5.2. Оголовки стоек.

Принципиально оголовки стоек балочных клеток можно разделить на две группы, предполагающие либо опирание балок сверху, либо примыкание балок сбоку. Причем, обе группы обеспечивают шарнирное сопряжение балок со стойками, что отвечает наиболее распространенным расчетным схемам обоих видов элементов.

Конструктивные решения могут быть самыми разнообразными. На рис. 58 приведены примеры сопряжений со стойками: а – одной балки, б – двух балок, в – трех (четырех) балок.

Из них видно, что опирания удобны, центрированы и, вообще-то, естественны, когда со стойкой сопрягаются не более двух балок; примыкания, в комбинации с опираниями целесообразны при сопряжении трех – четырех балок. Вариант рис. 58,в показан для этажного сопряжения балок, но очевидно, что он применим и при сопряжениях в уровне или пониженном – для этого достаточно опустить балки настила (или второстепенные) на соответствующий уровень и применить для их крепления решения, аналогичные конструкциям сопряжений балок между собой.

В расчетном плане необходимо иметь в виду следующие моменты. При опирании сверху уточнению расчетом подлежат:

толщина подкрепляющих ребер – из условия их локальной прочности от опорных реакций балок;

их высота – из расчета швов крепления ребер к стенке сплошной стойки или к стенке траверсы сквозной стойки;

толщины стенки и поясов (диафрагм) сквозной стойки – из расчета ее на прочность при изгибе как балки с пролетом, равным расстоянию между ветвями (величина «расстановки» ветвей).

При примыкании и опирании балок на столики толщина и ширина последних назначаются конструктивно, из условия удобного и полного опирания опорных ребер, а высота уточняется расчетом фланговых швов креплений столиков на действие соответствующих опорных реакций с коэффициентом надежности (запаса) γ_f = 1,5. Поскольку толщины столиков достаточно большие, а отношение их высоты к ширине не должно уж очень большим (h/b ≤ 1.5), то целесообразно сначала задаться катетом шва, назначив его соизмеримым с толщиной элементов сечения стойки, с которыми осуществляется сварка (k_f ≈ 8…14 мм), а затем найти требуемую суммарную длину фланговых швов. Например, по металлу шва найдем

и распределим ее между швами в зависимости от вида столика, рис. 59, так, чтобы длина отдельно взятого шва была в пределах ограничения l_w = β_fk_f, а расстояние между швами не превышало пяти толщин более тонкой из свариваемых деталей.

Решение по рис. 59,б весьма распространено и используется с целью уменьшения высоты столика (длины стыковой накладки и т.п.). Помимо этого оно обеспечивает более равномерную передачу усилия со столика сечению стойки, ее поясу и т.п.

5.3. Базы стоек.

База предназначена передать усилие со стержня стойки фундаменту, обеспечив при этом прочность бетона. В этом плане ее основным элементом является опорная плита с площадью

,

где R_b - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (зависит от его класса – В10 –В15); γ_b ≈ 1.2 – коэффициент условия работы бетона под опорной плитой, учитывающей повышение его прочности за счет подкрепляющего влияния периферийных зон фундамента, выступающих за пределы плиты. Размеры плиты в плане назначаются в увязке с найденной требуемой площадью А_о.п. и конструкцией базы.

Обычно базы колонн, стоек… - сварные. Их традиционные решения показаны на рис. 60: а – шарнирная база, крепление анкерных болтов к опорной плите ограниченной толщины (≤ 30 мм); б – жесткая база, крепление анкерных болтов к столикам (толщина опорной плиты ограничена только наличием проката).

С иными решениями полезно ознакомиться по учебнику. Размер с ≈ 50 ÷ 100 мм назначается на данном этапе достаточно свободно, тоже толщина траверсы – 8 ÷ 10 мм и с учетом соответствующей ширины сечения стойки можно принять В, по А_о.п. найти требуемую L и проверить их соотношение – L/B ≤ 1.5, рекомендуемое именно для центрально сжатых стоек. Если фактическое L/B > 1,5, нужно скорректировать B и L, а иногда и класс бетона.

Все последующие моменты проектирования базы (любой конструкции) связаны с ее элементами. Сюда входят: уточнение толщины опорной плиты, проектирование траверсы, определение катетов сварных швов.

Опорная плита воспринимает реактивную равномерно распределенную нагрузку от давления фундамента и работает на изгиб из своей плоскости от

наблюдается аналогия с настилом (жестким) или плитой подкрепленными «балочным ростверком» из траверс и элементов сечения стоек. Для уточнения толщины плиты рассмотрим схему ее подкрепления по рис.61, из которой видно, что участок 1 – консольный, изгибающийся цилиндрически; 2 – жестко закреплен по трем сторонам; 3 – жестко закреплен по всем четырем сторонам.

Цель их расчета на изгиб – найти М_max в опорной плите. На консольном участке 1 это сделать просто, выделив его фрагмент шириной 1 см. Тогда расчетная схема этого фрагмента будет иметь вид по рис.62,а.

Наибольший момент М_l в защемлении составит

М_l = .

Наибольшие моменты на участках 2 и 3 следует определить как для пластин, закрепленных соответствующим образом, в форме

- для участка (а₁ – свободная сторона пластины) или

М₃ =

- для участка 3 (а – меньшая сторона пластины), где коэффициенты β и α уточняются по справочным таблицам (даны в любом учебнике и в методических материалах). Из М₁ – М₃ выбираем наибольший и из условия прочности расчетного сечения опорной плиты,рис. 62,б, - находим ее толщину.

,

Напомним, что в жесткой базе она ограничивается только наличием проката, а в шарнирной – t_о.п. ≤ 30 мм. Если требуемая t_о.п. > 30 мм, то следует снизить М_max. Для этого надо «вернуться» к рассмотрению участков, выделив расчетный (давший М_max), и предпринять меры для снижения изгибающего момента: уменьшить R_b – при этом снизится σ_b; переконструировать плиту в плане с целью изменения отношений сторон пластин; ввести дополнительные подкрепляющие плиту ребра – отношение сторон пластин также изменится. Можно все эти приемы использовать комплексно и в итоге обеспечить требуемое ограничение толщины опорной плиты.

Толщина траверс к этому моменту уже ориентировочно назначена (8 – 10 мм). Высоту траверс – h_тр можно уточнить расчетом вертикальных угловых швов их крепления к стержню стойки на действие силы N. Обычно швов четыре, а по характеру расположения и особенностям работы они – фланговые. Расчет, после уточнения более слабого сечения, можно провести в двух вариантах:

1)Назначить k_f, найти l_w, проверить ограничение длины флангового шва – l_w ≤ [l_w] = 85 β_fk_f (если не обеспечивается, то увеличить k_f), принять h_тр ≥ l_w + 20 мм с общим округлением до целых сантиметров в любую сторону;

2)Прорисовать базу с траверсами в масштабе, приняв h_тр конструктивно (из соображений эстетики, по наличию материала,…), найти расчетную длину отдельного шва l_w = h_тр – 20 мм, определить k_f с округлением в большую сторону до целых миллиметров, проверить ограничение длины флангового шва ( при l_w > [l_w] за счет соответствующего повышения k_f). При любом варианте расчета нужно учитывать рекомендации по k_f с целью обеспечения провара и предупреждения пережога соединяемых деталей.

Принятое сечение траверсы t_тр х h_тр целесообразно проверить на прочность при изгибе в ее плоскости. В качестве расчетной можно приближенно использовать балочную схему по ри63.

Реактивные нагрузки q₁ и q₂ удобно определять по соответствующим грузовым площадям А₁ и А₂ рис.62 как

; .

Расчетным будут сечения I и II со своими значениями М и Q (для сечения II Q = 0). Их прочность проверяется по приведенным напряжениям

,

где

; ;

1,15 – коэффициент пластичности. Если проверка не получается, то достаточно увеличить только толщину траверсы.

Все швы крепления опорной плиты к торцу стойки и траверсам, обычные угловые, выполняются одним катетом. Его назначают конструктивно – 6 ÷ 8 мм, а затем проверяют на прочность по более слабому сечению. При этом за l_w принимают сумму длин всех швов, накладываемых на верхнюю плоскость плиты.