6.4. Расчёт и конструирование оголовка колонны

• Назначение оголовка:

  1. Передача усилий от опорного ребра балки на стержень колонны.

  2. Закрепление верхнего конца стержня колонны в соответствии с принятой расчётной схемой.

На рис. 6.4 показан один из возможных вариантов конструктивного решения оголовка колонны.

Порядок передачи нагрузки: .

• Опорная плита оголовка (ПЛ) передаёт давление от опорного ребра балки (О.Р) на ребро Р1 оголовка, а также служит для скрепления балок с колонной монтажными болтами.

Длина и ширина плиты назначаются так, чтобы величина свеса составляла по 2…3 см с каждой стороны:

, принимаем b₀ = 39 см;

, принимаем l₀ = 37 см.

Толщина плиты назначается конструктивно в пределах t₀ = 20…30 мм; принимаем t₀ = 20 мм.

Монтажные болты не предназначены для восприятия расчётных усилий, они необходимы только для фиксации проектного положения балок. При этом монтажные болты, конечно, могут воспринимать случайные усилия, но расчёт на на действие этих усилий не проводится, а диаметр монтажных болтов назначается конструктивно: d = 20 мм. Диаметр отверстия принимается на 2…3 мм больше диаметра болта: d₀ = 20 + 2 = 22 мм.

Между опорными ребрами балок устанавливается прокладка из листа толщиной 4 мм, после чего балки стягиваются между собой и колонной монтажными болтами.

• Ребро Р1 проходит под опорными ребрами балок и поддерживает опорную плиту снизу, при этом оно воспринимает опорную реакцию главных балок и работает на смятие. Считается, что усилия передаются от опорных рёбер главных балок через плиту под углом 45⁰.

Тогда длина снимаемой поверхности ребра Р1 составляет:

,

где b_r = 20 cм – ширина опорного ребра балки; t₀ = 2 см – толщина опорной плиты оголовка.

Ширина ребра должна превышать длину сминаемой поверхности: b_r1 > l_p; принимаем в соответствии с сортаментом b_r1 = 25 см.

Необходимая толщина ребра определяется из условия его прочности на смятие:

, принимаем t_r1 = 2 см.

• При нагрузке N  1500 кН усилие на ребро Р1 передаётся через сварные швы Ш1, а при большей нагрузке – непосредственным контактом фрезерованных поверхностей опорной плиты и торца ребра.

В первом случае катет шва Ш1 определяется расчётом на восприятие нагрузки:

, где - общая длина швов крепления ребра Р1.

Во втором случае, который имеет место в данной колонне, катет шва назначается минимальным k_f = k_f,min = 5 мм, а о фрезеровке торца ребра указывается на чертеже.

• Высота рёбер Р1 и Р2. От ребра Р1 усилия передаются через сварные швы Ш2 на ребро Р2, а с него – через швы Ш3 на стенки ветвей колонны (СТ), которые работают на срез. Толщину стенки мы изменить не можем, поэтому определим необходимую высоту рёбер Р1 и Р2 из условия прочности стенки швеллера на срез:

,

где 4 – расчётное число срезов (по 2 на каждой ветви). Принимаем h_r = 40 см (кратно 10 мм).

• Толщина ребра Р2 определяется из условия его прочности на срез (расчётное число срезов – 2):

,

принимаем в соответствии с сортаментом t_r2 = 1,6 см.

• Сварные швы Ш2 и Ш3. Расчётная длина шва: l_w = h_r – 1 см = 40 – 1 = 39 cм.

Требуемый катет шва: ; k_f,min = 6 мм.

В целях унификации принимаем катет швов Ш1, Ш2 и Ш3 равным k_f = 0,7 см.

Проверка по предельной длине шва:

.

• Горизонтальное ребро Р3 устанавливается конструктивно. Оно необходимо, чтобы придать жесткость вертикальным ребрам Р1 и Р2, а также укрепить от потери местной устойчивости стенки швеллера.