4.3.6. Проектирование стыка сборных железобетонных колонн

В курсовом проекте рекомендуется принять сварной стык колонн с торцевыми листами и центрирующей прокладкой, то есть так называемый шарнирный стык (рис. 4.13). Такой стык не может воспринимать момент. Допускается использовать стык другого типа с соответствующим расчетом его прочности.

Стык колонн располагают на расстоянии (0.5÷1.0) м от уровня перекрытия из условия удобства его выполнения.

За счет того, что усилие с колонны на колонну передается через стык не по всей площади сечения колонны, а лишь через те элементы стыка, которые их объединяют (то есть через торцевую прокладку и сварные швы по периметру колонн), сечение колонны испытывает так называемое местное сжатие (смятие). При этом напряжения в зоне местного сжатия превышают таковые в остальных сечениях по высоте колонны.

Поэтому торцевые участки колонны вблизи стыка должны быть рассчитаны на прочность при местном сжатии и заармированы| сварными| сетками (так называемое косвенное армирование), которые повышают прочность бетона при местном сжатии за счет ″эффекта обоймы″, который они создают.

Сетки косвенного армирования следует располагать в количестве не менее четырех с шагом s = (60÷100) мм на участке колонны (считая от ее торца), длина которого принимается  10d (здесь d - диаметр продольной арматуры колонны). Эти сетки следует назначать до начала расчета в соответствии с конструктивными требованиями Норм [1, п. 5.24].

До начала расчета следует также назначить размеры центрирующей прокладки (толщину принимать 3÷5 мм и размеры в плане равными 1/3 размера сечения колонны), размеры металлических торцевых листов (толщину не менее 1012 мм, размеры в плане - на 10÷15 мм меньше сечения колонны). Торцевые листы должны иметь анкерные стержни, которые фиксируют положение детали в бетоне. При этом диаметр и количество анкерных стержней детали принимать равными диаметру и количеству стержней рабочей продольной арматуры колонны, принятой по расчету (см. расчет колонны), так как они замещают эту арматуру в местах, где она оканчивается, несколько не доходя до торцевых листов.

Следовательно, задача расчета стыка колонн состоит в следующем:

расчет сварных швов, которые соединяют торцевые листы смежных колонн;

обеспечение прочности бетона под торцевыми листами на местное сжатие с учетом косвенного армирования.

Расчет стыка колонн выполнять по алгоритму, приведенному в табл. 4.5.

Таблица 4.5.

Расчет стыка колонн с центрирующей прокладкой

№ п/п\|		Алгоритм	Пояснения, справки
1		2	3
. Расчет сварных швов по периметру торцевых листов:
1		Определить площадь контакта колонн по периметру сварных швов А_шв: А_шв = 5(h₁ +b₁ - 5).	h₁, b₁ - размеры торцевых листов закладной детали М- 1; принимать: h₁ =b₁ = h_кол - (0.01÷0.015) м;   (0.01÷0.015) м - толщина торцевого листа.
2		Определить площадь контакта колонн под центрирующей прокладкой А_пр : А_пр = (d + 3)(с + 3).	с = d  (h_кол/ 3) - размеры центрирующей прокладки.
3		Общая площадь контакта в стыке: А _{loc, 1} = А_шв + А_пр.
4		Вычислить часть продольной силы, которая передается через сварные швы, :	N - расчетная продольная сила, которая передается от вышележащей колонны через стык; может быть принята равной расчетному усилию в колонне первого этажа, если последняя опирается на колонну подвала. При отсутствии подвала в проектируемом здании следует вычислить продольную силу, передающуюся на колонну первого этажа как: N=N₁- 2 Q_B- 1.1h²_колН_эт25, (кН), где Q_B - максимальная поперечная сила в ригеле на опоре В.
5	Вычислить требуемый катет (высоту) сварного шва, накладываемого вдоль периметра торцевых листов в стыке колонн: .		Здесь: ∑l_шв - суммарная длина сварных швов по периметру стального листа с учетом непровара в 0.01 м : ∑l_шв=2(b₁ - 0.01) + 2(h₁ - 0.01); R_w_f =20010³КПа - расчетное сопротивление сварного шва; b₁, h₁ - см. п. 1 алгоритма. Принимать t  4 мм, но не больше 1,2 ( - см. п. 1 алгоритма).

Окончание табл. 4.5.

. Расчет прочности бетона на местное смятие под торцевым листом с учетом косвенного армирования: В соответствии с [1, п. 3.41] условие прочности бетона при местном смятии имеет вид: N ≤ R _b, red  A _loc, 1 Приведенный ниже алгоритм позволяет подсчитать правую часть условия и проверить его выполнение.
1	2	3
6	Вычислить коэффициент  _b, который учитывает повышение прочности бетона при местном смятии по [1, п. 3.41]:  3.5.	Здесь: A _loc_, 1 - по п.3 алгоритма; A _loc_, 2– расчетная площадь смятия, которая равняется площади бетона сечения колонны.
7	Вычислить коэффициент  _s, который учитывает влияние косвенного армирования на прочность в зоне местного смятия\| : .	Здесь: A_ef – площадь бетона, заключенного внутри контура сеток между осями их крайних стержней (рис. 4.13). Подсчет этой величины следует выполнять с использованием эскиза сечения колонны и расположенных в нем сеток, которые необходимо предварительно назначить по рекомендациям Норм [1, п. 5.24] .
8	Вычислить коэффициент косвенного армирования по [1, п. 3.22]: _\|	n_x, A_sx,l_x - соответственно, количество стержней, площадь поперечного сечения и длина стержней одного направления (х) и другого направления (у). Определять эти величины следует по эскизу сечения колонны, армированного сетками (рис. 4.13). S - шаг сеток по длине колонны (п. 4.3.6).
9	Вычислить коэффициент эффективности косвенного армирования по [1, ф. (50)]: , где: .	R_s,xy - расчетное сопротивление арматурной стали, которая принята для сеток косвенного армирования; R_s,xy, R_b - здесь в МПа.
10	Приведенная призменная прочность бетона при расчете на местное сжатие, определяемая по формуле (104) [1, п. 3.41] как: R_b, red = R_b _b + _xyR_s,xy_s .
11	Проверить прочность сечения колонны на местное сжатие по условию: N ≤ R_b, red A_loc, 1.	Если условие не выполняется, следует увеличить интенсивность косвенного армирования участка колонны так, чтобы условие было выполнено (то есть вернуться к п. 8 этого алгоритма).
12	Конец расчета.