5.10. Опирания и сопряжения балок

По конструктивному признаку различают два вида сопряжений балок с колоннами: опирание сверху (шарнирное) и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку выполняется в виде фланцевого соединения либо с помощью столика. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает кроме реакции еще и опорный момент. Опорный столик, выполняемый из неравнополочного уголка или толстого листа, воспринимает все опорное давление балки, передаваемого на колонну через швы. Швы рассчитываются на усилие, равное опорной реакции балки, увеличенной на 30%.

При поэтажном сопряжении балки настила или вспомогательные балки укладываются на главную балку сверху (рис. 5.13, а), проектное положение которых фиксируется на сжатом поясе главной балки болтами или сварными швами минимальных размеров (расчет не требуется). Этот способ сопряжения балок требует большой строительной высоты балочной клетки.

Чтобы увеличить строительную высоту главной балки, необходимо применить сопряжение балок в одном уровне верхних поясов или с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок.

Один из вариантов сопряжения балок в одном уровне может быть выполнен по схеме примыкания балок настила или второстепенных балок к главной балке сбоку через ребра жесткости, укрепляющие стенку главной балки от потери устойчивости (рис. 5.13, б, в). В этом случае необходимо шаг ребер назначать таким образом, чтобы они попадали под каждую балку.

Рис. 5.13. Шарнирные сопряжения балок:

а – поэтажное; б – в одном уровне; в – пониженное

Соединения проектируются болтовыми либо сварными. Предпочтение следует отдавать болтам, в том числе высокопрочным, и сдвигоустойчивым соединениям, позволяющим обеспечить более высокое качество при повышенной технологичности на монтаже.

Для обеспечения плотного примыкания стенки балки настила к ребрам необходимо вырезать ее полки и часть стенки. Этот вырез ослабляет сечение балки, число болтов, которое можно разместить на стенке балки, ограничено. При пониженном сопряжении к торцу вспомогательной балки приваривается коротыш из уголка, через который осуществляется сопряжение с ребром жесткости главной балки болтами.

В практике расчет болтов производится на опорную реакцию вспомогательной балки, увеличенную с целью повышения надежности на 20%, учитывающих неравномерность вовлечение болтов в работу за счет некоторого защемления в соединении.

6. Расчет колонн

Колонны служат для передачи давления от вышерасположенных главных балок через фундамент на грунт. В балочной площадке используются центрально-сжатые колонны, работающие на продольную силу, приложенную по оси колонн и вызывающую равномерное сжатие их поперечного сечения.

Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента и обеспечивающей прикрепление колонны к фундаменту с помощью анкерных болтов.

При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.

Рассматриваются центрально-сжатые колонны двух типов: сплошные и сквозные. Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными из широкополочных двутавров, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали. Он наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. В широкополочных прокатных двутаврах ширина b приблизительно равна высоте сечения h, такое же соотношение принято в сварных двутаврах по условиям изготовления. При равенстве сторон b = h радиусы инерции относительно осей x-x и y-y отличаются почти в два раза (i_x = 0,43h и i_y = 0,24b). Поэтому при одинаковых расчетных длинах колонны l_x = l_y не удается обеспечить равноустойчивость стержня в двух плоскостях.

Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В сквозных колоннах достигается равноустойчивость стержня в двух взаимно перпендикулярных плоскостях за счет изменения расстояния между ветвями.

Раскосная решетка является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную (рамную) систему с жесткими узлами и работают на изгиб.

Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливают зазор между полками ветвей не менее 100 мм.

Рассчитывается наиболее нагруженная центрально-сжатая колонна среднего ряда (рис. 6.1). Продольная сила N, сжимающая колонну, равна двум реакциям (поперечным силам) от главных балок, опирающихся на колонну сверху: N = 2Q_max.

Расчетная длина колонны l_ef , зависящая от способа закрепления ее в фундаменте и сопряжения с главной балкой, принимается равной:

l_ef = μl,

где μ – коэффициент расчетной длины колонны, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху: μ = 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ = 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого);

l – геометрическая длина колонны.

Рис. 6.1. Расчетная схема колонны

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхней части. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.

Геометрическая длина колонны (от фундамента до низа главной балки на опоре) равна отметке настила рабочей площадки за вычетом фактической строительной высоты перекрытия, состоящей из высоты главной балки в опорной части h_оп, высоты балки настила h_бн и толщины настила t_н, плюс заглубление базы колонны ниже отметки чистого пола h_ф (принимается 0,6–0,8м):

l = H_н – (h_оп + h_бн + t_н) + h_ф.

При использовании в балочной клетке вспомогательной балки (при поэтажном сопряжении балок) в высоту перекрытия добавляется ее высота h_бв.

Для проектирования приняты колонны, жестко защемленные в фундаменте, с шарнирным верхним узлом. Расчетные длины колонн в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и у-у:

l_x = l_y = 0,7l.