85. Оголовки колонн. Конструирование и расчет

Опирание конструкции на колонну сверху. При опирании конструкции (рис. 6.50) узел сопряжения является шарнирным. Вертикальная сила, равна сумме опорных реакций опертых на колонну балок, через строганые торцы опорных ребер балок или опор­ных фланцев ферм передается на* опорную плиту 1 и далее с помо­щью ребер колонны 2 переходит на стенку колонны и равномерно распределяется по ее сечению.

Мы наметили логичный путь передачи усилий и должны обеспе­чить прочность всех элементов и сварных швов на этом пути. В дей­ствительности усилия будут передаваться иначе, некоторая часть из них поступит с плиты непосредственно на полки и стенку колонны, но, не зная фактического распределения силы N между элементами и швами, мы будем передавать с некоторым запасом эту силу цели­ком на элементы и швы намеченного нами пути. К такому способу расчета мы часто будем обращаться в дальнейшем.

Опорную плиту 1, обычно строганую, устанавливают на фрезеро­ванный торец стержня колонны, а сварные швы прикрепления пли­ты назначают конструктивно с минимальным размером катета для данной толщины стыкуемых элементов. Толщину плиты назначают конструктивно 20...30 мм, а размеры в плане принимают так, чтобы плита выходила за контур колонны на 15 мм. Для легких колонн можно принимать плиту толщиной 12...20 мм.

Длину опорных ребер 2 (высоту оголовка) назначают из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы N с ре­бер на стенку колонны, но не более 85β_f - где kf - высота катета шва. Толщину ребра в пределах t_r = 14 ... 20 мм, но не менее его ширины Ъ_r определяют расчетом на смятие На эту же силу N при тонких стенках необходимо проверить защиту стенки от среза ее по граням крепления опорных ребер N/(2l_rt_wR_sy_c) < 1. Если это условие не выполняется, возможно местное усиление стенки оголовка путем заме­ны участка стенки в преде­лах высоты оголовка более толстой вставкой.

Опорное ребро балки или фланец фермы должны опи­раться на плиту оголовка всей поверхностью. Возмож­ный при изготовлении или монтаже перекос фланца из плоскости балки (фермы) может вызвать неравномер­ное давление на опорные ребра 2, в результате чего они в свою очередь будут оказывать местное давление на стенку колонны из ее плоскости и могут искривить ее. Для исключения этого давления с передачей его на полки колонны низ опорных ребер об­рамляют поперечными ребрами 3, размеры которых и швов их креп­ления принимают конструктивно.

Высота сечения колонны может изменяться в широких пределах и не всегда соответствует размерам опираемых конструкций. Это обусловливает необходимость применения различных вариантов раз­мещения опорных ребер. Схемы основных технических решений по конструктивному оформлению оголовков приведены на рис. 6.50, 6.

В оголовке сквозной колонны опорное давление (рис.6.51) с опорной плиты передается на диафрагму через строганый торец, а далее через сварные швы Ш2 прикрепления диафрагмы к ветвям распределяется по стенкам ветвей. Если имеются затруднения по плотной пригонке диафрагмы к плите, давление можно попытаться передать через сварные швы Ш1, определив высоту катета по фор­муле k_f = N/(2b_d (β γ_w R_w )_min γ_c)

Высоту диафрагмы определяют из условия размещения сварных швов прикрепления ее к ветвям h_d =N/[4k_f (β γ_w R_w )_min y_c] Толщину Диафрагмы можно определить из условия ее прочности на срез как короткой балки:

QS/(Jt_d < R_s γ_c ); Q = N/2; J/S = 2h_d/3 t_d =3N/(4h_dR_sγ_c)

Примыкание конструкций к колонне сбоку. На рис. 6.52 показано конструктивное решение шарнирного узла при опирании балки на колонну сбоку. Опорная реакция балки передается с ее опорного ребра на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристрагиваются. Толщину столика принимают на 20...40 мм больше толщины опорного ребра балки.

Сварные швы, прикрепляющие столик к колонне (обычно по трем сторонам), рассчитывают по формуле l,3N/ [k_fl_w(βγ_wR_w)min γ_c] ≤1 Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между верти­кальными швами. Чтобы балка не зависала на болтах и плотно опи­ралась на столик, диаметр болтов принимают на 3...4 мм меньше диаметра отверстий.

При жестком сопряжении ригеля с колонной (рис. 6.53) узел должен обеспечить передачу поперечной.силы и момента. Попереч­ная сила передается на опорный столик из листа толщиной 30...40 мм или при N<250 кН из отрезка уголка с частично срезанной пол­кой. По отмеченным выше соображениям угловые швы крепления столика также рассчитывают на усилие 1,3 N> а диаметры отверстий для прикрепления опорного фланца фермы к колонне назначают на 3...4 мм больше диаметра болтов для передачи опорной реакции фермы на опорный столик без зависания на болтах в процессе мон­тажа. Вместе с тем в стадии эксплуатации эти болты участвуют в пе­редаче с фермы на колонну изгибающего момента за счет работы на растяжение.

Изгибающий момент, действующий в узле сопряжения ригеля с колонной, заменяют парой сил M=Hh. На горизонтальную силу H=M/h рассчитывают нижний и верхний узлы сопряжений. При расчете нижнего узла проверяют прочность болтов и поясных швов, соединяющих стенку ко­лонны с полкой. На эти швы в пределах высоты фасонки пере­дают силу Н целиком, а ребра жесткости лишь обеспечивают местную устойчивость стенки. Для определения силы H прини­мают комбинацию нагрузок, ко­торая дает наибольший по абсо­лютной величине изгибающий момент в узле сопряжения ригеля

При толщине фланца порядка 8... 10 мм и расстоянии между бол­тами .b = 160...200 мм сопряжение ригеля с колонной можно рас­сматривать как шарнирное. Другим вариантом шарнирного прикре­пления фермы к колонне сбоку является сопряжение с ней верхнего пояса фермы (рис.6.53, б, в) на болтах нормальной точности, постав­ленных в овальные или рассверленные отверстия без применения монтажной сварки. Путем изменения толщины фланца t и расстоя­ния между болтами Ъ (рис. 6.53, а) можно искусственно регулировать значение предельного изгибающего момента в месте сопряжения ригеля с колонной: M=2,6at²R_yγ_ch/b. Потребность в таком регули­ровании может возникнуть, например, при желании ограничить сжимающее усилие нижнего пояса фермы в крайней панели.