10.Опирание балки на колонну сверху. Расчет и конструирование. (Металл)

Опирания балки на колонну имеет вид сопряжения балки со стальными колоннами. Данное примыкание может быть как шарнирное, передающее только опорную реакцию балки, так и жесткое, передающее на колонну момент защемления балки в колонне, помимо опорной реакции балки.

В большинстве балочных конструкций прибегают к использованию шарнирного опирания, а жесткое - в основном применяется в каркасных многоэтажных зданий.

Примеры опирания балок на колонны сверху проиллюстрированы на рис. 1.

Рис. 1. Опирание балок на колонны сверху: а - опирание сварных балок на полки колонны; б - опи­рание клепаных балок на полки колонны; в - опирание сварных балок на стенку колонны

Укрепление опорными ребрами происходит в месте опирания конца балки на опору, учитывая, при этом передачу опорной реакции с балки на опору происходит через ребра жесткости. Для надежности ребра жесткости прикрепляют к стенке сварными швами или за­клепками, а торец ребер жесткости стараются пригнать максимально плотно к нижнему поясу балки (рис. 1, а и б) или строгают для того чтобы передать опорное давление на стальную колонну (рис. 1, в), для передачи опор­ной реакции. Нужно совмещать центр опорной поверхности ребра с осью полки колонны для того чтобы была правильная передача давления при опирание балок на колонну (при конструктивном реше­нии по рис. VII.28, а и б).

По расчету на смятие торца ребра определяют размеры опорных ребер жесткости:

σ_см =  А/F_см ≤ R_см.т, (1)

где А является опорной реакцией балки; F_см - площадь смятия опорного ребра принимается: в сварных балках - равной всей пристроганной части площади ребра, в клепаных - площади пристроганных к поясу полок опорных уголков; R_см.т - расчетное сопротив­ление стали смятию торцовой поверхности.

Ширина выступающей части ребра не должна быть выше, чем 15 его толщин δ_ор:

            b_ор ≤ 15δ_ор. (2)

Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 1, в) не должна превышать а ≤ 1,5 δ_ор и обычно она равна 15 - 20 мм.

Также необходима проверка опорного участка балки на устойчивость (на рис. 1, а  эта площадь заштрихована):

σ = A/φE_оп·с ≤ R, (3)

где φ  - коэффициент продольного изгиба указанного условного опорного стержня с гибкостью λ, определенной относительно оси z - z по длине h, равной высоте сечения балки;

λ = h/r_оп·с = h/√J_оп·с/F_оп·с. (4)

11.Конструирование и расчет оголовка колонны. (Металл)

При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа.

В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

Если нагрузка передается на колонну через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, то плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок.

Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Проверяют их по формуле:

                        (8.35)

Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов нe должна быть больше  ):

                                (8.36)

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

                                        (8.37)

Назначив толщину ребра, следует проверить:

                                (8.38)

При малых толщинах стенок швеллеров сквозной колонны и стенки сплошной колонны их надо также проверить на срез в месте npикрепления к ним ребер. Можно в пределах высоты оголовка сделать стенку более толстой.

Чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенки стержня колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок, вертикальные ребра воспринимающие нагрузку, обрамляют снизу горизонтальными ребрами.

Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок.

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

При фрезерованном торце колонны давление от балок передается через опорную плиту непосредственно на ребра оголовка. В этом случае толщина швов, соединяющих плиту с ребрами, так же как и с ветвями колонны, назначается конструктивно.

Большие опорные давления балок лучше передавать на колонну через ребра, расположенные над полками колонн.

Если балка, крепится к колонне сбоку, вертикальная реакция передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристраиваются. Толщину столика принимают на 20-40 мм больше толщины опорного ребра балки.

Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам.

Сварные швы, приваривающие столик к колонне, рассчитывают по формуле:

                        (8.39)

Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между вертикальными швами.Чтобы балка не зависла на болтах и плотно стала на опорный столик, опорные ребра балки прикрепляют к стержню колонны болтами, диаметр которых должен быть на 3-4 мм меньше диаметра отверстий.