6.3. Конструирование и расчет оголовков колонн

Главная балка опирается на колонну сверху, при этом сопряжение принимается шарнирным. Продольная сжимающая сила N от главных балок передается через опорную строганную (фрезерованную) с двух сторон плиту толщинойt_on = 20 – 25 мм непосредственно на ребра оголовка сплошной колонны и на диафрагму или ребра в сквозной колонне (исключается работа плиты на изгиб).

Торцы колонны, ребер и диафрагмы фрезеруются в сборе. Передача усилия от ребер на стенку колоны и от диафрагмы на стенки ветвей колоны осуществляется вертикальными сварными швами. Плита служит для крепления балок на колонне монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок. Сварные швы, прикрепляющие плиту к колонне, назначаются конструктивно с катетом минимального размера, принимаемого по наибольшей толщине стыкуемых элементов (см. табл. 3.3). Размеры плиты в плане принимаются больше контура колонны на 15 – 20 мм в каждую сторону для размещения сварных швов.

Для придания жесткости вертикальным ребрам и диафрагме, а также для укрепления от потери устойчивости стенок стержня колонны или ветвей сквозной колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок вертикальные ребра снизу обрамляются горизонтальным ребром жесткости.

6.3.1. Оголовок сплошной колонны

Оголовок состоит из плиты и ребер (рис. 6.9).

Рис. 6.9.Оголовок сплошной колонны

Требуемую площадь вертикального парного ребра определяем из условия прочности его на смятие:

_{Ar = N/(Rpγc) = 2067 / (36,1 · 1) = 57,26 см}²_.

Толщина ребра

t_r=А_r/l_ef= 57,26 / 25 = 2,29 см,

где l_ef=b′_r+ 2t_оп= 20 + 2 · 2,5 = 25 см – условная длина распределения нагрузки, равная ширине опорного ребра главной балкиb′_rплюс две толщины плиты оголовка колонны (t_onпринята 25 мм).

Ширина ребра (выступающая часть)

Принимаем два вертикальных ребра сечением 12525 мм.

Проверяем вертикальное ребро на местную устойчивость.

Высоту опорного ребра назначаем из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы Ncребер на стенку колонны.

Минимальный катет шва k_f,min= 5 мм при механизированной сварке листа толщинойt_max=t_r= 25 мм из стали с пределом текучести до 28,5 кН/см²(см. табл. 3.3). Максимальный катет, принимаемый в зависимости от соединяемого элемента наименьшей толщины (здесьt_min=t_w= 8 мм):k_f,max= 1,2t_min= 1,2 · 8 ≈ 10 мм. Задаемся катетом шваk_f= 9 мм.

Требуемая длина шва (расчет по металлу границы сплавления)

l_w=N/(4β_zk_fR_wzγ_c) = 2067 / (4 ∙ 1,05 ∙ 0,9 ∙ 16,65 ∙ 1) = 32,84см <

< 85β_fk_f= 85 · 0,9 · 0,9 = 68,85 см.

Окончательно принимаем высоту ребра h_r= 340 мм с учетом 1 см на компенсацию дефектов в концевых участках шва по его длине.

При тонких стенках сплошной колонны толщину стенки t_wпроверяют на срез по граням крепления опорных вертикальных ребер.

Требуемая толщина стенки

t′_w = N/(2h_rR_sγ_c) = 2067 / (2 · 34 · 13,92 · 1) = 21,84 мм,

что больше толщины стенки t_w= 8 мм. Производим местное усиление стенки колонны путем замены участка стенки в пределах высоты оголовка вставкойt^′_w= 22 мм.

Для снижения концентрации напряжений при сварке встык элементов разной толщины на элементе большей толщины выполняем скосы с уклоном 15.

Ширину горизонтальных ребер жесткости принимаем равной ширине вертикальных опорных ребер b_s=b_r= 125 мм. Толщину ребра определяем из условия его устойчивости:

она должна быть не менее t^′_w/3 = 22 / 3 =7,33 мм. Принимаем парное ребро из полосы сечением 12510 мм.