Leksykon

Słupy - przekroje, smukłość, długość efektywna

Słupy są pionowymi elementami konstrukcyjnymi przenoszącymi najczęściej obciążenia ze stropów lub belek na nich opartych, działające w kierunku ich osi podłużnej. Elementy konstrukcyjne o przekroju prostokątnym lub zbliżonym do prostokątnego, w których stosunek wymiarów przekroju poprzecznego jest większy od 4, należy rozpatrywać jako ściany. 

Słupy są na ogół elementami konstrukcyjnymi poddanymi ściskaniu mimośrodowemu. W praktyce występują również słupy poddane istotnemu zginaniu (wolnostojące słupy zamocowane wspornikowo, słupy w halach jednokondygnacyjnych itp.). Należy je projektować jako elementy poddane zginaniu ze ściskaniem.

Słupy mogą być projektowane w zasadzie z większości materiałów konstrukcyjnych.

 

Najczęściej występują słupy o konstrukcji:

 

  • żelbetowej (betonowej),
  • stalowej (metalowej),
  • murowej,
  • drewnianej.

 

Odpowiednie normy dotyczące projektowania konstrukcji z tych materiałów podają warunki jakie powinny spełniać parametry słupów i ich konstrukcja.

 

Smukłość słupów

 

Istotnym parametrem opisujacym słupy jest ich smukłość, którą określa się jako stosunek długości efektywnej słupa – lo do promienia bezwładności przekroju – i lub, dla słupów prostokątnych, do wysokości jego przekroju – h (lo/h lub lo/i). Sposoby wyznaczania wartości granicznych smukłości, których nie należy przekraczać przy projektowaniu, jak również wartości przy których należy uwzględniać wpływ efektów drugiego rzędu (wyboczenia) na nośność słupów, podawane są w normach projektowania konstrukcji.

 

Długość efektywna słupów

 

Długość efektywną słupów, nazywaną również długością wyboczeniową, a w dawnych normach długością obliczeniową, ustala się uwzględniając kształt krzywej ugięcia powstającego przy wyboczeniu. Odpowiada ona długości słupa podpartego w obu węzłach przegubowo, mającego taki sam przekrój poprzeczny i ulegającemu wyboczeniu pod takim samym obciążeniem osiowym jak słup rozpatrywany. Na rysunku 1 pokazano teoretyczne przypadki schematów pracy słupów i odpowiadających im długości wyboczeniowych.

 

 Teoretyczne przypadki schematów pracy słupów i odpowiadające im długości wyboczeniowe

Rysunek 1. Schematy teoretyczne pracy słupów: a) w pełni zamocowany w węzłach, b) podparty przegubowo w węzłach, c) zmocowany w węzłach z możliwością przesuwu w węźle górnym, d) zamocowany tylko w węźle dolnym (wspornik)

 

Zasady obliczania długości efektywnej słupów, jakie należy przyjmować w projektowaniu, określone są w odpowiednich dla danego materiału normach projektowania konstrukcji. Przy wyznaczaniu długości obliczeniowej słupów uwzględnia się stopień ich zamocowania w węzłach dolnym i górnym (podatność podpór k1 i k2) oraz sztywność całego obiektu w którym słupy występują. W praktyce najczęściej występują słupy podparte w węźle górnym i dolnym, przy czym nie przyjmuje się w projektowaniu pełnego utwierdzenia węzłów na obrót (k1, k2>0). Schematy występujące w praktyce i odpowiadające im przedziały długości efektywnych  słupów pokazano na rysunku 2. W schematach tych przyjęcie podatności k=∞ oznacza przegubowe podparcie. Na przykład schemat z rysunku 1b przy k2=k1=∞ jest schematem słupa podpartego przegubowo (lo= ln), a schemat na rysunku 2b przy k2=∞ jest schematem wspornika stosowanym dla słupów wolnostojących zamocowanych w fundamencie (lo≥ 2ln).

 

Zasady obliczania długości efektywnej słupów, jakie należy przyjmować w projektowaniu

Rysunek 2. Schematy pracy słupów przyjmowane w projektowaniu: a) dla słupów w układach konstrukcyjnych usztywnionych, b) nieusztywnionych; k1, k2 – podatności węzłów na obrót

 

Przekroje słupów

 

Słupy żelbetowe (betonowe) i murowe wykonywane są głównie o przekrojach jednolitych najczęściej kwadratowych, prostokątnych lub kołowych (wielokątnych).

Słupy stalowe i drewniane wykonuje się zarówno z jednego profilu (kształtownika, krawędziaka), jak i w przypadku dużych obciążeń, o przekrojach złożonych (spawane, skratowane, klejone, wielogałęziowe).