Оголовки колон

Для сприйняття зосереджених навантажень і розподілу їх по перерізу стояка служать оголовки. Тип оголовка проектують, виходячи з конструк­тивних міркувань, складають відповідну розрахункову схему і проводять необхідні розрахунки на міцність. Окремі приклади конструкції оголовків наведені на рис.

Рис. Типи оголовків

Оголовки у виді плоских плит (рис а) товщиною 30-50 мм в основ­ному застосовують для центрально стиснутих колон, але для ексцентрич­ного навантаження вони нераціональні. Краще застосовувати оголовки у виді балкових кліток (рис. б) із прокатних профілів (швелерів, двотаврів, кутників). При цьому, щоб уникнути втрати стійкості стінки, у місцях великих зосереджених сил необхідно ставити вертикальні ребра. Такі ребра беруть товщиною 8-12 мм, що дорівнює товщині стінки прокатного елемента або на 1-2 мм товстіші. Переріз елементів, з яких складається балкова клітка, підбирають за розрахунком, як і для балок, умовно обпертих шарнірно.

Зварні шви оголовка колони розраховують відповідно до конкретних схем їх навантаження, залежних від попередньо прийнятих конструк­тивних форм складових елементів. Елементи балкової клітки короткі і жорсткі, а жорсткість стержнів незначна. Тому моментами, що виникають у швах, при розрахунку зневажають.

Якщо при розрахунку за силою, що перерізує, міцність швів не забез­печена, збільшують розмір (висоту) елементів проти розрахованих за згинальними моментами або вводять додаткові косинки.

Оголовок у вигляді балкової клітки зверху має загальну плиту товщи­ною 12-20 мм. Плита не врахована в розрахунку. Вона йде в запас міцності і створює зручність для розміщення і закріплення елемента конструкції, що сполучається з оголовком.

Розрахунок бази колон

База служить для передачі навантаження зі стержнів стояка на фун­дамент і розподілу його по фундаменту (рис.). Вона складається з металевої опорної плити і неметалевого фундаменту (бетону, залізобетону, цегли тощо). Для стояків суцільного і наскрізного перерізів при невеликому розносі стержнів застосовують бази з загальною плитою (рис. а). При великому розносі стержнів наскрізного перерізу раціонально використову­вати роздільні бази з окремою плитою для кожного стержня (рис. б).

Проектування бази починається з призначення товщини плити. Тов­щина плит в залежності від величини навантаження приймається 16-30 мм. Розміри плити F =В_плL_пл призначають такими, щоб максимальні напруження у фундаменті під плитою були не більше [σ]_ф, що допуска­ються для матеріалу фундаменту, наприклад [σ]_ф, для цегельної кладки 5-12 кг/см²; для бетону - 30-80 кг/см², для залізобетону - 100 кг/см² і вище.Матеріал фундаменту і його [σ]_ф проектантові задається.

Рис. Типи баз колон

Для баз центрально навантажених колон визначають площу плити (рис.) за формулою:

Задавши один з розмірів, наприклад, В_пл, з конструктивних розумінь більшим за ширину колони), другий розмір можна визначити з формули:

При роздільних базах визначають розміри плити за навантаженням в окремому стержні стояка.

Плита працює на згин від рівномірно розподіленого навантаження q (відпорного тиску-реакції фундаменту):

Причому різні ділянки плити будуть працювати на згин в різних умо­вах. Ділянка 1 працює і розраховується як консоль (рис. б). Для цьо­го візьмемо полосу шириною 1 см і визначимо момент в перерізі 1—1:

Друга ділянка плити 2 працює як плита, оперта по контуру і заванта­жена знизу навантаженням q. Максимальні моменти в її центрі будуть:

Рис. До розрахунку опорної плити центрально навантаженого стояка

- в напрямі розміру а М_а = α₁ q а²;

- в напрямі розміру b М_b= α₂q а²;

де а - коротка сторона прямокутника; α₁ і α₂ - коефіцієнти (таблиця).

Третя ділянка плити працює як плита, що спирається трьома сторо­нами. Небезпечною для неї є точка т, де:

де d - довжина вільного краю плити; α₃ - коефіцієнт (таблиця).

Таблиця Значення коефіцієнтів для розрахунку плит

Визначаємо максимальний момент і уточнюємо товщину плити:

де [σ] - граничні напруження для матеріалу плити.

Для ексцентрично стиснутих колон з загальною плитою спочатку задаються шириною плити В_пл, а потім визначають довжину плити L_пл, виходячи з умови, що максимальні напруження у фундаменті на кромці плити були менші за граничні напруження фундаменту на стиск:

Звідси:

Для баз з роздільними плитами за напруженнями від зусилля в окре­мому стержні стояка як центрально стиснутого:

де N_ст - зусилля в окремому стержні; b_ст - відстань між осями стержнів, п - кількість стержнів. Тоді:

Після визначення розмірів плити переходять до конструювання бази як у випадку центрально стиснутих колон.

Збільшення міцності плит шляхом потовщення плити малоефективне і веде до перевитрати матеріалу. Тому рекомендується застосову­вати траверси або ребра.

Якщо ширина В_пл велика, то ставлять поперечні траверси (рис.).

Розміри траверс (ребер) призначають наступні: висота h_тр= (1/6...1/3) В_пл, товщина δ_тр = (0,5 - 0,8)δ_пл; переріз А—А з траверсами перевіряють на вигин:

Шви, що з'єднують стержень стояка з базою, необхідно перевіряти в опорному перерізі за напруженнями: - для стояка центрально навантаженого зусиллям N:

- для ексцентрично навантаженого стояка зусиллям N і моментом М:

де L_ш - загальна довжина швів; l_y - момент інерції швів відносно осі згину; h_х - розмір перерізу по осі х—х.

Якщо перевірка показує, що переріз швів недостатній, змінюють кон­струкцію бази, зварних з'єднань або катет швів і повторюють розрахунок.

З’єднання складових елементів.

Зварні центральностиснуті стояки можуть мати три типи зварних з'єднань: з'єднання складових елементів суцільного перерізу, з'єднання елементів зв'язку зі стержнями наскрізного перерізу, а також з'єднання по довжині стержнів - стики стояків.

З'єднання складових елементів суцільного перерізу. Ці з'єднання проектують з використанням безперервних швів. Шви підля­гають розрахунку на дію умовної поперечної сили Q_σм. Дотичні напру­ження, що виникають в швах, визначаються за формулою:

де S - статичний момент площі поясу; I - момент інерції перерізу. Як правило, напруження від поперечної сили незначні, але за технологічними вимогамирозмір катета шва слід призначати К> 4 мм