6.4.10. Проектирование опорного стыка

Стыки ригелей размещают вблизи опор, непосредственно у боковой грани колонны или над колонной. Действующий в стыках ригелей момент вызывает растяжение верхней части и сжатие нижней (рис. 8, а). В стыковых сопряжени­ях ригель может опираться на выпущенную из колонны железобетонную кон­соль, на оголовок колонны или съемный стальной столик, устанавливаемый на время монтажа (рис. 8, в).

Растягивающее усилие в верхней части ригеля во всех стыках восприни­мается соединительными стержнями, приваренными на монтаже к стальным закладным деталям или к выпускам арматуры ригеля (рис. 8, а, в), и стальными закладными деталями колонны и ригеля (рис. 8, б).

В верхней части стыка (рис. 8, а, в) выпуски арматуры из колонны могут со­единяться также с выпусками арматуры ригеля на ванной сварке.

Сжимающее усилие в нижней части ригеля может передаваться через мон­тажные сварные швы между стальными закладными деталями ригеля и консо­ли (рис. 8, а, б) или через обетонировку полости стыка (рис. 8, в).

Стыки с консолями или бесконсольные путем опирания ригелей на оголовок колонны воспринимают значительные моменты и поперечные силы при больших временных нагрузках (≥10000 Н/м²) на перекрытиях (рис. 8, а, в).

Скрытые стыки на консолях (с подрезкой торца ригеля) усложняют конструирование, т.к. требуют усиления арматуры входящего угла дополнительными каркасами и закладными деталями. Применение таких стыков возможно при небольших временных нагрузках на перекрытие (рис. 8, б).

В бесконсольных стыках поперечная сила воспринимается бетоном замоноличивания полости и бетонными шпонками, образующимися в призматиче­ских углублениях на боковой поверхности колонны и в торце сборного ригеля (рис. 8, в). В таком решении стыка целесообразно сваривать выпуски нижней арматуры ригеля и уголков опорного столика колонны.

Площадь сечения соединительных растянутых стержней A_s или стальной пластины F_пл определяем по формулам A_s = M/R_s·z = N/R_s и F_пл = N/R_u , где R_s и R_u -расчетные сопротивления арматуры и проката; z - плечо пары сил в стыке, равное расстоянию между центрами тяжести сечений верхних и ниж­них закладных деталей или сварных швов.

При сварке стыкового стержня с закладной пластиной ригеля усилие, вос­принимаемое одним фланговым швом, определяем по формуле п.2.8 [3]

N_ш=0.85·β _f ·k _f ·R_ώf ,

где β _f, k _f, R_ώf по табл. 34,38,56 [3].

Суммарная длина сварных швов соединительных стержней

∑ l _m =1,3·N/0,85· β _f ·k _f ·R_{ώf .}

Коэффициент 1,3 к усилию N вводят для обеспечения надежной работы сварных швов при расчете ригеля по выровненным моментам.

В необетонированных стыках сжимающая сила N передается через свар­ные швы, длина шва прикрепления нижних закладных деталей ригеля к сталь­ной пластине консоли принимается по большему из двух расчетных значений п. 11.2^* [3]:

по металлу шва l_ш= ≥4·k_f ;

по металлу границы оплавления l_ш= ≥4·k_f ,

где γ_ώf =1; γ_ώz =1 п.11,2^*[3]; β_f =0,7; β_z =1табл.34 [3]; γ_с =0,95 табл.6^*[3];

R_ώf=180 МПа табл.56 [3]; R_ώz=0,45·R_un=184,5 МПа табл.51^* [3].

Должно выполняться условие

R_ώf< R_ώz< R_ώz · β_z/ β_f; 180<184,5<257,7 МПа.

Т=Q·f – сила трения; f= 0,15 – коэффициент трения стали о сталь.

В стыках с обетонировкой размеры бетонных шпонок определяют по главе 10.2.6[10]; δ_k ≥Q/R_B· l_k·n_k, h_k ≥ Q/2R_B· l_k·n_k,

где Q - поперечная сила; δ_k , l_k, h_k - глубина, длина и высота шпонок; n_k -число шпонок, вводимое в расчет, не более трех.

Расчет опорного стыка проводим на действие усилий от опорного изги­бающего момента М_в = 369,63 кН· м и поперечной силы Q = 393,93 кН.

Растягивающее усилие N воспринимается стальными стыковыми стерж­нями, сжимающее - бетоном между торцом ригеля и колонной и сварными швами между закладными деталями консоли колонны и ригеля.

Бетон класса В20, R_В =11,5 МПа; стыковые стержни из арматуры класса А-III, R_s= 365 МПа; сварной шов выполняется электродами Э-42 R_ώf=180 МПа, толщина закладных пластин δ = 20 мм. Определим площадь сечения надопорных стыковых стержней при величине а = 2 см; h_o = 60 - 2 = 58 см;

α_m = M/(R_В · В ·h₀²· γ_В2) = 369,63·10⁵/(0,9 · 11,5·100·35·58²) = 0,303.

По значению α_m определим ζ, = 0,768 (прил. 2).

А_s = 369,63·10⁵/(365·100·0,815·58)=24,64 см².

Принимаем арматуру 4 Ø28 А-III; А_s = 24,64 см² .

Суммарная длина сварных швов соединительных стержней при k_f= 0,8см. табл. 38^* [3]; R_ώf = 180 МПа;

N=M/ζ·h₀= 369,63/0,58·0,815 = 781,96 кН;

∑ l_ш= = 1,3·781,96·10²/0,85·0,7·0,8·180·10=118,7 см.

При четырех стыковых стержнях и двусторонних швах длина шва с учетом непровара l_ш = 118,7/8+1= 16 см; l_ш = (4≈5)d = 5·2,8=14 см - по конструктивным требованиям.

Длина шва крепления нижних закладных деталей ригеля к стальной пластине консоли:

по металлу шва l_ш= =25,2 см,

по металлу границы оплавления l_ш= =17,2 см,

где k_f=2,4см п. 12.8[3]; Т=Q·f=393,93·0,15=59,09 кН.

Принимаем большее значение l_ш=25,2 см. При этом l_ш>4· k_f=9,6 см,

l_ш>5·δ=5·2=10 см.

Длина шва с каждой стороны с учетом непровара l_ш =25,2/2+1=13,6 см.

Вылет консоли с учетом зазора между ригелем и колонной принимаем 20 см, размер закладной детали 20 см.

Рис.8. Соединение колонн и ригелей каркаса:

а- с открытой консолью; б- со скрытой консолью ; в- замоноличенное; 1-колонна; 2-ригель; 3-консоль;

4-скрытая консоль; 5-закладные детали; 6-стыковые стержни; 7-ванная сварка; 8-раствор; 9-шпонка.