Оголовки колонн и сопряжения балок с колоннами. Конструирование и расчет оголовка центрально-сжатой сплошной и сквозной колонн

Оголовок колонны служит опорой для вышележащих конструкций (балок, ферм) и распределяет сосредоточенную нагрузку на колонну равномерно по сечению стержня.

Сопряжение балок с колоннами может быть свободное и жесткое. Шарнирное сопряжение передает только вертикальные нагрузки (а, б, в, г, д).

а) б)

в) г) д)

Жесткое сопряжение балок с колоннами образует рамную систему (е).

При отпирания балок сверху опорный узел вышележащий конструкции имеет поперечное ребро с выступающим на 15-25 мм фрезерованным торцом, через который передается давление на колонну (рис. а, б, д). Реже применяют конструкция узла, где опорное давление передается внутренним ребром балки, расположенным над полкой колонны (в, г). Если поперечное опорное ребро вышележащих балки имеет выступающий торец (а, б, д), то опорное давления передается сначала на опорную плиту оголовка колонны, затем на опорное ребро оголовка, с этого ребра – на стенку колонны (или траверсу в сквозной колонне (д) и далее равномерно распределяется по сечению колоны. Опорная плита оголовка служит для передачи давления с торцов балки на опорные ребра оголовка, поэтому ее толщина определяется не расчетом, а конструктивными соображениями и принимается обычно 16-25мм.

С опорной плиты давление передается на опорные ребра оголовка через горизонтальные сварные швы, прикрепляются торцы ребер к плите.

Катет этих швов определяется по формуле

.

При установке опорной плиты на фрезерованный торец стержня колоны обеспечивает полное прилегание плиты к ребру колонны, и опорное давления передается непосредственным контактом поверхностей, а сварные швы, прикрепляющие, опорную плиту принимаются конструктивно.

Ширина опорного ребра определяется из условия прочности на сжатие.

.

Кроме того должно соблюдаться условие, обеспечивающие местную устойчивость опорного ребра.

.

Низ опорных ребер оголовка укрепляется поперечными ребрами, препятствующими их скручиванию из плоскости колонны при неравномерном давлении торцов вышележащих балок, возникающие от неточности изготовления и монтажа.

С опорных ребер давление на стенку колонны передается через угловые швы. Исходя из этого требуема длина ребер.

.

Расчетная длина швов при этом не должна превышать .

Ребра также проверяют на срез: ,

где 2 – число срезов;

– толщина стенки колонны или траверсы сквозной колонны.

При больших опорных давлениях напряжения среза в стенке превышают расчетное сопротивление. В этом случае увеличивают длину ребра или принимают более толстую стенку. Можно увеличить толщину стенки только в оголовке колонны (б). Это решение снижает расход металла, но менее технологично в изготовлении.

Дальнейшее распределение давления со стенки колонны, по всему сечению стержня сплошной колонны обеспечивается сплошными швами, соединяющие полки и стенку.

В сквозных колоннах (д) давление с траверсы передается на ветви колонны через угловые швы, катет которых должен быть не менее:

.

Оголовок колонны с опорными ребрами балок, расположенными над полками колонны (в) конструируется и рассчитывается аналогично предыдущему, только роль опорных ребер оголовка выполняют полки колонны. Если давление с плиты оголовка передается на колонну через сварные швы (торец колонны не фрезерованный), то катет сварных швов, прикрепляющих одну полку колонны к плите определяется из условия их среза реакцией одной балки:

,

где - опорная реакция одной балки, - ширена полки колонны.

Если торец колонны фрезеруется, то сварные швы принимаются конструктивно с минимальным катетом. Чтобы обеспечить передачу опорного давления по всей ширине опорного ребра балки при большой ширине поясов балок и узких полках колонн, приходится проектировать уширенную траверсу (рис. г). Условно принимается, что опорное давление с плиты передается сначала полностью на траверсу, а затем с траверсы на полку колонны, в соответствии с этим рассчитывают швы крепления траверсы к плите и колонне. При опирании конструкции на колонну сбоку (е) вертикальная реакция передается через строганный торец опорного ребра балки на торец опорного столика и с него на полку колонны. Толщина опорного столика принимается на 5-10мм больше толщины опорного ребра балки. Если опорная реакция балки не превышает 200 кН, опорный столик делают из толстого уголка со срезано полкой, при большей величине реакции столик делают из листа со строганным верхним торцом. Каждый из двух швов, прикрепляющих столик к колонне, рассчитывается на 2/3 опорной реакции, чем учитывается возможная непараллельность торцов балки и столика, следствии неточности изготовления и в связи с этим неравномерная передача давления между торцами. Требуемую длину одного шва крепления столика определяют по формуле:

.

Иногда столик приваривают не только по бакам ,но и по нижнему торцу, в этом случае общую длину шва определяют по усилию, равному

.