Конструирование и расчет оголовка колонны

Наиболее просто и четко центральная передача нагрузок на колонну и шарнирное соединение главных балок с колонной могут быть обеспечены при опирании балок на колонну сверху (рис. 3.7; 3.8; 3,9; 3.10). Примыкание главных балок к колонне сбоку (рис.3.11; 3.12) может быть целесообразным в случае расположения прокатных балок 5 по оси колонны, так как позволяет упростить опирание балок. Кроме того, примыкание главных балок к колонне сбоку необходимо при закрепления верха колонны в габарите главных балок от поворота в плоскости перпендикулярной плоскости главных балок, (рис.3.2 д, ж, если по п.4.3.2 была принята одна из расчетных схем закрепления колонн в плоскости перпендикулярной плоскости главных балок).

Для уменьшения эксцентриситета продольной силы, действующей на колонну, опорные ребра балок при опирании сверху располагают у самой оси колонны (рис.3.7; 3.8; 3.9; 3.10), а не по осям ветвей. В этом случае колонна считается центрально-сжатой. В случае примыкания сбоку законструировать опирание балок у оси колонны труднее и не всегда целесообразно. При расположении опорных ребер главных балок у ветвей или полок колонны (рис.3.11; 3.12), колонна, устойчивая при равных опорных реакциях балок максимальной величины, может иногда потерять устойчивость при меньшей опорной реакции балки с одной стороны колонны. По согласованию с руководителем в курсовом проекте можно не учитывать внецентренного сжатия колонны при примыкании главных балок к полкам или ветвям колонны (рис.3.11; 3.12).

Для удобного и качественного монтажа балок и колонн между ними предусматривается возможность возникновения зазора размером 0 6 мм. Размер зазора при опирании сверху можно ограничить 0-6 мм. При примыкании сбоку приходиться предусматривать больший зазор 0-15 мм. Так как для возможности монтажа длину балки приходится назначать меньше расстояния между гранями колонн на 10 мм, чтобы завести балку между колоннами при возможной не точности изготовления и монтажа.

Зазор на монтаже заполняется прокладкой по фактической толщине зазора. Размер зазора обеспечивается точностью изготовленных балок с отрицательным допуском по длине не более 3мм, а также точностью изготовление и в особенности монтажа колонн.

При опирании сверху рациональны оголовки с наименьшим числом деталей и сварных швов (рис.3.7 и 3.9), такие оголовки можно использовать при равенстве расчетных длин (см. п.4.3.2 и формулу 3.1). Конструкции оголовков, показанные на рис. 3.8 и 3.10 применяются тогда, когда расчетная длина колонны в плоскости, расположения главных балок больше по сравнению с расчетной длиной колонны в перпендикулярной плоскости (см. п.4.3.2 и формулу 3.2).

Оголовки распределяют сосредоточенные реакции балок по всему сечению колонн. Прочность оголовка должна быть обеспечена на всем пути распределения нагрузки. При опирании главных балок на колонну сверху толщина опорной плиты 5 оголовка t_р (рис.3.7; 3.8; 3.9; 3.10) определяется по формуле

, (3.62)

где В – опорная реакция главной балки (В=Q_max – см. формулу 2.4, часть 2);

– ширина опорного ребра главной балки (рис. 3.7-3.10) (см. п.4.2.16, часть 2);

- расчетное сопротивление сдвигу плиты оголовка .

При примыкании главных балок сбоку (рис.3.11; 3.12) толщину верхнего листа 2 назначают 8-16 мм. При опирании на этот лист сверху прокатных балок он расчитывается как при опирание балок на главную балку (см. п.4.2.18, часть 2). Размеры этих элементов в плане должны обеспечить их удобную приварку к стержню колонны и не мешать монтажу балок. Толщина стенки 1 колонны или вставки 3 (рис.3.7), траверсы 3 (рис.3.10), ребер 2 (рис.3.8; 3.10) могут быть определены из условия прочности при сжатии опорными реакциями главных балок

t_r = 2B / ( × R_y), (3.63)

где R_y - расчетное сопротивление стали при сжатии можно принимать по приложению 1 (часть1);

- длина сминаемой части стенки или ребра, наибольшее ее значение может быть определено по формуле

= b_o + 2t _рl, (3.64)

Принимаемая в расчете длина _ef не должна быть больше ширины ребра 2 (рис.3.9) или вставки 3 для оголовков по рис.3.7.

Окончательно толщины t_pl и t_r необходимо принять в соответствии с табл. 1.11, приложения 7, часть 1, округляя полученные по расчету t_pl и t_r в большую сторону до толщин листового проката.

Если t_r > t_w, то стенку 1 колонны в верхней части заменяют вставкой 3 с толщиной t_вст ³ t_r (см.рис.3.7). Можно также приварить к стенке накладки с обеих сторон, при этом сумма толщин стенки и накладок должна быть не меньше t_r. Однако иногда возможны затруднения при приварке накладок [1.т.1,рис.4.21] и потеря их устойчивости. Поэтому их применение ограничено, и в курсовом проекте не рассматривается.

Для непосредственной передачи опорных реакций балок с опорной плиты 5 на вставку 3 (рис.3.7) или вертикальные ребра 2 и траверсу 3 (рис.3.8; 3.9; 3.10) их необходимо плотно пригнать к опорной плите. Для этого строгают торец вставки 3 или ребер 2 или траверсы 3, пригоняемый к плите (рис.3.7 – 3.10). В этом случае швы, которыми приваривается плита 5 к примыкающим элементам на рис.3.7-3.10 назначается конструктивно. Часто для плотной пригонки фрезеруют торец колонны и поверхность плиты 5.

Высота вставки 3 (рис.3.7), траверсы 3 (рис.3.10) или ребра 2 (рис.3.8 и рис.3.9) определяется по необходимой длине швов для их крепления к элементам, на которые они передают усилия. Длина шва определяется по минимальной прочности шва R_wm (см. формулы 3.29)

h_r = [2B / (4R_wm × k_f)] + 1 см, (3.65)

При определении h_r необходимо соблюдать условия, предотвращающие пережег тонких листов k_f £ 1,2t_min, разрушение швов из-за неравномерного распределения напряжений h_p £ 85b_f × k_f, требования о минимальном катете шва по условию свариваемости (прилож.8, часть1) и максимальном катете
k_f £ 20мм. Для возможности наложения швов необходимой толщины приходится иногда делать в узле (рис.3.8) толстые вставки равные t_r вместо стенки на длину ребра 2, а в узлах (рис.3.9 и 3.10) пропускать ребра 2 и 3 сквозь стенку швеллера и приваривать эти ребра с внутренней стороны к стенке швеллера, а с внешней - к дополнительным накладкам. Эти накладки как бы утолщает стенку швеллера, к которому они привариваются у полок.

Размеры вертикальных швов крепления ребер 2 рис. 3.8 и рис. 3.10 надо назначить несколько большими на 10-20% для возможности восприятия ими горизонтальных сил, возникающих в ребрах 2 и равных

(3.66)

Прочность вертикальных швов крепление ребер 2 по рис. 3.8 и рис. 3.10 проверяется по формуле

(3.67)

Швы крепления ребер 2 к плитам 5 (рис. 3.8 и рис. 3.10) принимают первоначально по значению по приложению 8 (часть1) и проверяют на прочность от действия горизонтальной силы по формуле

(3.68)

При использовании вставок заменяющих стенку в узле по рис. 3.8, ребра 2 объединяют в единое ребро на всю длину смятия и пропускают между вставками. В этом случае горизонтальная сила в швах не учитывается. В узле по рис. 3.10 траверсы 3 могут оказаться более толстыми по условию (3.71) и они делаются без разрывов, а более тонкие ребра 2 привариваются с двух сторон к траверсам 3.

Вставки, ребра, траверсы, а также элементы, на которые они непосредс­твенно передают усилия (стенки колонн на рис.3.8; 3.9; 3.10 или полки на рис.3.7 и т.п.) должны быть проверены на срез

t = 2B / (h_r t_min) £ R_s, (3.69)

где t_min - меньшая суммарная толщина одновременно срезаемых листов, равная, например, для узла на рис.3.8 меньшему из значений 2t_w или 2t_r для узлов 3.7; 3.9; 3.10 меньшему из значений 2t_r или 4t; здесь t-толщина полки колонны t_f (рис. 3.7) или толщина стенки t ветви колонны по прил. 4,5, часть 1 (рис. 3.9; 3.10).

Если условие (3.69) не выполняется то из него определяют t_min и заменяют на рис. 3.7 стенки вставками или увеличиают h. Для оголовков на рис. 3.9; 3.10, если невозможно обеспечить прочность увеличивая h_r, надо пропустить траверсы 3 в прорезы стенок ветвей и приварить дополнительные накладки к траверсе и ветвям у их полок.

При проверке на срез полок сплошных колонн (рис. 3.7) по необходимости можно учесть долю усилия, воспринимаемую стенкой колонны

N_w = s_c × t_w × h_w где s_c = 2B / A, (3.70)

где t_w и h_w – соответственно толщина и высота стенки колонны;

А – площадь сечения колонны (см. п.4.3.4).

В сквозных колоннах в элементах 2 и 3 (рис. 3.9; 3.10) необходимо учитывать совместное действие среза и изгиба. При этом должно выполняться условие:

, (3.71)

где – определяется по формуле (3.69) при замене в ней на удвоенную толщину элементов 2 или 3;

s – нормальное напряжения от изгиба в элементах 2 или 3. Их можно определить по формуле:

s = M / W = 2B × b × 6 / (4t_r × h²_r) = 3B × b / (t_r × h²_r) , (3.72)

где t_r – толщина ребра 2 или траверсы 3;

b – расстояние между стенками ветвей, можно принять, несколько в запас, его размеру b принятому в п.4.3.5.

Если условие (3.71) не выполняется, то увеличивают высоту или (и) толщину ребра 2 или траверсы 3.

Ребра 4 упрощают стык толстых вставок с тонкими стенками колонн (рис. 3.7; 3.8) при разности их более 4 мм. Если разность не более чем на 4 мм, то ребра 4 можно не ставить. Ребра 4 можно не ставить и при большей разнице толщин. В более толстом листе (вставке) необходимо сделать скосы кромки листа с уклоном 1:5 до толщины стенки колонны и при необходимости выполнить разделку кромок под стыковой шов.

При примыкании главных балок к колонне сбоку (рис. 3.11; 3.12) опорные ребра 3 балок передают реакции В на столики 1 из толстых листов. Минимальная толщина t_st опорного столика принимается на 15 20 мм больше толщины t_o опорного ребра 3 балки (рис. 3.11, 3.12) для компенсации неточностей изготовления и монтажа. При определении размеров шва для крепления столика учитывают не параллельность строганных поверхностей опорного ребра 3 балки и столика 1, увеличивая опорную реакцию на 30 50 %, тогда длина шва крепления столика определится из условия прочности по минимальному расчетному сопротивлению R_wm, которое определяется по формулам (3.29):

_w = 1,5B / (k_f × R_wm.) (3.73)

Катет шва назначают с учетом конструктивных требований (прилож.8. часть 1), а также k_f £ 1,2 × t_min; k_f £ 20 мм.

Для уменьшения концентрации напряжений в швах крепления столика и компенсации непровара и кратера швы заводят на верхнюю грань столика от 1 по 15 мм с каждой стороны. В этом случае мм.

Высота столика _st определяется по наибольшей требуемой длине швов для конструкции столика (рис.3.11)

_st = ( _w – b_st) / 2. (3.74)

Для равномерного распределения напряжений в шве должно соблюдаться условие _st £ 85b_f × k_f. Если это условие выполнить невозможно, столик конструируют с вырезом (рис. 3.12). Высоту столика для конструкции (рис.3.12) приблизительно можно определить по формуле:

_st = [( _w –b_st) / 3]+50 мм. (3.75)

Размещая вырез для швов, проверяют длину шва и уточняют размеры столика, а также проверяют условие .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: