Конструирование и расчет оголовка колонны

При свободном (шарнирном) сопряжении балки устанавливаются на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и рёбер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны (рис.31).

Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20-25 мм.

Рисунок 31- Оголовки колонн при опирании балок сверху: а – сквозная колонна, б – сплошная колонна.

Рёбра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стенке колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Проверяют их по формуле (при нефрезерованном торце колонны):

или

.

При фрезерованном торце колонны давление от балок передаётся через опорную плиту непосредственно на рёбра оголовка. В этом случае толщина швов, соединяющих плиту с рёбрами, так же, как и с ветвями колонны, назначается конструктивно минимальной толщины.

Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

t_p = ,

где l_см - длина сминаемой поверхности, равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка колонны;

R_p - расчётное сопротивление стали смятию (табл.В.7 [2]).

Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов не должна быть больше 85b_f××k_f):

или

.

Определив высоту и толщину ребра, проверяют его на срез по формуле:

При больших опорных давлениях и тонких стенках колонн может произойти разрушение металла стенки от среза её по граням крепления ребра. Напряжения среза определяют по аналогичной формуле ,

где 2 - число срезов; t_w - толщина стенки сплошной колонны или ветви сквозной колонны.

Низ опорных рёбер оголовка обрамляется обычно горизонтальными рёбрами, которые препятствуют их скручиванию и потере устойчивости стенки колонны.

Рассчитаем и законструируем оголовок сплошной колонны (см. рис.31,б). Принимаем плиту оголовка толщиной 20 мм и размерами 560´300 мм.

Давление от главных балок передаётся колонне через два ребра, приваренных к стенке колонны четырьмя угловыми швами. Сварка механизированная (полуавтоматическая) в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С, R_wf = 215 МПа (21,5 кН/см²), R_wz = 0,45×370 = 166,5 МПа (16,65 кН/см²), b_f = 0,9; b_z = 1,05.

Длина участка смятия l_см = 250+2×20 = 290 мм (ширина опорного ребра главной балки,см.п.2.6, плюс две толщины плиты оголовка). Следовательно, ширина одного ребра поверху должна быть равна: b_p = (l_см - t_w)/2 = (290-10)/2 = 140 мм (t_w - толщина стенки колонны).

Толщина ребра оголовка: ,

где N - сумма опорных реакций двух главных балок.

Принимаем толщину ребра оголовка 2,5см. Определим требуемую высоту ребра. Так как b_f×R_wf=0,9×21,5=19,35кН/см² > b_z×R_wz = 1,05×16,65 = 17,48 кН/см², то расчёт выполняем по металлу границы сплавления, принимая катет шва равным 10 мм (общее количество сварных швов равно 4).

см.

С учётом возможных дефектов на концах шва длину сварного шва, т.е. высоту ребра, принимаем 35см. Принятые размеры ребра: h_p=35 см; b_p=14 см; t_p=2.5см. Условие l_w = 35 см (длина сварного шва)£85bf×k_f = 85×0,9×1,0 = 76,5см выполнено.

Проверяем ребро на срез:

Проверяем стенку колонны на срез по граням крепления ребра:

Условие не выполняется, поэтому необходимо устройство вставки в верхней части стенки колонны (см. рис.31,б). Принимаем её толщину 2,5 см, а длину:

l_вст = h_p + 150 = 350 + 150 = 500 мм.

t = .

Торец колонны фрезеруем после сварки, поэтому шов “Г” можно не рассчитывать. По табл.3 принимаем конструктивно минимально допустимый катет шва k_f = 5 мм. Вертикальные швы “Е” принимаем такими же, как и швы “Д”, k_f = 10 мм. Вертикальные опорные рёбра обрамляем снизу горизонтальными рёбрами, сечение которых принимаем 120´20 мм.