Крепление металлической балки к железобетонной колонне
Балка может быть прикреплена к основанию с помощью жесткой заделки (рис. 4.12, а). Балку, у которой один конец прикреплен жестко к основанию, а другой свободен, называют консолью. Многие строительные конструкции работают как консоли: балконные плиты, козырьки, карнизные плиты и т.д.
Такая опора с геометрической точки зрения характерна тем, что препятствует вертикальному, горизонтальному и угловому перемещениям опорного сечения. С точки зрения статики такая опора характеризуется тем, что дает три реактивных фактора (Ум, КА2, ЯА), причем величины реакций Ум и УА2зависят от глубины заделки /оп. Представим расчетную схему консоли в виде трех опорных стержней — рис. 4.12, б. В каждом опорном стержне возникает по одной реакции: ЯА, Ум, КА2. Однако в расчетах неудобно иметь дело с реакциями Ум и УА2, зависящими от длины заделки, поэтому расчетную схему чаще представляют по рис. 4.12, в, где пара сил Ум и Ук1 заменена моментом Л/А, его называют опорным моментом. Такую опору принято называть жестко защемляющей или жесткой заделкой. За расчетный пролет /„ консоли принимают расстояние от края заделки до свободного конца балки.
Защемление строительных конструкций на опорах во многом определяется глубиной заделки /оп, материалом, в который заделывается балка, и специальными мерами, обеспечивающими крепление (постановка анкеров, сварка, замоноличивание и т.д.). Безусловно, защемление обладает некоторой податливостью, величина этой податливости зависит от ряда причин, которые трудно учесть. Для большинства балочных конструкций, опирающихся на кирпичные стены на глубину 120—250 мм, очень трудно обеспечить полное защемление на опорах. Поэтому при опирании балки без специальных устройств и при небольшой глубине заделки при расчетах защемлением пренебрегают (рис. 4.13, а). Расчетную схему такой балки принимают по рис. 4.13, б.
Здесь были рассмотрены только опоры простых балок, с тех же позиций можно рассмотреть шарнирные и неразрезные балки, уделяя особое внимание конструктивному оформлению шарниров или неразрезности балок, встречающихся в строительной практике.
Еще раз обратим внимание на то, что расчетные схемы должны отражать действительные условия работы сооружений и конструкций с целесообразной точностью.
4.2. Колонны: конструктивные и расчетные схемы
Принципы построения расчетной схемы балки можно перенести и на колонны. Не повторяя правил, приведенных для построения расчетных схем простых балок и консолей, построим их для некоторых конструктивных схем стальных, железобетонных деревянных и кирпичных колонн (стоек, столбов).
Стальные колонны. Простейшие стальные колонны, которые и будут рассматриваться в учебнике, прикрепляются к фундаментам с помощью опорных плит (относительно толстых стальных листов) и анкерных болтов. Они не обеспечивают жесткого защемления внизу и обладают податливостью, поэтому такое закрепление считается шарнирным (рис. 4.14).
При необходимости обеспечить жесткое защемление прикрепления колонны к фундаменту используют более сложную конструкцию траверсы (рис. 4.15). Из рисунка видно, что поворот нижнего сечения колонны или опорной плиты практически исключается.
Балки к колоннам могут прикрепляться как шарнирно, так и жестко. Пример шарнирного соединения балки с колонной показан на рис. 4.16, при таком креплении возможен поворот торцевого сечения. Пример жесткого соединения изображен на рис. 4.17, где балка через опорное ребро передает нагрузку на опорный столик колонны, а жесткое присоединение балки к колонне обеспечивается болтами, которые исключают поворот сечений, т.е. делают узел жестким. При этом следует понимать, что жесткость соединения балки с колонной зависит не от того, опирается она сверху или сбоку, а от способа соединения, обеспечивающего или не обеспечивающего возможность поворота. Опирание балки сверху можно сделать жестким, а примыкание сбоку шарнирным (если убрать часть болтов, оставив их только в нижней части соединения).
Железобетонные колонны. Наиболее распространенные случаи соединения железобетонных колонн с фундаментом приведены на рис.4.18, а. Колонны жестко заделываются в стакане фундамента с помощью монолитного бетона, что дает основание считать нижнюю часть колонны жестко заделанной на уровне обреза фундамента. Это справедливо, если размеры фундамента значительны и не дают возможности повернуться колонне вместе с фундаментом. Если размеры фундамента невелики, а колонна достаточно мощная, то возможен ее поворот вместе с фундаментом, что больше соответствует шарнирной опоре (рис. 4.18, б).
Узел крепления металлической балки к железобетонной колонне при реконструкции здания
Исходные данные: в каркасном (ж/б) здании предыдущими собственниками демонтирован этаж (объединен четвертый и третий), здание первоначально четырехэтажное, хотели сделать концертный зал.
Задача: восстановить этаж.
Решение: металлический каркас, с опиранием на существующие конструкции.
Требуется: мнение по узлу крепления металлической балки к существующей ж/б колонне, опорная реакция 20 т.
Примечания:
1. Демонтирован этаж в средней части здания.
2. В связи с реконструкцией (изм. нагрузок, СНиП 2.01.07-85*), требуется усиление колонн, усиление производится металлической обоймой из уголков.
| --- Обращение ко мне - на "ты". Все, что сказано - личное мнение. |
1. А какое мнение содержится в высказывании №2? На форуме есть только одна похожая тема, но там суть вопроса не раскрыта, одна болтология, я лишь прошу компетентных (если такие имеются) специалистов выразить свое мнение по поводу узла крепления.
2. Какие правила я нарушаю?
А в чем собственно проблема? Узел вполне жизнеспособный, осталось проверить все элементы этого узла на нагрузки и спать спокойно
В том то и проблема, что необходимо мнение, по жизнеспособности, т.к. аналогов таких узлов не встречал, элементы и св. швы рассчитаны с запасом.
1. Есть эксцентриситет (примерно 0,28 м) приложения вертикальной нагрузки - как этот момент влияет на общую схему каркаса?
2. Верхний пояс балки в узле можно доп. закрепить из плоскости рамы.
3. Ребро 240х150х10 можно наверно уменьшить до 60 мм. Там кстати нет сечения-ребра не видны.
4. Ну и все наверно.
Engineer IA, 2008
Ильнур,
1. Негативного влияния не оказывает, т.к. изначально в этом месте был жесткий узел. Колонны не проходят под действующие нагрузки - усиляем металлической обоймой.
2. Из плоскости рамы - второстепенные балки, крепятся шарнирно к главной, сверху монолитное перекрытие с несъемной опалубкой (профлист).
3. Можно, но уменьшается площадка опирания (=поясу двутавра), не принципиально. Ребра видно на Виде А, и на самом узле.
4. Спасибо.
На узле видны две поливинки одного ребра и фрагмент среднего ребра, на Виде А видны только видимые половинки ребер. (А вот невидимую планку видно ). Т.е. не видно половинки среднего ребра. Если она есть, то . см.п.3.
Кулик Алексей aka kpblc, хех. но отсылать всех по всем вопросам в архив тоже смысла по-мойму не имеет. Forrest_Gump написал ответ, когда тема еще не сформировалась, а произошел досадный сбой, в виде отправки на форум не готовой темы. Кроме этого, я думаю здесь не детсад, чтоб не посмотреть предварительно перед размещением темы, что возможно есть похожие темы? А насчет тональности: есть старый анек про пиво, могу в личку бросить, чтоб не флудить. =)
Ильнур, среднее невидимое ребро такого же сечения как и крайние ребра, а видимое ребро имеет размеры 240х150х10 для увеличения площадки опирания 45Б1 на 25Б1, но как сказал это не принципиально.
Another, при монтаже металлической обоймы, она автоматически включается в работу каркаса, а вот как выполнить грамотно монтаж, есть масса литературы по расчету усиления существующих конструкций и указания по монтажу. =)
Offtop: Scooter, Вы не первый, кто сталкивался с проблемой монтажа балок перекрытия на существующие железобетонные колонны. И способы монтажа столиков уже обсуждались. Потому и рекомендовал воспользоваться поиском по форуму.
И не будет включатся автоматически в работу Ваша металлическая обойма из уголков. Это зависит от узлов примыкания обоймы к перекрытиям.
Forrest_Gump, на пальму первенства не претендую =) повторюсь, что читал обсуждение, только там "только" обсуждение (уж прошу простить за тавтологию), я же предлагаю конкретное решение, и готов выслушать конструктивную критику, а не отсылание "куда по-дальше".
Методы монтажа металлических обойм при усилении существующих ж/б колонн описаны в литературе (в т.ч. и узлы примыканий к колоннам; вопрос по опиранию на перекрытия - спорный. не встречал), поэтому этот вопрос не затрагиваю в данной теме (думаю смысла не имеет). В любом случае спасибо за ответ, хоть и не конструктивный.
З.Ы.- есть несколько решений усиления несущих простенков каменных конструкций, разработанных ЦНИИСК, для сейсмоопасных регионов, так вот там узлы оипрания не играют никакой роли =), потому как их там вообще нет, обойма она и есть обойма.
Scooter!
Эксплуатировалось четырхэтажное здание с полным ж/б каркасом.
Вопросы:
- каркас какой серии? поперечный или продольный?
- сколько пролетов и их размер?
- высота этажа?
- Длина здания?
Перекрытие третьего этажа было демонтировано на части здания.
Вопросы:
- на какой части здания?
- колонны, вероятно, не демонтировались?
- средние ригели были демонтированы?
| 2. В связи с реконструкцией (изм. нагрузок, СНиП 2.01.07-85*), требуется усиление колонн, усиление производится металлической обоймой из уголков. |
- почему Вы пришли к такому решению и методу усиления?
Ведь колонна воспринимала и была расчитана на нагрузку третьего, восстанавливаемого этажа!
| . при монтаже металлической обоймы, она автоматически включается в работу каркаса. |
Опорные узлы балки
Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.
При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.
Опирание балки на колонну сверху.
При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:
где F — опорная реакция балки;
Ар — площадь смятия опорного ребра;
Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.
Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.
Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂
Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.
Опирание 2-х балок на колонну сверху.
Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.
Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел. Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).
Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом
В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.
Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.
Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.
Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.
Шарнирное опирание балки на колонну сбоку
При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.
При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.
Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.
Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.
При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.
Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения
Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.
В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).
Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.
Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.
Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения
При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.
Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки
Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки
Читайте также: