Узлы опирания подкрановых балок и стыки стальных колонн. Стыки балок и колонн

Стыки и детали колонн

Стыки колонн бывают заводские и монтажные. Заводские стыки устраиваются из-за ограниченности длины прокатных профилей (смотрите раздел ). Монтажные стыки устраиваются из-за ограниченных транспортных возможностей (9 — 13 м при перевозке на одной платформе и 19 — 27 мм при перевозке на сцепе).

Заводские стыки элементов обычно располагают вразбежку, не концентрируя их в одном месте, поскольку соединение отдельных элементов можно произвести до общей сборки стержня. Примеры сварных заводских стыков отдельных элементов колонн показаны на фигуре.

Заводские сварные стыки: а — поясов сварного двутавра; б — двутавровых ветвей
сплошной колонны; в — ветви сквозной колонны на планках.

Основным условием образования прочного стыка является обеспечение передачи усилия с одного элемента на другой. При сварке встык это обеспечивается соответствующей длиной сварных швов (смотрите раздел ), а при стыковании накладками, кроме необходимой длины сварных швов, также и соответствующей площадью сечения накладок, которая должна быть не меньше площади сечения основных стыкуемых элементов.

Простейшим и потому наиболее рекомендуемым является прямой стык со сваркой встык. Осуществление такого стыка возможно во всех случаях, поскольку во внецентренно сжатых колоннах всегда можно найти сечение с пониженными растягивающими напряжениями.

Монтажные стыки колонн располагают в местах, удобных для монтажа конструкций. Для колонн переменного сечения таким местом является уступ на уровне опирания подкрановых балок, где меняется сечение колонны.

На фигуре показаны типы стыков верхней и нижней частей одностенчатой сплошной колонны: заводского и монтажного.

Прикрепление надкрановой частя колонны к сквозной подкрановой.

На фигуре показано прикрепление верхней части колонны к нижней сквозной при помощи двухстенчатой и одностенчатой траверсы.

Длина швов (l ш на фигуре выше), необходимая для прикрепления внутреннего пояса верхней части колонны, определяется из того условия, чтобы действующие в верхней части колонны в месте прикрепления ее к нижней части момент М и продольная сила N воспринимались сварными швами, прикрепляющими пояса верхней части колонны; при этом швы, прикрепляющие стенку, обычно не учитываются.

Усилие в поясе, равное

передается через четыре шва, присоединяющих деталь 1 к стенке нижней части колонны. Деталь 1 имеет прорезь, которая позволяет насадить ее на стенку нижней части колонны (прорезь делают на 2 — 3 мм больше толщины листа). В случае монтажного стыка эту деталь делают отдельно от поясного листа, приваривая ее к нижней части колонны.

В колоннах с нижней решетчатой частью верхняя часть прикрепляется при помощи детали, называемой траверсой. Траверса работает на изгиб как балка на двух опорах и должна быть проверена на прочность; эпюра моментов в траверсе показана на фигуре. Прикрепление траверсы к ветвям колонны осуществляется сплошными швами и рассчитывается на опорную реакцию траверсы. Для обеспечения общей жесткости узла сопряжения верхней и нижней частей колонны ставятся горизонтальные диафрагмы или .

Монтажный стык колонн сплошного сечения, передающий преимущественно сжимающие усилия, может быть осуществлен с помощью фрезерованных торцов. Такой тип стыка применен на московских высотных зданиях.

В случае передачи колонной также и момента возможен показанный на фигуре б сварной стык, не требующий фрезеровки торцов. Устройство здесь прямого сварного стыка возможно при условии обеспечения равнопрочности сварного и основного металла.

Обычно предполагается, что в колоннах, работающих преимущественно на сжатие, все же возможно появление растяжения на любом крае сечения. Поэтому в стыках требуется обеспечить восприятие условной растягивающей силы, которая обычно принимается равной 15% от расчетной нормальной сжимающей силы (конечно, если нет реальных сил растяжения, превышающих эту величину).

Опирание подкрановых балок на колонны постоянного сечения (в легких цехах) осуществляется путем устройства консоли из сварного двутавра (из листов) или из двух швеллеров.

Консоль рассчитывается на момент от давления двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках: М = Ре, где е — расстояние от оси подкрановой балки до ветви колонны.

Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М и перерезывающей силы Р.

Швы, прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакцию S, найденную как в одноконсольной балке:

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Стыки многоэтажных сборных рам , как правило, вы­полняют жесткими. При шарнирных стыках уменьшается общая жесткость здания и снижается сопротивление де­формированию при горизонтальных нагрузках.

Жесткие стыки колонн мно­гоэтажных рам воспринимают продольную силу N, изгибаю­щий момент М и поперечную силу Q. Арматурные выпуски стержней диаметром до 40 мм стыкуют ванной сваркой (рис. XV. 10). При четырех арматур­ных выпусках для удобства сварки устраивают специаль­ные угловые подрезки бетона длиной 150 мм, при арматур­ных же выпусках по перимет­ру сечения подрезку бетона делают по всему периметру. Концы колонн, а также места подрезки бетона усиливают поперечными сетками и заканчивают стальной центрирую­щей прокладкой (для удобст­ва рихтовки на монтаже). По­сле установки и выверки сты­куемых элементов колонны и сварки арматурных выпус­ков устанавливают дополнительные монтажные хомуты диаметром 10-12 мм. Полости стыка - подрезки бетона и узкий шов между торцами элементов замоноличивают в инвентарной форме под давлением. Исследования по­казали достаточную прочность и надежность стыка. В сравнении с другими стыками, устраиваемыми на сварке стальных закладных деталей, описанный стык экономичнее по расходу стали и трудоемкости.

Уменьшение изгибающего момента в стыках колонн многоэтажного каркасного здания в большинстве случа­ев достигается выбором места расположения стыка бли­же к середине высоты этажа, где изгибающие моменты от действия вертикальных и горизонтальных нагрузок приближаются к нулю и где улучшаются условия для монтажа колонн.

Стыки считают для 2х стадий работы:

А) до замоноличивания стыка- на нагрузки действующие на данном этапе возведения здания.

При определении усилий такие стыки условно принимают шарнирными.

Б) после зомоноличивания стыка – на нагрузки, действующие на данном этапе возведения здания

и при эксплуатации, при определении усилий такие стыки принимают жёсткими.

Расчёт не замоноличенных стыков производят на местное сжатие бетона колонны центрирующей прокладки.

Расчёт замоноличенных стыков производит как для сечения колонны на участке с подрезками с учётом следующих указаний:

А) при наличии косвенного армирования сетками как в бетоне колонны так и в бетоне замоноличивания расчёт ведут в соответствии с рекомендациями по расчёту сжатых ж.б. элементов усиленных косвенным армированием, при этом рассматривается цельное сечение

Б) При наличии косвенного армирования только в бетоне колонны расчёт производят только с учетом косвенного армирования но без учета бетона замоноличивания либо наоборот.

2. Виды и особенности конструкций, и расчета ригелей, балок, ферм

Сборные конструкции зданий, смонтированные из от­дельных элементов, совместно работают под нагрузкой благодаря стыкам и соединениям, обеспечивающим их надежную связь. Стыки и соединения сборных конструк­ций можно классифицировать по функциональному приз­наку (в зависимости от назначения соединяемых элемен­тов) и по расчетно-конструктивному (в зависимости от вида усилий, действующих на них).

По функциональному признаку различают стыки колонн с фундаментами, ко­лонн друг с другом, ригелей с колоннами, узлы опирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны, узлы опирания панелей на ригели и т. п.

По расчетно-конструктивному признаку различают стыки, испытывающие сжатие, например стыки колонны (рис. Х.8,а); стыки, испытывающие растяжение, напри­мер стыки растянутого пояса фермы (рис. Х.8,б); сты­ки, работающие на изгиб с поперечной силой, например в соединении ригеля с колонной (рис. Х.8,в), и т. п.

В стыках усилия от одного элемента к другому пере­даются через соединяемую сваркой рабочую арматуру металлические закладные детали, бетон замоноличивания.

Размеры зазоров между соединяемыми элементами назначают возможно меньшими. Их величину обычно оп­ределяют доступностью сварки выпусков арматуры, удобством укладки в полости стыка бетонной смеси из условия погашения допусков на изготовление и монтаж; она может составлять 50-100 мм и более. При заливке швов раствором, особенно под давлением, зазор может быть минимальным, но не менее 20 мм.

Стальные закладные детали для предотвращения кор­розии и обеспечения необходимой огнестойкости элемен­тов покрывают защитным слоем цементного раствора по металлической сетке.

Концевые участки сжатых соединяемых элементов (например, концы сборных колонн) усиливают попереч­ными сетками косвенного армирования. При соединении с обрывом продольной рабочей арматуры в зоне стыка усиление поперечными сетками производят по расчету. Сетки устанавливают у торца элемента (не менее 4 шт.) на длине не менее 10d стержней периодического профиля, при этом шаг сеток s должен быть не менее 60 мм, не более 7з размера меньшей стороны сечения и не более 150 мм (рис. Х.9). Размер ячеек сетки должен быть не менее 45 мм, не более 1/4 меньшей стороны сечения и не более 100 мм.

В стыках и соединениях сборных железобетонных эле­ментов стальные закладные детали часто проектируют в виде пластинок и приваренных к ним анкеров, испытывающих действие усилий М, N, Q (рис. Х.11). Для расчета анкеров изгибающий момент заменяют парой сил с плечом г и усилия определяют с учетом опытных коэффициентов. Площадь поперечного сечения анкеров наиболее напряженного ряда:

Стыки растянутых элементов выполняют сваркой вы­пусков арматуры или стальных закладных деталей, а в предварительно напряженных конструкциях - пропус­ком через каналы или пазы элементов пучков, канатов или стержневой арматуры с последующим натяжением. Сварные стыки растянутых элементов конструируют так, чтобы при передаче усилий не происходило разгибания закладных деталей, накладок или выколов бетона.

Для передачи сдвигающих усилий на поверхности соединяемых элементов устраивают пазы, которые после замоноличивация образуют бетонные шпонки. Примене­ние бетонных шпонок целесообразно в бесконсольных стыках ригелей с колоннами, где их располагают так, чтобы бетон шпонок работал в наклонном сечении на сжатие, в стыках плитных конструкций, для повышения жесткости панельных перекрытий в своей плоскости и др. (рис. X.13).

4.6. Конструкции элементов каркаса

Колонны. Колонны многоэтажного каркасного сооружения являются основными конструктивными элементами каркаса. Они воспринимают и передают на фундамент в основном вертикальные нагрузки, но участвуют также в восприятии моментов от ветровой нагрузки. В пределах этажа участок колонны работает на сжатие, иногда с изгибом в одной или двух плоскостях. По сравнению с продольным усилием вклад изгибающих моментов в напряженное состояние колонны обычно мал, поэтому ее чаще всего рассчитывают на центральное сжатие. Поскольку колонны

Рис. 4.20. Типы сечений колонн многоэтажных зданий:
а - двутавровые; б - замкнутые; в - крестовые; г - полые прокатные; д - сквозные

могут терять устойчивость в двух направлениях, то расчетным является направление с меньшей жесткостью и, следовательно, для колонн более выгодны поперечные сечения, моменты инерции которых одинаковы относительно обеих осей. Профили, имеющие существенные различия в моментах инерции, могут быть использованы только тогда, когда их устойчивость в плоскости меньшей жесткости обеспечена защемлением в уровне перекрытия или дополнительными закреплениями по высоте. Применяемые типы сечений колонн показаны на рис. 4.20.

Двутавровые профили (рис. 4.20, а ) - самая распространенная форма сечения колонн в многоэтажных зданиях. Она особенно удобна при необходимости крепления к колоннам балок перекрытий в двух направлениях, так как все элементы двутавра доступны для организации опорных узлов. В зависимости от действующих усилий используют как прокатные двутавры с параллельными гранями полок модификации К (колонный), так и сварные двутавры из листовой стали толщиной до 60 мм. Применение колонн двутаврового поперечного сечения позволяет использовать их внутригабаритное пространство для проводки инженерных коммуникаций (рис. 4.21).

Прямоугольные коробчатые профили (рис. 4.20, б ) применяют при больших продольных усилиях и изгибе в обоих направлениях или при большой свободной длине колонны, имеющей ограниченное поперечное сечение. Площадь поперечного сечения в этих профилях можно регулировать путем изменения толщины листа. Благодаря ровным наружным плоскостям возможно использование таких колонн без облицовки. При больших нагрузках иногда рационально применять сплошной квадратный

Рис. 4.21. Примеры расположения инженерных коммуникаций в габаритах сечения колонн:
а, б - двутаврового сечения; в - сквозного сечения

профиль (сляб), который обладает высокой степенью огнестойкости при небольших габаритных размерах. Сечение из двух спаренных швеллеров пригодно только при относительно небольших нагрузках.

Крестообразные профили (рис. 4.20, в ) благодаря полной симметрии поперечного сечения рационально применять для колонн при наличии в них изгибающих моментов в обоих направлениях. Крестовые сечения использованы в каркасе высотной части МГУ, что позволило одинаково решать узлы примыкания ригелей разного направления в плане.

Полые прокатные профили (рис. 4.20, г ). Круглые трубы выгодны с расчетной точки зрения, так как они имеют во всех направлениях одинаковые моменты инерции. Трубы с одинаковыми внешними размерами могут воспринимать различные нагрузки благодаря изменению толщины стенки. Так как стоимость труб в 3...5 раз выше стоимости листового проката и двутавров, то их применение в большинстве случаев оказывается дороже, чем колонн из коробчатых профилей. Использование полых прокатных профилей может стать эффективным при заполнении их бетоном.

Сквозные колонны в современном строительстве многоэтажных зданий практически не применяют, так как они менее компактны и более трудоемки в изготовлении и монтаже. Однако они могут быть с успехом использованы при строительстве каркаса многоэтажного здания, если предполагается прокладка инженерных коммуникаций между ветвями колонны (рис. 4.21, в ).

Толщину листов в составных сечениях принимают обычно не более 60 мм, а отношение габаритов сечения к расчетным длинам h /l x , b /l y не менее 1/15, чему соответствуют гибкости 40...60 (в зависимости от типа сечения).

Отношение ширины и высоты сечения и его ориентацию в плане следует выбирать с учетом условий работы и компоновки всей конструктивной системы. Например, в обычной рамной системе плоскость наибольшей жесткости двутавровых колонн направляют вдоль узкой стороны здания, в системе с внешней пространственной рамой эту плоскость совмещают с плоскостью рамной грани.

Расчет колонн производят по общим правилам (см. § 6.4 и п. 6.7.7 ), при этом коэффициенты расчетной длины для колонн рамных каркасов определяют по формулам табл. П6.1, а для связевых каркасов по формуле

μ = √

1 + 0,46(p + n ) + 0,18pn

1+ 0,93(p + n ) + 0,71pn

, (4.18) где p и n принимают равными: для верхнего этажа для среднего этажа p = 0,5(p 1 + p 2); n = 0,5(n 1 + n 2); для нижнего этажа р = р 1 + р 2 ; п = 0,5(п 1 + n 2). Значения р 1 , р 2 , n 1 , п 2 определяют по табл. П6.1.

Стыки колонн решают в зависимости от соотношения между величиной нормального усилия и момента в месте стыка. Если эксцентриситет е = M/N не превышает ядрового расстояния p = W/A , то стык выполняют как для центрально сжатой колонны (см. рис. 6.56, б ), как правило, с предварительной фрезеровкой торцов. При этом монтажные уголки устанавливают только на стенке, чтобы не портить внешний вид колонны. Такой стык можно использовать также при небольших эксцентриситетах, превышающих ядровое расстояние, проверив прочность монтажных уголков и их креплений на растягивающее усилие от момента. При больших эксцентриситетах используют стыки с накладками (см. рис. 6.56, в ). Применение фланцевых стыков затруднено необходимостью скрывать выступы фланцев в облицовке колонны, в стене или в конструкции пола, но в последнем случае стык оказывается размещенным в непосредственной близости от узла сопряжения ригеля с колонной, т.е. в месте с большим изгибающим моментом.

Базы колонн. В каркасах многоэтажных зданий, как правило, применяют базы для безвыверочного монтажа колонн (рис. 4.22, а ). Плиту базы (обычно из слябов) с фрезерованной или строганной верхней поверхностью устанавливают на фундамент по разбивочным осям, ориентируясь на риски 2 , выверяют с помощью установочных болтов 3 и подливают цементным раствором.

При относительно малых изгибающих моментах, когда анкерные болты 4 не работают или испытывают небольшие растягивающие усилия,

Рис. 4.22. Базы колонн:
a - с конструктивными анкерными болтами; б, в - с расчетными анкерными болтами; 1 - плоскость фрезерования; 2 - установочная риска; 3 - установочный болт; 4 - анкерный болт; 5 - шайба; 6 - подливка

их ставят конструктивно и крепят к колонне через ребро или уголковые коротыши.

Базы колонн с расчетными анкерными болтами (рис. 4.22, б, в ) проектируют в соответствии с указаниями п. 6.8.5 .

Балки и ригели. Балки и ригели перекрытий работают преимущественно на изгиб. Продольные силы в ригелях и балках, как правило, незначительны и появляются от горизонтальных нагрузок, передаваемых через балку от наружной стены к диафрагме, стволу жесткости, и от поперечных сил в колоннах, обусловленных начальным переломом или искривлением их оси.

В многоэтажном строительстве наиболее часто применяют балки (рис. 4.23, а ) со сплошной стенкой при пролетах до 12 м и выполняют их из обычных, широкополочных или сварных двутавров. Асимметричные сварные двутавры применяют, как правило, в случае включения железобетонной плиты перекрытия в совместную работу с балкой γ f = 1,0 (сталежелезобетонные балки). Двухстенчатые сварные балки применяют при больших поперечных силах, а также при необходимости увеличения горизонтальной жесткости. При размещении инженерных систем в пределах высоты междуэтажного перекрытия целесообразно применять балки с перфорированной стенкой (см. п.5.9 ), которые получают из широкополочных двутавров.

При больших пролетах (более 12 м) и больших нагрузках в качестве ригелей могут быть использованы фермы (рис. 4.23, б ) с поясами из широкополочных двутавров или тавров и безфасоночным примыканием решетки из одиночных или парных уголков.

Рис. 4.23. Типы сечения ригелей и балок перекрытий:
а - балочные профили; б - фермы; 1 - усиления балок в сечениях с максимальным изгибающим моментом; 2 - железобетонная плита перекрытия

комических соображений с учетом эксплуатационных затрат. Обычно отношение высоты сечения балки или фермы h к ее пролету l изменяется в пределах 1/15...1/4. В особых случаях, когда, например, для обеспечения общей жесткости каркаса используют ригели-перемычки внешней пространственной рамы или ригели - диафрагмы, соотношение h / l изменяется в пределах 1/3 до 1, как в балке-стенке.

Сопряжения ригелей с колоннами. Тип сопряжения зависит от конструктивной схемы каркаса. В связевых системах применяют свободное (шарнирное) прикрепление балок к колоннам, в рамных - жесткое.

Примерами свободного прикрепления являются конструктивные решения, показанные на рис. 4.24, а...в . Аналогичные решения можно применить и для колонн с другими типами сечений. Свободное прикрепление на болтах нормальной точности (рис. 4.24, а ) по сравнению с другими типами проще в изготовлении и монтаже, не требует высокой точности изготовления, обеспечивает достаточную податливость узла и практически свободный поворот балки относительно колонны. Основные усилия для расчета прикрепления - поперечная сила в опорном сечении балки Q и продольная сила N , возникающая в балке при работе связевой системы. В узле возникают лишь небольшие моменты, влияние которых учитывают при расчете болтов повышающим коэффициентом 1,2...1,3 к силе Q . Вертикальное ребро и швы, прикрепляющие его к колонне, следует рассчитывать на силу Q , момент Qe , силу N .

В схеме рис. 4.24, б условия загружения столика из уголка зависят от его деформаций и являются довольно неопределенными . Для приближенной оценки эксцентриситета е силы Q относительно сечения горизонтальной полки, в котором начинается ее закругление (размер ki от обушка), можно принять распределение контактных напряжений по треугольной эпюре, тогда е = а 0 + 2с 0 / 3 - k 1 , где размер с 0 должен быть не менее Q / (t w R y ) - h 1 .

Рис. 4.24. Свободное прикрепление балок к колоннам:
1 - ребро; 2 - монтажный столик; 3 - начало закругления в переходе от стенки к полке; 4 - прокладка; 5 - плоскость фрезерования#Sa

Если e ≥ 9Q / (8l a R y ), то толщину полки находят из условия ее сопротивления изгибу t a = √ , где t a , l a - толщина и ширина полки уголка.

При опорных давлениях более 120...150 кН используют варианты столика с подкреплением вертикальным ребром, для которых также принимают треугольную эпюру контактных напряжений. Прикрепление столика к колонне при любом варианте следует проверить на силу Q и момент Q (b - c 0 / 3). Болты, соединяющие стенку балки с колонной через промежуточный уголок или ребро, рассчитывают на продольную силу.

Жесткое прикрепление балок к колонне показано на рис. 4.25. Расчет конструкций узла, выполненного по схеме рис. 4.25, а , не имеет особенностей (см. п. 6.8 ). В узле по схеме рис. 4.25, б детали сопряжения с колонной стенки балки рассчитывают на поперечную силу, детали крепления к полкам балки - на силу S = M /h .

Горизонтальные и вертикальные связи. Усилия от ветровой нагрузки, действующей на наружные стены, собираются в плоскостях перекрытий и покрытия и передаются на вертикальные элементы каркаса через жесткие горизонтальные диски, образуемые несущими конструкциями перекрытий.

Вертикальные связевые фермы в связевых и рамно-связевых каркасах могут иметь различные системы решеток (рис. 4.26). Наибольшее распространение получила полураскосная решетка (рис. 4.26, б ), так как допускает устройство в связевых панелях дверных и оконных проемов и при этом испытывает незначительные дополнительные усилия сжатия из-за укорочения колонн под нагрузкой. Оси раскосов должны проходить через точки пересечения осей колонн и ригелей. Примыкание с эксцентриситетом связано с возникновением моментов в стержнях решетки. В

Рис. 4.26. Схемы вертикальных связей:
а - треугольная; б - полураскосная; в - портальная; г - крестовая

Рис. 4.27. Сечения раскосов связевых ферм:
а - тавровое из двух уголков; б - из двух швеллеров; в, г - из замкнутых профилей; д - двутавровое

отдельных случаях при соответствующих требованиях к устройству проемов применяют треугольные (рис. 4.26, а ) схемы решетки вертикальных связей. Устройство связей с крестовой решеткой возможно лишь в глухих стеновых панелях. Такая решетка является наиболее жесткой и эффективно работает на горизонтальные нагрузки, изменяющие направление в процессе эксплуатации.

Вертикальные связевые фермы обычно выполняют на всю высоту здания в одних и тех же панелях. Однако в некоторых случаях приходится смещать связи в соседние панели и тогда нижние связи должны заходить на верхние на высоту этажа, т.е. на переходном этаже вертикальные связи должны располагаться в двух смежных панелях.

Поясами вертикальных связевых ферм, как правило, являются колонны, а стойками - балки перекрытий. Раскосы вертикальных связевых ферм обычно проектируют из парных уголков, швеллеров, прямоугольных или круглых труб, а при больших продольных усилиях - из двутавров (рис. 4.27). Так как раскосы связевых ферм участвуют в передаче вертикальных нагрузок, то при расчете раскосов и узлов их прикрепления следует учитывать дополнительные усилия, возникающие от укорочения колонн здания (см. , п. 6.6.2). Крепление раскосов в большинстве

случаев выполняют на высокопрочных болтах. При расчете узлов можно пользоваться рекомендациями п.6.5 .

Литература к гл. 4

1...7. См. основную литературу.

8. Пуховский А.Б., Арефьев В.М., Ламдон С.Е., Лафишев А.З. Многоэтажные высотные здания. - М.: Стройиздат, 1997.

9. Харт Ф., Хенн В., Зонтаг X. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания. - М.: Стройиздат, 1977.

10. Шуллер В. Конструкции высотных зданий. - М.: Стройиздат, 1979.

11. Савицкий Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения. - М.: Стройиздат, 1972.

12. Барнштейн М.Ф. Воздействия ветра на здания и сооружения. / Труды ЦНИИСК, вып. 21. - М.: 1973.

13. Романсиков И.Г., Левитес Ф.А. Огнезащита строительных конструкций. - М.: Стройиздат, 1991.

Для упрощения процесса монтажа колонны должны доставляться на строительную площадку возможно большей длины. Место, в котором отдельные участки колонн соединяются друг с другом, называется монтажным стыком, а отправляемые с завода участки называются отправочными марками. Длины отправочных марок ограничены транспортными возможностями и не превышают в общем случае 20-22 м. Отрезки колонн, определяемые длиной прокатных элементов, имеют в большинстве случаев длину до 15 м; при больших длинах металлургические заводы начисляют наценку. Размеры отправочных марок очень мощных колонн часто ограничиваются грузоподъемностью используемых транспортных и монтажных механизмов.

Часто возникает необходимость устройства стыков в процессе изготовления колонн на заводе, например из-за изменения поперечного сечения или по другим причинам.

В месте стыка отрезки колонны должны иметь плоские резы, строго перпендикулярные к оси стержня. При незначительных усилиях эти резы делают пилой. При больших усилиях торцы колонн должны быть фрезерованы. По действующим нормам часть усилия в месте стыка может быть передана непосредственно через торцы. Остаток усилия передается с помощью сварки или болтов. При наличии изгибающих моментов растягивающие напряжения должны полностью восприниматься соединениями.

1 и 2. Наипростейший сварной стык - стыковыми швами (рис.1), который может быть применен и при стыковании однотипных профилей разной площади сечения (рис. 2). Если такой стык выполняется на монтаже, то для временной фиксации положения до начала сварки необходима установка вспомогательных клиньев, подкладок и т. п.

3. Соединение встык на болтах. Усилия передаются через накладки, крепящиеся болтами. При изменении поперечного сечения требуется установка прокладок (заштрихованная часть). Этот стык хотя и не требует выполнения сварки на монтаже, но из-за увеличения габарита колонны в месте стыка не всегда приемлем.

4. В колоннах наиболее часто применяют стык с торцовыми пластинами. Пластины, приваренные к торцам обеих колонн, должны плотно прилегать друг к другу. Так как торцовые пластины при сварке коробятся, то иногда требуется повторная строжка их поверхностей после сварки. Этот тип стыка также используют при выполнении заводских стыков, если поперечные сечения стыкуемых частей колонны значительно отличаются друг от друга. В этом случае пластины свариваются друг с другом.

5. Часто бывает необходимо пропустить в стыке колонн прогон. Колонны имеют приваренные торцовые пластины по типу стыка 4. Прогон укрепляется ребрами жесткости, через которые усилия с верхнего участка колонны передаются на нижний участок. Ребра жесткости должны плотно прилегать вверху и внизу и вследствие наличия допусков в прокатных профилях обязательно пригоняются. При сварных профилях такая подгонка не требуется.

Примыкание балок

В месте примыкания реакции балок передаются на колонны. Конструкция примыкания балок должна:

• обеспечивать передачу усилий; во время монтажа допускать некоторую подвижку;
• быть выполнима простыми средствами, по возможности без лесов и подмостей.

От конструкции крепления балок зависит трудоемкость их изготовления и монтажа, а следовательно, экономичность конструкции в целом.

1. Примыкание, обеспечивающее передачу только поперечных сил. Поперечные силы, передающиеся с балок, вызывают в колоннах только продольные силы. Примыкание можно рассматривать как шарнирное, если оно выполнено на болтах, так как болтовые соединения несколько податливы.

2. Примыкание неразрезных балок, передающих на колонны только вертикальные усилия и не передающие изгибающие моменты. Это достигается тем, что колонна имеет под балкой и над балкой шарниры

3. Очень часто колонны так гибки по сравнению с балками, что и при жестком примыкании балок к колоннам можно с достаточной точностью считать, что колонны не воспринимают изгибающего момента от балок.

4. В рамах поперечные силы и изгибающие моменты передаются с балок на колонны. Крепления балок в этом случае рассчитываются на оба усилия.

Стыки колонн бывают заводские и монтажные. Заводские стыки устраиваются из-за ограниченности длины прокатных профилей (смотрите раздел Сортамент). Монтажные стыки устраиваются из-за ограниченных транспортных возможностей (9 - 13 м при перевозке на одной платформе и 19 - 27 мм при перевозке на сцепе).

Заводские стыки элементов обычно располагают вразбежку, не концентрируя их в одном месте, поскольку соединение отдельных элементов можно произвести до общей сборки стержня. Примеры сварных заводских стыков отдельных элементов колонн показаны на фигуре.

Заводские сварные стыки

Заводские сварные стыки: а - поясов сварного двутавра; б - двутавровых ветвей
сплошной колонны; в - ветви сквозной колонны на планках.

Основным условием образования прочного стыка является обеспечение передачи усилия с одного элемента на другой. При сварке встык это обеспечивается соответствующей длиной сварных швов (смотрите раздел Сварные соединения), а при стыковании накладками, кроме необходимой длины сварных швов, также и соответствующей площадью сечения накладок, которая должна быть не меньше площади сечения основных стыкуемых элементов.

Простейшим и потому наиболее рекомендуемым является прямой стык со сваркой встык. Осуществление такого стыка возможно во всех случаях, поскольку во внецентренно сжатых колоннах всегда можно найти сечение с пониженными растягивающими напряжениями.

Монтажные стыки колонн располагают в местах, удобных для монтажа конструкций. Для колонн переменного сечения таким местом является уступ на уровне опирания подкрановых балок, где меняется сечение колонны.

Стыки верхней и нижней частей одностенчатой оплошной колонны

На фигуре показаны типы стыков верхней и нижней частей одностенчатой сплошной колонны: заводского и монтажного.

На фигуре показано прикрепление верхней части колонны к нижней сквозной при помощи двухстенчатой и одностенчатой траверсы.

В колоннах с нижней решетчатой частью верхняя часть прикрепляется при помощи детали, называемой траверсой. Траверса работает на изгиб как балка на двух опорах и должна быть проверена на прочность; эпюра моментов в траверсе показана на фигуре. Прикрепление траверсы к ветвям колонны осуществляется сплошными швами и рассчитывается на опорную реакцию траверсы. Для обеспечения общей жесткости узла сопряжения верхней и нижней частей колонны ставятся горизонтальные диафрагмы или ребра жесткости.

Монтажный стык колонн сплошного сечения

Монтажный стык колонн сплошного сечения, передающий преимущественно сжимающие усилия, может быть осуществлен с помощью фрезерованных торцов. Такой тип стыка применен на московских высотных зданиях.

Обычно предполагается, что в колоннах, работающих преимущественно на сжатие, все же возможно появление растяжения на любом крае сечения. Поэтому в стыках требуется обеспечить восприятие условной растягивающей силы, которая обычно принимается равной 15% от расчетной нормальной сжимающей силы (конечно, если нет реальных сил растяжения, превышающих эту величину).

Опирание подкрановых балок на консоль

Опирание подкрановых балок на колонны постоянного сечения (в легких цехах) осуществляется путем устройства консоли из сварного двутавра (из листов) или из двух швеллеров.
Консоль рассчитывается на момент от давления двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках: М = Ре, где е - расстояние от оси подкрановой балки до ветви колонны.

Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М и перерезывающей силы Р.

Швы, прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакцию S, найденную как в одноконсольной балке:

28. Конструктивные решения и расчет базы внецентренно-сжатых колонн.

База является опорной частью колонны и предназначена для пере­дачи усилий с колонны на фундамент. В состав базы входят плита, траверсы, ребра, анкерные болты и устройства для их крепления (столики, анкерные плиты и т. д.). Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и способа сопряжения се с фундаментом (жесткое или шарнирное).

Шарнирные базы подобны применяемым для центрально-сжатых колони. При больших усилиях базы шарнирных рамных систем проектируются с использованием опорных шарниров (плиточных, балаисирных) . В производственных зданиях колонна в плоскости рамы имеет обычно жесткое сопряжение с фунда­ментом, а из плоскости -шарнирное.

Существует два типа баз - общая и раздельная.

Для сплошных, а также легких сквозных колонн применяют общие базы(рис.1). Для лучшей передачи момента на фундамент база внецентренно сжатой колонны развивается в плоскости действия момента; центр плиты обычно совмещается с центром тяжести колонны.

Если момент одного знака по абсолютному значению значительно больше момента другого знака, воз­можна конструкция базы с плитой, смещенной в сторону действия боль­шего момента.

Под плитой в бетоне фундамен­та возникают нормальные напряже­ния п. (рис. 14.17,6),определяемые по формулам внецентренного сжа­тия

При большом значении изгибаю­щего момента второй член формулы 14.32) может оказаться больше первого и под плитой возникают растягивающие напряжения. Так как плита лежит на фундаменте свободно, для восприятия возмож­ного растяжения устанавливают анкерные болты, которые в отличие от базы центрально-сжатой колонны являются расчетными элементами.

Ширина плиты принимается на 100- 200 мм шире сечения колонны. Тогда из условия прочности бетона фундамента на сжатие из формулы (14.32) можно определить длину плиты

Расчет выполняют на комбинацию усилии N и Л(. дающую наибольшее краевое сжатие бетона.

Для обеспечения жесткости плиты и уменьшения ее толщины в базе устанавливают траверсы и ребра.

В легких колоннах применяют базы как с одностенчатой (см. рис. 14.16.а), так и двустенчатой траверсой из листов или двух швеллеров (см. рнс. 14.16, в). Для более мощных колонн устраивают двустенчатые траверсы из листов. Траверсы могут быть общими для полок ко­лонны (см. рис. 14.16, «) и раздельными (см. рис. 14.16,*).

Общие траверсы приваривают к полкам колонны наружными швами (сварка во внутренней полости затруднена). Они работают как двух-консольные балки под действием отпора бетона фундамента и усилия в анкерных болтах. Швы крепления траверсы воспринимают только сдви­гающее усилие. Такие траверсы целесообразны при небольшой ширине колонны (до 540-700 мм). При большей ширине колонны более эконо­мичны и удобны для сварки раздельные траверсы (см. рис. 14.16, г).

Каждая траверса приваривается к полке колонны двумя швами и работает как консоль от отпора бетона или усилия в анкерном болте. Швы крепления траверсы воспринимают момент и сдвигающее усилие.

Рис. 1. Общие базы внецентренно-сжатых колонн.

а) легкой сплошной колонны с одностенчатой траверсой, б) легкой решетчатой колонны,в) двухступенчатая база с общими траверсами, г) двухступенчатая база с раздельными траверсами. 1- анкерные болты, 2- анкерные плитки.