5.3 Розрахунок і конструктивне оформлення сполучення балки з колоною

Тип сполучення балки з колоною, як правило, визначається завданням. При обпиранні балки на колону зверху опорна реакція передається через опорну плиту на ребра і стінку суцільної колони (рис.5.4) чи траверсу наскрізної колони (рис.5.5).

Рисунок 5.4  Варіанти оголовків суцільної колони

Рисунок 5.5  Примикання балки до колони збоку

Товщина опорної плити призначається конструктивно в межах 20  25 мм. Висота ребер і траверси визначаються довжиною швів, якими вони приварюються до поясів чи до віток, тобто повинні виконуватися умови:

,	(5.15)
,	(5.16)

де довжина шва , збільшена на 10 мм і округлена, і є висота ребер чи траверси.

Товщина ребра визначається з умови його міцності на торцеве зминання:

,

(5.17)

де довжина площадки зминання, приймається рівною ширині опорного ребра, збільшеного на дві товщини опорної плити:.

При тонких стінках колони і великих зусиллях, у межах висоти оголовка стінку колони рекомендується прийняти більш товстою.

Для підвищення крутильної жорсткості стрижня колони, ребра оголовка з нижньої сторони замикаються поперечними ребрами.

При примиканні балки до колони збоку (рис.5.5) опорна реакція балки передається на стрижень колони через опорний столик. Торець опорного столика й опорного ребра балки пристругуються. Столик виконується з листів сталі на 20  40 мм товстіше за опорне ребро балки.

Розміри столика визначає довжина шва, яким він приварюється до поясів колони. Столик доцільно приварювати з трьох боків. З огляду на можливість нерівномірного завантаження швів і високий ступінь відповідальності вузла, передану силу рекомендується збільшити на 30%.

Таким чином, шов розраховується за формулою:

.

(5.18)

Катет шва приймається максимальним, тобто.

У місці передачі опорної реакції стрижень колони бажано підсилити поперечними ребрами жорсткості.

5.4 Розрахунок і конструктивне оформлення бази колони

У дійсному навчальному посібнику застосовується база з передачею тиску від стрижня колони на опорну плиту через траверси й у деяких випадках через додаткові ребра жорсткості.

У цьому випадку база колони складається з опорної плити, траверс і в необхідному випадку додаткових ребер (рис. 5.6).

Площа опорної плити визначається міцністю бетону фундаменту відповідно до виразу:

,

(5.19)

де  коефіцієнт, що враховує характер передачі навантаження, при рівномірно розподіленому навантаженні ;

міцність бетону з урахуванням підвищувального впливу обойми:

,

(5.20)

де для бетону класу нижче 25 коефіцієнт ;

розрахунковий опір бетону стиску, визначається в залежності від класу бетону з урахуванням коефіцієнтів надійності і;

коефіцієнт, що враховує вплив обойми, визначаємо за формулою (5.48):

,

(5.21)

де  площа опорної плити;

площа, що включає ділянку, яка примикає до площадки зминання (площа підколонника).

Розміри опорної плити в плані приймаються відповідно до формули (5.19) приблизно квадратного перерізу, причому один розмір призначається відповідно до сортаменту.

Товщина опорної плити призначається з умови роботи на вигин. Розрахункова схема плити визначається розташуванням стінки, поясів і траверси. Можливі три варіанти розрахункових схем:

1. Площадка обпирається по чотирьох сторонах (ділянка 1 рис. 5.6). У цьому випадку момент у смузі плити, рівній 1 см, буде дорівнювати:

,

(5.22)

де - коефіцієнт, який визначається за табл. 8.6 [2] у залежності від відношення більшої сторони пластинки до меншої (, рис. 5.6), менший розмір пластини.

2. Площадка спирається на три канти (ділянка 2, рис. 5.6). У цьому випадку момент у смужці, завширшки 1 см, буде дорівнювати:

,

(5.23)

де  коефіцієнт, який визначається за табл. 8.7 [2] у залежності від відношення (рис.5.6), деb₁  розмір пластинки у напрямку від закріпленого боку до вільного краю,

розмір пластини, паралельний вільній крайці.

При відношенні ділянка пластини розраховуються як консоль (пункт 3).

3. Пластинка, обперта по одній стороні (ділянка 3, рис.5.6). У цьому випадку момент буде дорівнювати:

,

(5.24)

де  вільний звис пластинки; якщо пластина спирається на три канти і відношення , тоc = b₁.

У виразах (5.22  5.24)  погонне навантаження від фундаменту, що приходиться на смужку пластинки завширшки 1 см, чисельно воно дорівнює тиску під пластиною:

,

(5.25)

де ірозміри опорної плити.

Товщина опорної плити визначається по більшому з отриманих для всіх ділянок пластини моментів:

(5.26)

і приймається за сортаментом. Звичайно товщина опорної плити приймається в межах 20  40 мм. Товщина більше 40 мм небажана, тому що в цьому випадку знижується міцність матеріалу пластинки.

Якщо один з моментів різко відрізняється у більший бік, його можна зменшити, поставивши додаткові ребра жорсткості (7, рис.5.6).

Товщина траверси призначається в межах 10  16 мм, а її висота визначається довжиною швів, якими траверсу приварюється до стрижня колони:

.

(5.27)

Катет шва приймається максимальним у залежності від товщини траверси і поясів стрижня.

Траверсу, ребра і стрижень колони приварюються до опорної плити, і зусилля на неї передається через ці шви.

Примітка: Для визначення коефіцієнту поздовжнього вигину можна скористатися формулами (5.28), що відповідають формулам (8), (9), (10) в БНіП ІІ-23-81^*:

; .

(5.28)

Приклад 10. Розрахувати і законструювати оголовок і базу колони з приклада 7.

1. Оголовок при обпиранні балки на колону зверху. Товщину опорної плити приймаємо 25 мм. Її розмір у плані для забезпечення зварювання приймаємо 560х560 мм.

При обпиранні балки на колону зверху оголовок містить у собі крім опорної плити двосторонні поздовжні і поперечні ребра, що замикають переріз колони нижче поздовжніх ребер (рис.5.4).

Товщина опорного ребра визначається за (5.17) з умови міцності його на зминання:

см.

Приймаємо мм.

Оскільки ширина опорного ребра балки 300 мм, розрахункова довжина площадки зминання:

мм.

У межах висота оголовка товщину стінки колони для підвищення її стійкості збільшуємо до 16 мм (рис. 5.4, б).

Висота ребра визначається (5.15 чи 5.16) довжиною шва. Катет шва приймаємо рівним товщині стінки мм, тоді

см.

см.

З огляду на кратер і непровар, приймаємо мм.

2. При обпиранні балки на колону збоку (рис. 5.5) столик приймаємо товщиною 40 мм, а його розміри визначаються сумарною довжиною шва, яким столик приварюється до колони (5.18). Катет шва приймаємо мм,мм.

см

см.

Ширину столика приймаємо, виходячи з можливості покласти поздовжні шви:

мм.

З огляду на кратер і непровар, довжина столика буде дорівнює:

мм

Приймаємо столик розміром 280х490 мм.

2. База колони (рис. 5.6)

Площу опорної плити визначаємо по 5.19, причому ,визначаємо за формулою (5.20), причому(попередньо задаємося), адля бетонудорівнює 6 МПа.

З урахування і:

МПа

см²

При квадратній опорній плиті її сторона дорівнює:

см. приймаємо мм з сортаменту, тодісм.

Приймаємо опорну плиту розміром 640х650 мм. Її площа см².

Приймаємо розмір підколонника на 450 мм більше опорної плити в кожен бік, тобто 1550х1550 мм, одержуємо:

1  стрижень суцільної колони; 2  траверса;

3  опорна плита; 4  підколонник або верхня

частина фундаменту; 5  номери ділянок для

розрахунку моментів в опорній плиті;

6  зварний шов; 7  можливе додаткове ребро

(пунктирна лінія).

Рисунок 5.6  Оформлення бази суцільної колони

см². і за формулою (5.21):

.

Уточнюємо :.

Тиск під підошвою опорної плити:

МПа.

Розміри плити залишаємо без зміни.

Для визначення товщини опорної плити визначаємо згинальні моменти на окремих ділянках за формулами (5.22  5.24). Товщину траверси приймаємо 16 мм.

Ділянка 1. Відношення більшої сторони до меншої:

, тоді (табл.8.6 [3]).

кНсм,

де кН/см.

Ділянка 2. Відношення закріпленої сторони до вільного:

, отже, ділянку потрібно розглядати як консоль:

кНсм

Ділянка 3. Ділянка консольна, тому що тільки одна сторона закріплена, отже:

кНсм.

Найбільший момент на ділянці 1. Товщину плити визначаємо по цьому моментові відповідно до формули (5.26):

Оскільки на першій ділянці згинальний момент значно більше, ніж на інших, його можна зменшити за допомогою ребра жорсткості, розділивши ділянку навпіл. Тоді для ділянки :

. кНсм.

Товщина плити: см. Можна взятимм.

Якщо не розділяти ділянку 1 додатковим ребром, то

см, що більше 40 мм.

Товщина опорної плити остаточно прийнята мм.