, 5, 6).
Переменная высота сечения надкрановой части 1 может быть обеспечена за счет изготовления стального трубчатого профиля 4 из прокатной квадратной трубы путем ее косой разрезки на две части с последующим их разворотом и объединением на сварке.
Траверса 3, оголовок 5 надкрановой части 1 и база 8 подкрановой части 2 выполняются из стальных листов и объединятся со стальным трубчатым профилем 4 и стальным коробчатым профилем 7 сварными швами.
Прямоугольная замкнутая форма поперечного сечения стального трубчатого профиля 4 позволяет более эффективно воспринимать усилия изгиба в надкрановой части 1 от внешних нагрузок, обеспечивать ее устойчивость относительно обеих осей сечения, что приводит к снижению материалоемкости ступенчатой колонны.
Уменьшение высоты поперечного сечения стального трубчатого профиля 4 от траверсы 3 к оголовку 5 соответствует эпюре усилия изгиба в надкрановой части 1 от внешних нагрузок, что приводит к снижению материалоемкости ступенчатой колонны.
Заполнение стального трубчатого профиля 4 надкрановой части 1 и стального коробчатого профиля 7 подкрановой части 2 бетоном 6 повышает несущую способность колонны при действии напряжений общего изгиба, а также местного изгиба стенок трубчатого профиля 4 и стального коробчатого профиля 7, что позволяет уменьшить размеры поперечного сечения колонны, расход стали и, как следствие, снизить материалоемкость ступенчатой колонны.
Наличие бетона 6 и стенок 10 в составе подкрановой части 2 позволяет эффективно воспринимать и перераспределять по всему сечению колонны тяжелые динамические нагрузки, передаваемые на траверсу 3, что снижает материалоемкость и повышает надежность ступенчатой колонны.
Бетон 6, находясь в замкнутом контуре стального трубчатого профиля 4 надкрановой части 1 и стального коробчатого профиля 7 подкрановой части 2, обладает высокими прочностными характеристиками, повышает огнестойкость и коррозионную стойкость стальных элементов, что снижает материалоемкость и повышает надежность ступенчатой колонны.
Расстояние между стенками 10 стального коробчатого профиля 7 уменьшается от поясов 9 к центру сечения подкрановой части 2, что обеспечивает уменьшение объема бетона 6 в менее напряженной части сечения колонны и, как следствие, снижает материалоемкость ступенчатой колонны.
Наличие стяжных шпилек 11 обеспечивают восприятие стенками 10 стального коробчатого профиля 7 бокового давления от бетона 6 в процессе изготовления колонны, позволяет выполнять обжатие бетона, а также повышает местную устойчивость стенок 10, что снижает материалоемкость ступенчатой колонны.
Наличие упоров 12 обеспечивает эффективную совместную работу поясов 9 стального коробчатого профиля 7 с бетоном 6 при действии сдвигающих усилий, более равномерную передачу напряжений вовнутрь сечения подкрановой части 2, повышает местную устойчивость поясов 9 и позволяет уменьшить их толщину, что снижает материалоемкость ступенчатой колонны.
Несущая способность ступенчатой колонны обеспечивается подбором класса бетона, марки стали, размеров поперечного сечения стальных элементов, величиной натяжения стяжных шпилек, шагом упоров.
Применение предлагаемого технического решения позволит снизить материалоемкость и повысить надежность ступенчатой колонны.