Узел соединения колонны и стены
Обновлено: 21.05.2024
Узел соединения колонны и стены
ТИПОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ИЗДЕЛИЯ И УЗЛЫ
Серия 2.440-2
УЗЛЫ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Шарнирные узлы балочных клеток и рамные узлы примыкания ригелей к колоннам
Узлы колонн и подкрановых балок
Узлы тормозных конструкций и вертикальных связей
Узлы крепления коммуникаций
Болтовые соединения на накладках стенок в узлах балочных клеток и примыканий ригелей к колоннам. Материалы для проектирования и рабочие чертежи с программным обеспечением
Болтовые фланцевые рамные соединения балок с колоннами стальных каркасов зданий и сооружений. Материалы для проектирования и рабочие чертежи с программным обеспечением
Соединение ж/б колонны с кирпичной стеной на гибких связях
Доброго времени суток!
Делаю диплом, тема - реконструкция 2-ух этажного жилого дома с надстройкой 2-ух этажей.
Изначально здание с несущими наружными и центральной стеной, с поперечным расположением плит; мне тебуется разгрузить центральную несущую стену, путем устройства внутри здания монолитного ж/б каркаса.
В плоскости центральной несущей стене предусматриваю колонны, может могли бы помочь с узлом соединения колонны со стеной. Соединение на гибких связях..
ну или Еврокод 6 может у кого есть EN 1996-1-1.2005. )
Последний раз редактировалось Паша_88, 18.05.2011 в 15:06 .
А что за размеры кирпичных стен - внутренняя 300, наружная 530? Или стены не из кирпича.
Стены кирпичные, наружные - 510, внутренняя - 380.. Сечение устраиваемых колонн - 300х300
Можно обойтись без связей. Один размер сечения колонн целесообразно уравнять с толщиной стены, т.е., 300х380. Тогда опалубка устанавливается только с двух сторон, а с двух других - опалубкой будет служить сама кирпичная стена, и, поскольку, поверхность штраб под колонну в кирпичной стене будут иметь неровности, то это, плюс адгезия бетона и будут надежно соединять кирпичную стену с колонной. Только, конечно, нужно применять виброуплотнение бетона, согласно технологии укладки.
А гибкие связи целесообразней применять при выполнении кирпичной кладки. Тогда их просто укладывают в швы кладки и крепят к колонне.
без связей обойтись нельзя, т.к. это задание руководителя )
Гибкие связи в сущ. стену нужно засвердливать в торцы кирпичных штроб, но там не совсем удобно, так как дрель может не поместиться (или увеличивать ширину штробы для удобства сверления и установки). Если этот вариант пройдет, то с двух сторон колонны заведи по два стержня в кладку, скажем, d12A400C (A-III) на глубину 120 мм. Итого в одном сечении колонны будет 4 стержня. И шаг по высоте 500-600 мм. Отверстие сверлить диаметром 10 мм и стержень плотно ввойдет в кладку, не надо даже хим. растворов, тем более, что работает на срез.
Вот и все.
Еще можно двумя пластинами. С двух сторон кладки поставить две пластины, скажем 50х6, длина по месту, так чтобы зайти за грань штробы на 100-120 мм. И эти пластины объединяются (стягиваются) двумя болтами, там где проходит колонна. По высоте шаг тоже 500-600. Но этот случай опять же для колонны 300х380.
Все узлы каркасного дома
В данной статье мы хотим представить вашему вниманию уникальные узлы каркасного дома, разработанные по технологии KarkasDom и классические по технологии "Платформа". Наш богатый опыт и знания в области каркасного домостроения мы применяем не только в проектировании и строительстве качественных каркасных домов, но и в популяризации технологии правильного и качественного строительства каркасных домов в России. Внимательно изучая технологии и нормы каркасного домостроения различных стран, мы улучшаем технологию, разрабатывая уникальные узлы каркасного дома по собственной технологии, лишенные недостатков своих предшественников. Разработка основана на тщательных инженерных расчетах и тестах, и производится специалистами KarkasDom - инженерами и проектировщиками.
Узел: перекрытие первого этажа
Самый первый узел, о котором пойдет речь - это пол. Узел: Перекрытие первого этажа над холодным подполом. Чистовой пол в данной конструкции, может быть выполнен как из доски через вентзазор, так и из любого другого покрытия, также через вентзазор. Монтируется чистовое покрытие пола по контробрешетке, через вентзазор 25-30 мм.
В качестве утеплителя пола используется минеральная каменная вата базальтовых пород. Толщина утеплителя может варьироваться от 150 до 300мм, в зависимости от проекта и пожеланий заказчика. Пароизоляция крепится внутри помещения, по лагам с заходам на стены на 20-30см, сплошным слоем с герметизацией швов. С наружной стороны дома к лагам монтируется ветрозащита и обрешетка, на сваях - сплошным настилом, при ленте можно с небольшим просветом.
Узел: перекрытие первого этажа и стены первого этажа
Теперь рассмотрим второй узел каркасного дома. Соединение пола и стен первого этажа рис. 2 выполняется таким образом, что предотвращается образование, так называемых "мостиков холода" от лобовой доски. С внешней стороны стены, к стойкам каркаса крепится ОСБ с небольшими зазорами между листами, оставляя расстояние для смещения листов при изменении влажности на улице. ОСБ крепится на винтовые гвозди 60 мм. Между стоек каркаса закладывается враспор утеплитель - минеральная вата, толщиной, предусмотренной проектом. Дополнительный слой утеплителя (если это предусмотрено проектом) укладывается по контробрешетке. Между основным и дополнительным слоем, по стойкам каркаса стены крепится пароизоляция. Такое расположение пароизоляции помогает избежать выпадения конденсата внутри каркасной стены и перекрывает мостики холода.
Пароизоляция стен выполняется с дополнительной проклейкой стыков паро-гидроизоляционной пленки специализированным скотчем. Далее, на контробрешетку монтируются листы влагостойкого ГКЛ, которые выполняют роль предчистовой внутренней отделки. В вентзазор - пространство между ГКЛ и стойками, прокладываются электрокабели, трубы и другие коммуникации. Устройство пола первого этажа мы рассмотрели выше. На первой схеме, приведен узел, по уникальной технологии KarkasDom, на второй схеме - по классической технологии "Платформа" рис. 2.1, её недостаток в том, что на улице находится ладовая доска, и обвязка стены стоит на лагах, что является мостиком холода без дополнительного фасадного утепления. В северных регионах такая технология не очень эффективна ввиду возможного промерзания перекрытия в этих местах - за шкафами и под кроватями в доме.
Узел: перекрытие второго этажа и стен первого-второго этажа
Третий узел - это перекрытие второго этажа и стен первого-второго этажа. Подробное описание конструктива стен и пола было приведено в описании предыдущих узлов, поэтому не будем повторяться. Подробнее остановимся лишь на устройстве межэтажного перекрытия. Как видно на рисунке ниже, межэтажные лаги рис. 3 опираются на обвязку стены второго этажа. Между лагами враспор укладывается утеплитель, который с обеих сторон защищен пароизоляцией. Снизу к лагам монтируется обрешетка, а затем к ней крепятся листы ГКЛ, которые служат потолком первого этажа. Сверху к лагам, поверх пароизоляции, выпущенной со стен, происходит монтаж пола второго этажа.
Соединение элементов каркаса - перекрытия и стен, выполняется по уникальной, разработанной KarkasDom технологии, гарантирующей максимальное сохранение тепла и отсутствие мостиков холода. На первой схеме, вы видите данный узел, выполненный по технологии KarkasDom, на второй схеме рис. 3.1 узел выполнен по классической технологии "Платформа", его недостатки описаны выше.
Узел: стена мансарды с утепленной крышей
И, последний узел, который мы рассмотрим - стена мансарды с утепленной крышей. Данный узел, также, явлется уникальным и разработан KarkasDom. До укладки стропил на свои места, согласно проекту, все стены под стропилами обшиваются панелями ОСБ, в них делаются запилы, в которые и устанавливаются стропила. Данный метод, опять же, убирает мостики холода, так как не надо вкладывать доски между стропил, чтобы закрыть вату снизу от её выноса птицами и от выдувания тепла и продувания. Далее, как писали выше, стропила по класической технологии врезаются в верхнюю обвязку, обеспечивая надежное соединение и упор. С наружной стороны на стропила укладывается ветрозащита и закрепляется контробрешеткой. Затем, перпендикулярно контробрешетке и стропилам, монтируется обрешетка, которая является основанием для крепления кровельного покрытия. Внутри, между стропил враспор укладывается утеплитель - минеральная базальтовая вата, далее следует пароизоляция и обрешетка, на которую производится монтаж влагостойкого ГКЛ, служащего предчистовой внутренней отделкой.
Данная технология сбора каркасных стен и перекрытия, как на рис. 2 и 3, была переработа и улучшена со скандинавской balloon. Технология или строительство по тетехнологии balloon, как раз использует метод установки лаг на обвязку стен первого этажа, а стены второго висят на ригиле, впиленном в неразрезную стойку высотой 5-6м. Понятно, что дом строить из таких стоек очень опасно и тяжело, потому мы стены сделали составными, упростив сборку, но тем самым ещё и усилили каркас.
Технология пекрёстного утепления была взята от Парок, производителя базальтовой ваты в скандинавии, техкарта KSm01. А также, с сайта Технониколь (для справки, по утеплению крыши они продают больше всех материалов в РФ) и у них это более 7 лет рекомендуется.
Как соединять рабочую арматуру, чтобы колонны и ригели не разрушались
Всем добра! Канал « Строим Дом с Умом » приветствует своих подписчиков и тех, кто впервые его читает! Подписывайтесь и Вас ждут интересные статьи на любые темы, касающиеся частного домостроения, ремонта и жизни на своей земле. А какие тут диспуты кипят под самыми остросюжетными темами - скучно не будет! И сегодня у нас одна из таких вот статей - соединение продольной арматуры в монолитных колоннах - как делать правильно и какие ошибки допускают даже организации-застройщики.
Итак, почему именно колонны? Дело в том, что размеры частных домов редко превышают по длине и ширине 11,7м (стандартная гарантированная длина арматурных стержней), а следовательно стыковка рабочей арматуры в фундаментах, армопоясах и прочих конструкциях, где она располагается горизонтально, скорее всего не понадобится. Да, на углах, на торцах делаются усиления с перехлестом стержней и об этом мы поговорим отдельно в следующей статье. Но если у Вас есть вертикальные монолитные элементы (стены или колонны), то тут решающее слово не за длиной арматуры, а за технологией производства работ.
Рис. 1. Так стыковал стержни я. Почему именно так и что это за технология - ниже по тексту. Рис. 1. Так стыковал стержни я. Почему именно так и что это за технология - ниже по тексту.Так как в частном домостроении монолитные стены крайне редки (дорого, долго, нет смысла), рассмотрим именно колонны. Дело в том, что арматура не устанавливается в колоннах сразу на всю их высоту на сколько хватает длины стержней. Нет, из фундамента делают выпуски, которые потом при строительстве 1-го этажа наращивают. Есть правила относительно выпусков (первые два универсальные, вторые два - если стыковка будет производиться внахлест ):
- внутри тела фундамента они должны надёжно анкериться, поэтому предпочтительно их делать в виде перевернутой буквы «П» (одна «П» - два выпуска)
- выпуски должны быть вразбежку (на разной высотной отметке с «близторчащим» выпуском, оптимальная разница около 600мм).
- высотная отметка меньшего выпуска должна быть хотя бы на 400мм (для арматуры ф12-14мм) и 500мм (для ф16мм) возвышаться над телом фундамента.
- арматурные выпуски («ножки» буквы «П») должны быть изогнуты так, чтобы присоединяемая в колонне арматура как бы была в одной оси с той, что в фундаменте. При этом изогнутая часть должна смотреть внутрь колонны, а изгибать выпуски нужно до бетонирования фундамента (чтобы не повредить тело бетона).
Для наглядности все вышеописанное я попытался изобразить ниже:
Рис. 2. Фиолетовым - фрагмент фундамента, думаю, тут все понятно. Красная арматура - это выпуски, перевернутая «П» (2 шт), она как бы цепляется за синюю арматуру (нижняя рабочая арматура фундамента), белыми овалами условно показано, где арматура входит из фундамента, зелёные линии - продольная арматура колонн, стыкуемая с выпусками, даны отметки верха стержней выпусков (за 0.000 взята отметка верха тела фундамента). Надо ли говорить, что эти же правила справедливы, если у Вас два и более этажей - после плит перекрытия действия аналогичны (хотя в случае мансарды или двух этажей можно заморочиться и после фундамента соединить сразу куски на всю высоту колонны). Рис. 2. Фиолетовым - фрагмент фундамента, думаю, тут все понятно. Красная арматура - это выпуски, перевернутая «П» (2 шт), она как бы цепляется за синюю арматуру (нижняя рабочая арматура фундамента), белыми овалами условно показано, где арматура входит из фундамента, зелёные линии - продольная арматура колонн, стыкуемая с выпусками, даны отметки верха стержней выпусков (за 0.000 взята отметка верха тела фундамента). Надо ли говорить, что эти же правила справедливы, если у Вас два и более этажей - после плит перекрытия действия аналогичны (хотя в случае мансарды или двух этажей можно заморочиться и после фундамента соединить сразу куски на всю высоту колонны).Разбираем, почему так. Существует три способа стыковки рабочих арматурных стержней - внахлест, методом ванной сварки (встык), методом МСА (механическое соединение арматуры, кстати, тоже встык). Разберём каждый подробнее:
1. Внахлест.
Самый популярный в малоэтажном строительстве способ. Просто два стержня прикладывают друг к другу и связывают проволокой (варить не стоит в данном случае). Перехлест должен быть не менее чем 400-500мм в зависимости от диаметра (как было сказано выше), но я бы рекомендовал 600-800мм. Чтобы сохранить параметры защитного слоя изгиб выпусков делают именно вовнутрь колонны. Иногда на стыкуемых стержнях делают дугообразный крючок для лучшей анкеровки в теле бетона, но как по мне, это уже перебор - лучше нахлест сделать побольше. Разбежка в высоте стыковки (около 600мм) между соседними стержнями делается для того, чтобы все стыки не попадали в одну плоскость - это значительно повышает надёжность конструкции.
Плюсы технологии: быстро, не требуется дополнительных материалов и особых навыков.
Минусы технологии: нужно делать сложные изгибы на выпусках, повышенный расход арматуры, нужно особо тщательно уплотнять бетон в месте стыковки (все таки арматуры не мало), наименьшие эксплуатационные характеристики (передача усилия через бетон) по сравнению с двумя последующими способами (хотя для частного домостроения использовать можно, кроме сейсмоопасных зон - там вообще этот способ не катит).
2. Ванная сварка.
Раньше применялась повсеместно на больших серьёзных стройках, сейчас потихоньку вытесняется МСА. Получила своё название от банального сантехнического прибора. Дело в том, что два стержня (никаких изгибов) свариваются друг с другом в «корытце» из листовой низкоуглеродистой стали (про многоразовые «ванночки» говорить не будем). «Ванночки» изготавливают под различные диаметры стыкуемой арматуры, они прихватываются к стержням в месте стыковки так, чтобы между стержнями было 5-6мм (конец верхнего стержня обрезается под углом, чтобы был лучший доступ), и это пространство тщательно обваривается. «Ванночка» ставится своим дном внутрь колонны (защитный слой + удобство сварочных работ) и служит как бы ёмкостью, препятствующей растеканию расплавленной стали. Арматура должна быть класса А500С. Я соединял у себя этим способом ( внимательно смотрите Рис.1 ), рука не поднялась нахлестываться. Плюсы для меня перевесили минус, а именно:
Плюсы технологии: прочно-надёжно, экономия арматуры за счёт отсутствия нахлестов, ничего не надо гнуть, допускается в сейсмически опасных зонах.
Минусы технологии: нужен рукастый сварщик - это же не мангал сварить. Ну и ванночки с электродами денег стоят.ис. 3. слева - сами ванночки, справа - в процессе ванной сварки (Источник - Яндекс.Картинки)
Сопряжение плита-колонна
При моделировании стыка плита-колонна в безригельном каркасе следует учитывать количество степеней свободы в узле элемента. Так, стержневой КЭ 10 имеет 6 степеней свободы в узле (X, Y, Z, uX, uY, uZ). Элемент оболочка имеет 5 степеней свободы в узле (X, Y, Z, uX, uY).
Изгибающий момент в стержне вне зависимости от размеров сетки, передается на плиту как момент, сосредоточенный в узле сетки (сосредоточенность момента вытекает из одномерности стержневого элемента). С другой стороны, плита под действием сосредоточенного изгибающего момента получает бесконечный угол поворота в плоскости действия момента в месте его приложения, а точнее, в выражении для угла поворота возникает особенность логарифмического типа. Таким образом, плита не оказывает сопротивления на сосредоточенный поворот, а значит, и не защемляет элементов каркаса.А.В.Перельмутер, В.И.Сливкер «РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ СООРУЖЕНИЙ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ АНАЛИЗА»
Таким образом, сгущение сетки КЭ плиты вокруг колонны приводит к снижению изгибающего момента в колонне
Для того, чтобы корректно описать узел сопряжения плиты перекрытия и колонны, следует рассмотреть конструктивное решение в месте примыкания колонны.
Элементы плиты, попадающие в поперечное сечение колонны, могут рассматриваться как абсолютно жесткое тело, не меняющее своих размеров при любых изменениях сетки КЭ плиты.
Этого можно добиться следующим путем:
а) моделирование колонны объемными конечными элементами;
б) моделирование колонны стержнем и введение фиктивных элементов большой жесткости по контуру колонны;
в) моделирование колонны стержнем с использованием АЖТ (абсолютно жесткого тела) по размеру поперечного сечения колонны.
Как видно по рис. ниже изгибающий момент в плите одинаков (близок) для всех вариантов
А изгибающий момент в колонне не зависит от крупности КЭ плиты
Создание АЖТ выполняется при помощи отметки на схеме соответствующих узлов и присвоения одному из них статуса ведущего узла
Настройки для моделирования совместной работы стены и колонны
В программном комплексе САПФИР создаётся объёмная модель здания. После создания объёмной модели, следует этап создания расчётной модели.
В расчётной модели объёмные элементы отдельных конструкций (колонн, стен, плит) должны быть заменены соответствующими конечно-элементными моделями. Колонна или балка заменяется стержнем конечной жёсткости, ось которого проходит через центр тяжести сечения. Плита или стена заменяется пластиной, проходящей через срединную плоскость.
В составе всего здания, отдельные конструкции формируют пространственную несущую систему, в которой они должны соединяться шарнирно или жёстко.
Одним из самых сложных узлов соединений отдельных конструкций, является соединение колонны с монолитной стеной. При монолитном соединении колонны со стеной, соединение отдельных узлов конечных элементов стен и колонн должно быть жёстким.
Если в физической модели центр тяжести колонны и срединная плоскость стены не лежат в одной плоскости, то возможности программы САПФИР позволяют обеспечить совместную работу колонны и стены, за счёт объединения в АЖТ узлов колонны и стены. Для создания АЖТ, модели колонны и стены должны иметь правильные настройки, а также должны быть между собой «пересечены».
Алгоритм действий при моделирования совместной работы колонны и стены:
1 Создать модель колонны и стены в САПФИР;
2 В настройках колонны и стены, установить параметры аналитической модели: Пересекать Осевые и объёмы;
3 Настроить радиус поиска пересечений в элементах так, чтобы сумма радиусов пересечений был равен расстоянию между осью стержня и срединной плоскостью стены;
4 Создать расчётную модель в САПФИР, нажать «Пересечь». Проекция стержня на плоскость стены свидетельствует о пересечении объектов;
5 Выполнить триангуляцию. После триангуляции стержни, пересеченные с пластинами будут разбиты узлами и объединены с узлами пластины АЖТ;
6 Экспортировать в ЛИРА-САПР. В АЖТ объединены пары узлов, находящихся на одном уровне;
Основные узлы каркасов многоэтажных зданий
Чтобы увеличить жесткость фланца, следует размещать болты на минимально возможном расстоянии b0 и принимать толщину фланца не менее b0/6.
Более трудоемкие на монтаже сварные стыки (рис. 21.9) следует применять в случаях, когда болтовой стык становится конструктивно неприемлемым из-за чрезмерного числа болтов. Болты и коротыши из уголков в сварном стыке служат только для временного закрепления колонны перед сваркой и после ее выполнения могут быть при необходимости удалены. Сварные швы стыка следует проверить на прочность в растянутой зоне.
На рис. 21.10 показаны некоторые примеры решения стыков колонны в месте изменения ее сечения. Для уменьшения числа перемен сечения по длине колонны можно использовать стали разных классов прочности.
Базы колонн
В каркасах многоэтажных зданий применяют, как правило, базы для безвыверочного монтажа колонн. Плита базы изготовляется как отдельный отправочный элемент с фрезерованной или строганой верхней плоскостью, заранее устанавливается на фундамент по разбивочным осям, выверяется с помощью установочных болтов по отметке и уклонам, подливается цементным раствором или бетоном на мелком гравии. Колонна с фрезерованным торцом устанавливается в проектное положение по рискам и закрепляется анкерными болтами.
Если изгибающие моменты относительно малы, то анкерные болты не работают или испытывают небольшие растягивающие усилия и ставятся по конструктивным соображениям (рис. 21.11), а их прикрепление к колонне осуществляется так же, как и в стыках, через ребро жесткости или коротыши из уголков. В некоторых случаях анкерные болты закрепляют непосредственно за плиту, а колонна соединяется с плитой монтажной сваркой.
Если требуемые по расчету толщина и ширина плиты больше размеров поставляемых слябов, переходят к ступенчатой плите, что требует обработки двух дополнительных плоскостей и обварки верхнего сляба по контуру. Расчет таких плит, включая расчет соединительных швов, разработан недостаточно. Чтобы сократить размеры плиты в плане и, следовательно, уменьшить ее консольные свесы и требуемую толщину, целесообразно применять для подливки плиты растворы и бетоны высоких марок (М250—M400) и предусматривать при необходимости косвенное армирование верхнего слоя фундамента сетками.
При значительных изгибающих моментах возможны решения базы по рис. 21.12. Если при относительно небольшом плече (схемы а, б) анкерные болты имеют приемлемый диаметр (не более 42 мм), то их размещают в пределах плиты, предусматривая в ней отверстия на 20—25 мм больше диаметра болтов. В противном случае анкерные болты целесообразно вынести за пределы плиты с помощью траверс (схема в), которые одновременно улучшают работу плиты на изгиб. При опирании колонны на плиту через фланец (схема б) его толщину следует принимать не менее 40 мм, тогда степень защемления базы колонны будет не ниже, чем в базе с траверсами, где возможен некоторый ее поворот от момента вследствие изгиба анкерных плиток и деформаций растяжения более длинных анкерных болтов. Хорошая затяжка анкерных болтов позволяет исключить случайный сдвиг колонны по плите (в стадии эксплуатации ему препятствует трение, обусловленное действием больших сжимающих продольных сил), поэтому монтажный сварной шов по контуру торца колонны, траверс, фланца не нужен, в крайнем случае можно ограничиться короткими швами-прихватками.
Очертание плиты в плане зависит от соотношения продольной силы и изгибающих моментов. Чаще всего плиту делают квадратной и только при решающем влиянии одного из моментов плиту развивают в плоскости его действия, используя при этом и траверсы, так как в противном случае резко увеличиваются консольные свесы плиты и ее толщина. Оптимальная по расходу стали компоновка базы при обычно применяемых методах ее расчета может быть выявлена аналитически.
Прикрепление балок к колоннам
Тип прикрепления определяется выбором конструктивной системы каркаса. Связевым системам соответствует свободное (шарнирное) прикрепление, рамным — жесткое, рамно-связевым — гибкое (полужесткое) или сочетание прикреплений различных типов.
Примеры конструктивных решений свободного прикрепления балок к колонне двутаврового сечения показаны на рис. 21.13. Аналогичные решения можно применить и для колонн с дугими типами сечений. Свободное прикрепление на болтах нормальной точности, сравнительно с дугими 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.
В узле а вертикальное ребро и швы, прикрепляющие его к колонне, следует рассчитывать на силу Q, момент Qe, силу N.
В узле 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 k\ от обушка), можно принять распределение контактных напряжений по треугольной
При опорных давлениях более 120—150 кН используются варианты столика с подкреплением вертикальным ребром, для которых также принимается треугольная эпюра контактных напряжений. Прикрепление столика к колонне при любом варианте следует проверить на силу Q и момент Q(b - 1/3c0). Болты, соединяющие стенку балки с колонной через промежуточный уголок или ребро, рассчитывают на продольную силу.
Свободное прикрепление балки через опорное ребро фланцевого типа (рис. 21.13, в) несколько сложнее в монтаже, особенно для балок, примыкающих к стенке колонны и соединяемых через нее общими болтами. При таком прикреплении балки нужно изготовлять с минусовым допуском и проверять достаточность монтажного зазора для балок, примыкающих к стенке, поскольку они заводятся между колоннами в наклонном положении и должны быть развернуты без заклинивания при установке на столики. Преимуществом прикрепления через опорное ребро является более четкая передача значительных опорных давлений.
На рис. 21.14 показаны возможные решения свободного прикрепления балок к железобетонным диафрагмам и стволам жесткости. Для передачи усилий с балки на бетон используются закладные изделия в виде ребер, столиков, плоских листов, заанкеренных с помощью уголков, болтов или арматурных стержней. Если по условиям монтажа (например, методом подъема перекрытий) диафрагма или ствол не должны иметь выступающих деталей, то используется решение по схемам рис. 21.14, в, предусматривающее возможность последующего соединения деталей узла с закладным листом болтами или монтажной сваркой. Поскольку железобетонные диафрагмы и стволы возводятся с менее жесткими допусками, чем стальные конструкции, в узлах прикрепления следует использовать овальные отверстия, монтажные прокладки, допускающие подвижку балок перпендикулярно и параллельно поверхности диафрагмы (стенки ствола) для приведения их в проектное положение.
На рис. 21.15 показаны примеры жесткого прикрепления балок к колоннам двутаврового сечения на болтах: а—г — к полке колонны, д, е— к стенке колонны, ж — с выносным стыком. В прикреплении с выносным стыком ответственные швы соединения ригеля с колонной выполняются на заводе, а усилия в стыке намного меньше действующих у грани колонны, однако изготовление колонн с консолями в одной или двух плоскостях усложняется и снижается степень загрузки транспорта при их перевозке. Прикрепления г, ж можно использовать для колонн с любым типом сечения, прикрепления а—в — для колонн закрытого (коробчатого) сечения при условии, что отверстия для монтажных болтов будут сделаны в элементах стержня до его сборки и около каждого отверстия будет приварена гайка со стороны внутренней полости колонны.
Основные усилия для расчета жесткого прикрепления — поперечная сила Q и изгибающий момент M в опорном сечении ригеля рамной системы. Продольные силы N в ригелях невелики и обычно не учитываются.
Чтобы исключить относительные сдвиги по плоскостям прилегания деталей и обусловленный этим взаимный поворот ригеля и колонны, в прикреплении применяют высокопрочные болты, кроме соединений фланцев с колонной, в которых для восприятия растягивающих усилий можно использовать и невысокопрочные болты нормальной точности с закреплением гаек от развинчивания.
Для передачи поперечной силы с балки на колонну служат столики, вертикальные ребра, для передачи изгибающего момента — фланцы, горизонтальные накладки (рыбки), отрезки широкополочных тавров, стенка которых служит горизонтальной накладкой, а полка — фланцем.
В прикреплении а сварные швы столика рассчитывают на силу Q общепринятым приемом, растягивающее усилие в наиболее напряженном крайнем ряду болтов определяют по моменту M в обычном предположении жесткого поворота всего соединения относительно оси противоположного крайнего ряда болтов, фланец рассчитывают на изгиб. Из рассмотрения возможных схем предельного равновесия изгибаемого фланца требуемая его толщина приближенно равна:
Кроме того, необходимо проверить прочность стыкового шва в соединении полки балки (или горизонтальной накладки) с колонной, учитывая снижение его расчетной длины до значения Z ввиду податливости полки колонны
На рис. 21.17 приведены примеры жестких прикреплений балок к колоннам на монтажной сварке. Выносной стык (рис. 21.15, ж) также может быть выполнен на монтажной сварке, что было осуществлено в каркасе высотного здания на Котельнической набережной в Москве. Такие прикрепления по сравнению с болтовыми более трудоемки на монтаже, требуют строгого соблюдения начальных зазоров в швах, полного и высококачественного провара швов, особенно стыковых, работающих на растяжение. Кроме того, трудности организационного и технического обеспечения монтажной сварки могут сказаться на темпах монтажа.
Прикрепление по рис. 21.17, а имеет минимальное число сварных швов и дополнительных деталей, но предъявляет повышенные требования к точности изготовления и монтажа конструкций. Кроме того, если сечение балки подобрано по опорному моменту, растянутая полка балки и стыковой шов должны быть равнопрочными, что требует тщательного выполнения, обработки и контроля шва или местного уширения полки для увеличения длины стыкового шва. Поэтому такое решение применяется редко.
Другие решения сварных узлов, с промежуточными деталями, лучше приспособлены к условиям монтажа в отношении возможной компенсации отклонений от проектных размеров, однако в них существенно возрастает объем наплавленного металла. В узле на рис. 21.17, в особенно много промежуточных деталей и сварных швов, и усилия с полок балки на колонну передаются последовательно через три различных шва.
Расчет соединений, ребер, накладок, проверка стенки колонны выполняются в сварных узлах по усилиям, определяемым так же, как и для жестких прикреплений на болтах.
Исследования показали, что эти узлы обладают высокой жесткостью и несущей способностью и обеспечивают возможность расчета рамных систем в упругопластической стадии. Податливость узлов, особенно при кососимметричном нагружении опорными моментами, в значительной мере определяется сдвиговыми деформациями стенки колонны. Укрепление стенки повышает жесткость узла в целом, но увеличивает вероятность разрушения растянутых стыковых швов в прикреплении полок балки (или горизонтальных накладок) к колонне.
Гибкое прикрепление балок к колоннам (рис. 21.18.), характерное для рамно-связевых систем, может быть образовано из свободного прикрепления (рис. 21.13, а) с использованием более жестких соединений — высокопрочных болтов и монтажной сварки, а также из жесткого прикрепления (рис. 21.15, а, б) с заменой соединений на более гибкие — фланцы уменьшенной толщины, гибкие уголки, тонкие горизонтальные накладки. Последнее решение часто применяется в рамно-связевых железобетонных или смешанных каркасах. Для элементов гибких прикреплений допускается, как правило, работа в упругопластической стадии, поэтому их следует выполнять из сталей классов С38/23—С46/33 с четко выраженной площадкой текучести.
Узлы а и б на рис. 21.18 достаточно надежны при статической нагрузке и обеспечивают приемлемую податливость вследствие деформаций вертикального ребра и стенки. Податливость узлов и их сопротивляемость повторным нагрузкам повышаются при замене вертикального ребра парными уголками, соединяемыми с колонной болтами или вертикальными сварными швами по перу уголков; характер деформации такого прикрепления в растянутой зоне балки показан в нижней части рис. 21.18, б. Достаточно хорошими свойствами обладают и узлы в—д.
Для расчета гибкого прикрепления нужно знать предельный пластический момент Мпл, характеризующий несущую способность узла. Эта величина зависит от многих трудно учитываемых факторов (сложные условия деформирования фланцев, гибких уголков и других деталей, неопределенность предела текучести стали), поэтому ее оценивают приближенно, с упрощенными предпосылками.
Для узлов а, б с вертикальными ребрами, толщина которых не менее толщины стенки балки, пластический момент узла принимается как для части стенки высотой hp,
Значениям kmin и kmax соответствуют для каждого узла два значения пластического момента; Мпл min, Мпл max. При расчете соединений и деталей узлов, а также балок и колонн рамно-связевой системы выбирается то значение пластического момента, которое для рассматриваемого случая более неблагоприятно (для узлов, как правило, максимальное значение). Так, в узлах а, б шов А и сечение ребра рассчитывают на совместное действие силы Q и момента Qe+Mпл max, высокопрочные болты и шов Б — на силу Q и момент Mпл max. В узле в шов В, прикрепляющий опорное ребро к стенке балки, проверяют на силу Q и пластический момент фланца Mпл max, в узлах г, д болты и швы, передающие усилия с полок балки на колонну, рассчитывают на усилие Mпл max/h. Если продольные силы в ригелях рамно-связевой системы значительны, их также следует учесть.
Обычно гибкие прикрепления проектируют таким образом, что значение Mпл max составляет 1/10—1/5 часть момента, воспринимаемого сечением балки. Это дает возможность при надлежащей расчетной проверке воспринять ветровые нагрузки на стадии монтажа, если крановая сборка колонн и балок опережает на 3—5 этажей уровень замоноличивания перекрытий и бетонирования ствола жесткости. Что касается стадии эксплуатации, то при работе балки только на вертикальные нагрузки от перекрытия в ее опорных сечениях возникают шарниры пластичности. Если к системе прикладывается и ветровая нагрузка, то шарниры пластичности, в которых угол поворота от ветра и вертикальной нагрузки совпадает, сохраняют момент неизменным и в восприятии ветровой нагрузки не участвуют; остальные шарниры пластичности включаются в работу на ветер до тех пор, пока действует закон их упругой разгрузки, и способны воспринять момент, равный примерно удвоенному пластическому моменту узла прикрепления. С точки зрения работы на знакопеременные моменты узлы по рис: 21.18, а, б менее предпочтительны, a узел г обладает той особенностью, что при моментах другого знака верхний уголок упирается в колонну и предельное сопротивление узла будет зависеть от несущей способности болтов при сдвигающих усилиях.
Прикрепление раскосов вертикальных связей к колоннам и балкам
Стальные плоские и пространственные фермы вертикальных связей применяются в связевых и рамно-связевых системах и образуются из колонн, балок (служащих стойками или распорками фермы) и раскосов. Раскосы прикрепляют, как правило, через промежуточные детали — фасонки; прикрепление конструируется по типу узлов легких или тяжелых ферм, в зависимости от принятых сечений и действующих усилий.
Иногда используются фланцевые прикрепления.
Если при значениях усилий, действующих в связевой ферме, удается реализовать свободное или гибкое прикрепление балок к колоннам, то фасонки для раскосов следует соединять только с колонной (рис. 21.19, а) или только с балкой (смотря по тому, что конструктивно удобнее), чтобы не стеснять свободы поворота балки относительно колонны. В отдельных случаях, например, в узлах по типу рис. 21.13, б, 21.18, д прикрепление фасонки удачно совмещается с опорным столиком при условии, что раскос подходит к узлу снизу, рис. 21.19, б.
Если балки, входящие в связевую ферму, испытывают большие продольные силы и их прикрепление к колоннам проектируется жестким, фасонки для раскосов в большинстве случаев можно размещать по схеме рис. 21.19, б, независимо от того, подходит раскос к узлу снизу или сверху.
Для болтовых соединений раскосов с фасонками следует применять высокопрочные болты, чтобы исключить сдвиги в соединениях, которые могли бы привести к резкому увеличению горизонтальных перемещений связевой фермы от ветровой нагрузки. Для приспособления к условиям недостаточно точного изготовления и монтажа применяют овальные отверстия, круглые отверстия с увеличенным (на 5—6 мм) диаметром, или прикрепление фасонок к колоннам и балкам также делают болтовым. По тем же соображениям в узлах с монтажной сваркой ее используют как в соединении раскоса с фасонкой, так и в соединении фасонки с колонной, балкой, что, однако, существенно повышает трудоемкость выполнения узлов.
Прикрепление раскосов рассчитывают на возникающие в них продольные силы от горизонтальных и вертикальных нагрузок. Эти же силы в соответствии со схемой их приложения должны быть учтены и при расчете прикрепления балок к колоннам.
Читайте также: