Конструкция и расчет оголовка колонны

 

Конструктивное решение оголовка колонны принимается в зависимости от компоновочной схемы балочной клетки и конструкции стержня колонны. Наиболее простым и надежным является свободное опирание балки на колонну сверху через опорную плиту (рис.19). В исключительных случаях, когда по оси колонны располагается балка настила, главные балки могут опираться на колонну через опорный столик сбоку (рис.20).

 

Рис. 19. Опирание балок на колонну сверху:

а, б, в – сплошная колонна; г, д – сквозная колонна

 

При установке главной балки на колонну сверху расчет оголовка на воздействие опорных реакций главных балок выполняется в следующей последовательности:

1. Конструктивно назначают толщину опорной плиты t_O=20…25мм. Размеры плиты в плане должны быть на 20…30мм больше габаритных размеров сечения колонны.

2. Определяют размеры опорного ребра колонны. Ширина ребра назначается из условия, чтобы была обеспечена необходимая длина участка смятия b_СМ=b_Р+2t_o,  где b_Р - ширина опорного ребра главной балки. Толщину ребра t_P находят из условия смятия его торца: t_P³2F_ОП/(b_СМR_P). Длину ребра l_Р определяют из условия прочности сварных швов, прикрепляющих его к стенке или ветвям колонны: l_P=2F_ОП/(4b_fk_fR_WF)+10мм£85b_fk_f. Kf принимают не менее значений, приведенных в табл.П.3 в зависимости от толщины ребра и не более 1,2t_W (t_W – толщина стенки сплошной колонны или стенки ветви сквозной колонны).

 

Рис. 20. Опирание балок на колонну сбоку:

А – сплошная колонна; б – сквозная колонна

 

3. Проверяют прочность стенки сплошной колонны или стенки ветви сквозной колонны на срез: t=2F_ОП/(2l_Pt_W)£R_S  или t=2F_ОП/(4l_Pt_W)£R_S. При недостаточной прочности стенок увеличивают длину ребра l_P. Если в сплошной колонне увеличение длины ребра невозможно (когда kf=1,2tw,    lp>85b_fkf), а прочность стенки не обеспечена, то предусматривают вставку в верхней части стенки длиной l_B=l_P+50мм и толщиной tв=2F_ОП/2lpRs (рис.19).

При опирании балки на колонну сбоку (рис.20) расчетом определяется длина столика из условия прочности сварных швов, прикрепляющих его к полкам или ветвям колонны:

l_ст³1,3F_оп/(2b_fk_fR_wf)+10мм, l_ст³1,3F_оп/(2b_zk_fR_wz)+10мм, где 1,3 – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распределение опорной реакции между швами; Kf принимают не менее значений, приведенных в табл.П.3 в зависимости от толщины опорного столика и не более 1,2t (t – толщина стенки ветви сквозной колонны или толщина полки сплошной колонны).

  Толщину опорного столика t_c назначают конструктивно 30…40мм. Так же конструктивно принимают ширину столика b_c=b_p+(20…30)мм, где b_p – ширина опорного ребра главной балки.

 

Конструкция и расчет базы колонны

Проектирование базы начинают с выбора ее конструкции. При шарнирном сопряжении с фундаментом для уменьшения трудоемкости изготовления базу колонны сплошного сечения рекомендуется проектировать из одной плиты (рис.21,а). Для уменьшения толщины плиты применяют базы с траверсами или ребрами (рис.21,б,в). Базы колонн сквозного сечения проектируют, как правило, с траверсами (рис.21,г). Опирание стержня колонны на опорную плиту может быть двух типов: через фрезерованный торец колонны при строганной верхней плоскости плиты – базы раздельного типа и через сварные угловые швы – базы объединенного типа.

После выбора типа базы приступают к расчету ее элементов. Расчетом определяются размеры опорной плиты в плане, ее толщина, размеры траверс и ребер, размеры сварных швов. Анкерные болты назначают конструктивно диаметром 20…30мм.

Требуемую площадь плиты определяют по формуле  А_пл=N/(1,2R_b),где R_b- призменная прочность бетона фундамента; принимается в зависимости от заданного класса бетона:

Класс бетона       В7.5            В10           В12.5               В15

R_b, МПа                 4,5              6,0               7,5                  8,5

Ширину плиты (размер В) назначают конструктивно, приняв свес консольного участка с=60…120мм и толщину траверс 10…16мм. Требуемая длина плиты L=А_пл/В. Окончательно размеры плиты назначают кратными 10мм.

В базах, состоящих только из опорной плиты, в рабочую площадь включают лишь участки, защемленные по контуру колонны (заштрихованы на рис.21,а). При заданных размерах колонны h и b_f (h>b_f) и площади плиты А_пл необходимый вылет плиты с определяют по формуле c=0,5(k-Ök²-А_пл), где k=b_f+0,5h.Требуемая длина плиты L=А_пл/В.

Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки под действием реактивного давления бетона фундамента, значение которого принимается равномерно распределенным по всей рабочей площади плиты s_ф=N/А_пл,р, где А_пл,р - рабочая площадь плиты: в базах, состоящих только из одной плиты, А_пл,р=4b_fc+2(h_w-2c)c, во всех остальных случаях А_пл=BL. Опорами для пластинки служат стержень колонны, траверсы, ребра, которые делят ее на отдельные участки, опертые на одну, три или четыре стороны.

Расчетный момент на консольных участках плиты (участок 1)

M₁=s_фс²/2.

 

Рис. 21. Базы центрально-сжатых колонн объединенного типа

На участках, опертых по трем сторонам (участок 2),

M₂=bs_фa₁²,

где а₁- размер свободной (незакрепленной) стороны участка. Коэффициент b зависит от отношения закрепленной стороны к свободной:   

b₁/a₁  0,50 0,60 0,70 0,80  0,90 1,0   1,20  1,40  >2

bх10³  60     74   88    97    107 112   120   126  132

При b₁/a₁<0,5 M₂=0,5s_фb₁² .         

Расчетный момент на участках, опертых по четырем сторонам,

M₃=as_фa²,

где а – размер короткой стороны. Коэффициент a определяется в зависимости от отношения более длинной стороны b к короткой:

b/a     1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9  >2

aх10³ 48 55 6 3 69 75  81 86  91 94  98 125

Толщину плиты подбирают по наибольшему изгибающему моменту из М₁, М₂ и М₃:

t_пл³Ö6M_max/(R_yg_c),

где g_c=1,2 для сталей С235…С255 и g_c=1 для более прочных сталей.

Размер t_пл округляют до стандартной ближайшей величины.

Если толщина плиты базы объединенного типа по расчету более 40мм, необходимо изменить ее конструкцию, установив, например, дополнительные ребра на участке с максимальным изгибающим моментом (рис.22,а).

Толщина плиты базы раздельного типа допускается до 60…80мм. В этих базах, как правило, плиту в плане назначают квадратную (рис.22,б). Размер В=ÖN/(1,2R_b), изгибающий момент М»s_фcA₁ , где А₁ – площадь трапеции, заштрихованная на рисунке.

Рис. 22. К расчету опорной плиты базы

 

Расчет траверс и ребер базы выполняют от приходящейся, на них нагрузки, передаваемую опорной плитой. Траверсу рассчитывают как однопролетную балку с консолями (рис.23). Погонная нагрузка на траверсу составит q_t=s_фd_т, где d_т - ширина грузовой площади.

Рис. 23. Расчетные схемы и эпюры М:

А – траверсы; б - ребра

Изгибающий момент в консольной части траверсы М_т=q_тb₁²/2, перерезывающая сила Q_т=q_тb₁.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется двумя швами, как правило, полуавтоматической сваркой (b_f=0,9). Учитывая, что l_w£85b_fk_f, назначают величину катета шва k_f³(1/b_f)Öq_тL/(2x85R_wf), но не более 1,2t_т и не менее значений, приведенных в табл. П.3.

Требуемая высота траверсы из условия прочности сварных швов: h_т=q_тL/(2b_fk_fR_wf)+10мм.

Окончательно размер траверсы назначают кратным 10мм.

Прочность траверсы проверяется на совместное действие изгибающего момента и перерезывающей силы: Ös²+3t²£1,15R_yg_c; 

s=6M_т/(t_тh_т²) t=Qт/ h_т t_т.

Расчет ребер и швов, прикрепляющих их к стержню колонны, выполняют на совместное действие изгибающего момента и перерезывающей силы. Расчетная схема ребра показана на рис.22. Нагрузка на единицу длины ребра q_p=s_ф(c+t_p+a₁/2).

Толщину ребра  t_p принимают 10…16мм. Изгибающий момент и перерезывающую силу в месте крепления ребра к колонне находят по формулам: M_p=q_pl_p²/2, Q_p=q_pl_p. Задаются высотой ребра h_р=200…400мм и проверяют прочность сварных швов, прикрепляющих ребро к стержню колонны, по формуле Öt_M²+t_Q²£R_wf, где t_M=6M_p/(2b_fk_f(h_p-1см)²); t_Q=Q_p/(2b_fk_f(hp-1см)).                                                                                       

Если условие прочности не выполняется, нужно увеличить высоту ребра.

Требуемую толщину швов, прикрепляющих стержень колонны, траверсы и ребра к плите, определяют:

-для базы объединенного типа по формуле k_f³N/(b_fR_wfl_w); k_f³N/(b_zR_wzl_w)                      

-для базы раздельного типа по формуле       k_f=0,15N/(b_fR_wfl_w); k_f³0,15N/(b_zR_wzl_w).      

Здесь l_w - суммарная длина швов, прикрепляющих стержень, траверсы и ребра к плите.

 

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 4056; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!