Узел опирания стойки на фундамент

Обновлено: 12.05.2024

При опирании деревянных стоек на фундаменты или кирпичные стены необходимо устройство изоляции между стойкой и фундаментом (стеной). Нижняя часть деревянной стойки антисептируется.

Крепление к фундаментам осуществляется при помощи анкеров из полосовой стали. При сопряжении с деревянными элементами крепление выполняется штырями или на шипах (см. рис. 5.13) и дополнительно стойку крепят скобами.

Иногда более рационально вместо стоек сплошного сечения проектировать деревянные стойки (колонны) составного сечения (см. рис. 5.14, 5.16). В этом случае уменьшается гибкость элементов и можно повысить несущую способность колонн за счет соединения нескольких досок, брусьев или бревен.

В практике проектирования деревянных конструкций встречаются следующие типы составных сжатых стержней: стержни-пакеты, составленные из нескольких элементов, непосредственно примыкающих друг к другу по всей длине (см. рис. 5,14, а); стержни с короткими прокладками (см. рис. 5.14, б) решетчатые стержни (см. рис. 5.14, в).

Для стержней составного сечения гибкость определяется с учетом податливости соединений (приведенная гибкость). Для составного стержня из пакета досок, при расстоянии между болтами вдоль элемента не более семи толщин одной доски, приведенную гибкость определяют по формуле

где X — гибкость всего стержня относительно оси у—у, а_у — коэффициент, учитывающий податливость соединений.

где b и h — ширина и высота поперечного сечения элемента, см; /₀ — расчетная длина элемента, м; к_с — коэффициент податливости соединений, принимается по табл. 12 СНиП Н-25-80; п_ш — расчетное количество швов в сечении элемента; п_с — расчетное число срезов связей в одном шве на 1 метр элемента.

Податливость соединений уменьшает несущую способность стержней. При соединениях, выполненных на клеях, податливость отсутствует.

Рис. 5.16. Составная стойка на болтах: 1 — ветви стойки; 2 — болты;

Вычисление усилий в стойках производят с учетом приложенных к стойке нагрузок.

Средние стойки каркаса здания работают и рассчитываются как центрально сжатые элементы на действие наибольшего сжимающего усилия N от собственного веса всех конструкций покрытия (G) и снеговой нагрузки и снеговой нагрузки (Рсн).

Рисунок 8 – Нагрузки на среднюю стойку

Расчет центрально сжатых средних стоек производят:

где - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

- площадь нетто поперечного сечения элемента;

б) на устойчивость

где – коэффициент продольного изгиба;

– расчетная площадь поперечного сечения элемента;

Нагрузки собираются с площади покрытия по плану, приходящейся на одну среднюю стойку ( ).

Рисунок 9 – Грузовые площади средней и крайней колонн

Крайняя стойка находится под действием продольных по отношению к оси стойки нагрузок (G и Рсн), которые собираются с площади и поперечных , и Х. Кроме этого от действия ветра возникает продольная сила .

Рисунок 10 – Нагрузки на крайнюю стойку

G – нагрузка от собственного веса конструкций покрытия;

Рсн – нагрузка от веса снегового покрова;

- вертикальная ветровая нагрузка;

- ветровая нагрузка от ветра слева (напор ветра);

– ветровая нагрузка (отсос) при ветре справа;

Х – горизонтальная сосредоточенная сила, приложенная в точке примыкания ригеля к стойке.

В случае жесткой заделки стоек для однопролетной рамы:

Рисунок 11 – Схема нагрузок при жестком защемлении стоек в фундаменте

где - горизонтальные ветровые нагрузки соответственно от ветра слева и справа, приложенные к стойке в месте примыкания к ней ригеля.

где - высота опорного сечения ригеля или балки.

Влияние сил будет существенно, если ригель на опоре имеет значительную высоту.

В случае шарнирногоопирания стойки на фундамент для однопролетной рамы:

Рисунок 12 – Схема нагрузок при шарнирном опирании стоек на фундаменте

Для многопролетных рамных конструкций при ветре слева p₂ и w₂, а при ветре справа p₁ и w₂ будут равны нулю.

Крайние стойки рассчитываются как сжато-изгибаемые элементы. Значения продольной силы N и изгибающего момента M принимаются для такого сочетания нагрузок, при котором возникают наибольшие сжимающие напряжения.

Рекомендуется определять как max при следующих сочетаниях нагрузок:

1) 0.9(G + P_c + ветер слева)

2) 0.9(G + P_c + ветер справа)

Для стойки, входящей в состав рамы, максимальный изгибающий момент берут как max из вычисленных для случая ветра слева М_л и справа М_пр:

где е – эксцентриситет приложения продольной силы N, которая включает наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок G, P_c, P_b – каждая со своим знаком.

Эксцентриситет для стоек с постоянной высотой сечения равен нулю (е = 0), а для стоек с переменной высотой сечения берется как разность между геометрической осью опорного сечения и осью приложения продольной силы.

Расчет сжато – изогнутых крайних стоек производится:

б) на устойчивость плоской формы изгиба при отсутствии закрепления или при расчетной длине между точками закрепления l_p> 70b 2 /n по формуле:

Геометрические характеристики, входящие в формулы, вычисляются в опорном сечении. Из плоскости рамы стойки рассчитывают как центрально сжатый элемент.

Расчет сжатых и сжато-изогнутых составного сечения производится по приведенным выше формулам, однако при вычислении коэффициентов φ и ξ в этих формулах учитывается увеличение гибкости стойки за счет податливости связей, соединяющих ветви. Эта увеличенная гибкость названа приведенной гибкостью λ_n.

Расчет решетчатых стоек можно свести к расчету ферм. При этом ветровая равномерно распределенная нагрузка сводится к сосредоточенным грузам в узлах фермы. Считается, что вертикальные силы G, P_c, P_bвоспринимаются только поясами стойки.

Узлы стоек

В верхнем узле, где на стойку опирается несущая конструкция покрытия, стойка испытывает смятие вдоль волокон.

Рисунок 13 – Узел опирания балки на стойку

Этот узел имеет однотипное решение для стоек различных видов.

Опорный узел

Для стоек из цельных элементов и для клееных стоек, работающих на сжатие, опорный узел решается простым упором стойки в стальной башмак, который прикреплен к фундаменту анкерными болтами. Стойки крепят к башмаку болтами, диаметр и число которых определяется по конструктивным соображениям.

В сжато-изгибаемых жестко заделанных стойках узел может быть осуществлен в виде анкерных столиков, прикрепленных к стойке болтами.

Узел воспринимает продольную силу N и изгибающий момент М.

Рисунок 14 – Узел опирания стойки на фундамент

Расчет опорного крепления производят при сочетании нагрузок, вызывающих наибольшее растягивающее усилие N_р в крепежных элементах:

где N и M продольная сила и изгибающий момент в опорном сечении

- учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы,

По наибольшему значению N_р вычисляют число анкерных болтов, располагаемых с одной стороны стойки.

При каркасной системе устраивают отдельно стоящие фундаменты под каждую колонну.

Глубину заложения фундамента определяют в зависимости от длины заделки сборной колонны в стакане, гидрогеологических и климатических условий.

Для железобетонных колонн в проекте рекомендуется принимать обычные ступенчатые столбчатые фундаменты стаканного типа (рис.13).

Рис.13. Железобетонные фундаменты и способы заделки в них колонн:

а) монолитный; б) сборный; в) свайный; г, д) заделка колонн в фундаменты; 1- ростверк; 2- свая; 3- бетон; 4- колонна

Ширина стаканной части фундамента должна обеспечивать достаточную заделку колонны в фундамент и быть шире колонны примерно на 250- 300 мм в каждую сторону от грани колонны. Отметка верха стакана фундамента должна приниматься равной - 0,150 мм из условия рациональной организации строительных работ и требований унификации.

Отдельно стоящие фундаменты под колонны на разрезах здания должны быть обозначены пунктиром.

При навесных и самонесущих стенах на фундаменты по периметру здания опираются фундаментные балки. Фундаментные балки укладывают под все наружные стены, кроме навесных панелей неотапливаемых зданий (рис.14).

Фундаментные балки не укладывают в проемы ворот. Номинальная длина фундаментных балок должна соответствовать шагу колонн, а ширина верхней полки - толщине стены.

Фундаментные балки укладываются на бетонные столбики (приливы) сечением 300 х 600 мм, отметку верха которых принимают: -0,35; -0,45 и -0,65 м при высоте фундаментных балок соответственно 300, 400, 450 и 600 мм.

Верх фундаментных балок располагают на 30 мм ниже уровня чистого пола (отметка -0,03 м), устанавливая их на слой из цементно-песчаного раствора толщиной 20 мм (рис.14, в).

Рис.14. Фундаментные балки и опирание балок на фундаменты:

а) типы фундаментныхбалок диной 6 м; б) то же, 12м; в) опирание фундаментных балок на фундаменты;

1- набетонка толщиной 120 мм; 2- слой раствора толщиной 20 мм; 3- опорный столбик; 4- фундаментная балка;

Для предохранения балок от деформации при пучинистых грунтах снизу и с их боков у крайних фундаментов необходимо показать утепление фундаментных балок из шлака или керамзитового гравия, как это показано на рис.15.

Рис.15. Утепление фундаментной балки:

1- набетонка; 2- слой раствора толщиной 20 мм; 3- опорный столбик; 4- фундаментная балка;

По верху фундаментных балок устраивают гидроизоляцию из рулонных гидроизоляционных материалов или из цементно-песчаного раствора толщиной 30 мм.

Металлические колонны опирают на железобетонные фундаменты столбчатого типа, у которых верхний обрез располагают на отметке минус 0,7 - 1,0 м (при высоте базы соответственно менее или более 400 мм).

Рис.16. Фундамент под стальную колонну и опирание стальной колонны на фундамент

1- колонна; 2- фундаментная балка; 3- бетонный прилив; 4- обетонка

По верху фундаментов укладывают слой цементно-песчаного раствора толщиной 100 мм для выравнивания и опирания базы колонны. Базы крепят к фундаментам анкерными болтами (рис.16).

Стены, как и в зданиях с железобетонным каркасом, опирают на фундаментные балки, укладываемые на уступы фундаментов или бетонные приливы (рис.16).

Колонны

В зависимости от объемно - планировочных параметров крановой нагрузки, режима работы мостового крана, а также технологического процесса и состояния внутренней среды в цехе, колонны могут быть приняты из железобетона, металла или комбинированными.

Железобетонные колонны. Для зданий цехов, не имеющих кранового оборудования, применяют колонны прямоугольного сечения высотой до 9,6 м (рис.17, а, б). Колонны средних рядов имеют небольшие уширения - оголовки (вут), что увеличивает опору для ферм и балок покрытия.

Рис.17. Основные типы железобетонных колонн

а) прямоугольного сечения для зданий без мостовых кранов с шагом 6 м; б) то же, с шагом 12 м;

в) прямоугольного сечения для зданий с мостовыми кранами с шагом 6 и 12 м; д) двухветвевые для крановых зданий; ж) Г и Т - образные

В зданиях, оборудованных мостовым кранами, используют два типа колонн:

- при высоте цеха до 10,8 м и грузоподъемностью кранов от 10 до 20 т - колонны прямоугольного сечения с консолями (рис.17, в);

- при высоте цеха от 10,8 до 18,0 м и грузоподъемностью кранов от 10 до 50 т - колонны двухветвевые (рис.17, д).

Для крепления стропильных конструкций, подкрановых балок и стенового ограждения колонны имеют металлические закладные детали (рис.17, г).

Величина заглубления колонны ниже нулевой отметки зависит от типа и высоты колонны, грузоподъемности кранового оборудования и наличия помещений или приямков, располагаемых ниже уровня пола и может составлять 0,9 . 1,35 м и более.

При шаге колонн наружного ряда 6 м и внутреннего ряда 12 м вводятся подстропильные системы, что требует уменьшения высоты колонн среднего ряда на высоту опорной части подстропильной конструкции на 600 мм.

Стальные колонны.Стальной каркас целесообразно применять при укрупненной сетке колонн, большой высоте, с тяжелыми мостовыми кранами, когда по условиям эксплуатации железобетонный каркас недостаточно надежен.

Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное или переменное сечение (рис.18).

Рис.18. Основные типы стальных колонн:

а) постоянного по высоте сечения; б) то же, переменного; в) раздельного тип

Колонны постоянного сечения устанавливают в зданиях бескрановых и с кранами небольшой грузоподъемности (до 20 т) высотой до 9,6 м (рис.18, а).

Чаще применяют двухветвевые колонны из-за меньшего расхода стали (рис.18, б, в). Колонны раздельного типа следует применять в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (более 125 т); при двухярусном расположении кранов или в пролетах, со стороны которых предполагается расширение цеха (рис.18, г).

Для увеличения площади опирания колонн и соединения их с фундаментами в нижней части колонн предусматривают стальные базы (рис.19).

Центрально сжатые колонны и внецентренно сжатые колонны с небольшим изгибающим моментом рекомендуется устанавливать на базы из стальной плиты или усиленной ребрами жесткости. Для этих колонн могут применяться базы, состоящие из стальных опорных плит и траверс.

Двухветвевые колонны в случае небольшого расстояния между ветвями устанавливают на общие или раздельные базы.

Базы со стержнем колонн соединяют сваркой. Перед установкой нижний торец колонны и поверхность опорной плиты фрезеруют.

Рис.19. Базы стальных колонн и способы опирания их на фундаменты:

а) база из стальной плиты; б) то же, с дополнительными ребрами; в- то же, с траверсами; г) сплошная база из плиты и швеллеров; д) - раздельные базы ветвей колонны

При невысоких базах верх фундаментов можно располагать на уровне пола (или низа подстилающего слоя). При этом упрощается монтаж колонн, так как его ведут по окончании работ нулевого цикла, и снижается расход стали на колонны.

В целях защиты колонн от коррозии подпольные их части вместе с базами покрывают слоем бетона. Такая операция отпадает при расположении верха фундамента в уровне пола.

Помимо основных колонн в промышленных зданиях предусматривают фахверковые колонны, устанавливаемые в торцах зданий и между основными колоннами крайних продольных рядов при шаге 12 м и длине стеновых панелей 6 м.

Фахверковые колонны предназначены для крепления стен. Они воспринимают массу стен и ветровые нагрузки.

Фахверковые колонны изготавливают железобетонными и стальными. Железобетонные колонны имеют сечение от 300 х300 до 400 х 600 мм. Стальные колонны фахверка выполняют из сварных широкополочных двутавров.

Каркасы промышленных зданий должны обладать пространственной жесткостью, которую обеспечивают вертикальные и горизонтальные связи. Первые устраивают между колоннами и в покрытии, вторые - только в пределах покрытий.

Вертикальные связи между колоннами устанавливают, чтобы повысить устойчивость здания в продольном направлении. В целях снижения усилий в элементах каркаса от температуры и других воздействий вертикальные связи располагают в середине температурных блоков в каждом ряду колон.

При шаге 6 м применяют крестовые связи, а при шаге 12 и 18 м - портальные (рис.9).

Вертикальные связи должны быть показаны в каждом продольном ряду колонн, в каждом температурном отсеке, в одном из средних шагов. Желательно, чтобы в параллельных рядах связи располагались между одноименными осями, т.е. в одном створе.

Рис.9. Вертикальные связи между железобетонными колоннами:

а) - схема связей по колоннам на плане здания; б) - то же, на разрезах здания; 1- крестовые связи;

2- портальные связи

В зданиях без мостовых кранов и с подвесным транспортом межколонные связи ставят только при высоте помещений более 9,6 м. Связи выполняют из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок на сварке (рис.9, б).

Помимо вертикальных связей между колоннами предусматривают систему вертикальных связей и в покрытии (рис.10).

Связи в покрытиях выбирают с учетом каркаса, типа покрытия, высоты здания, вида внутрицехового подъемно- транспортного оборудования, его грузоподъемности и режима работы.

Между опорами ферм или балок вертикальные связи устанавливают не чаще чем через один шаг колонн. В местах отсутствия вертикальных связей ставят распорки, располагаемые поверху колонн (рис.10, а).

По средним рядам колонн крайние подстропильные фермы в каждом температурном блоке связывают с верхними поясами стропильных ферм горизонтальными распорками (рис.10, б).

При шаге колонн крайних и средних рядов 12 м предусматривают горизонтальные связевые фермы, размещая их в уровне нижнего пояса стропильных ферм по торцам температурных блоков в каждом пролете (рис.10, в).

Рис.10. Связи в покрытиях- при железобетонных стропильных конструкциях:

а) вертикальных связей; б, в) то же, горизонтальных; 1- вертикальная связь по фермам; 2- распорка; 3- горизонтальная распорка по стропильным фермам; 4- горизонтальная ферма в торцах; 5- связь по колоннам

В зданиях с фонарями вертикальные связи устанавливают в торцах фонарей между фонарными рамами каждого температурного блока (рис.11).

Рис.11. Схема расположения связей в покрытии при наличие фонаря

Подкрановые балки

Для выполнения погрузо-разгрузочных работ в промышленных зданиях применяют подъемно-транспортное оборудование в виде электрических мостовых кранов, подвесных кран-балок, козловых кранов, электротельферов и т.д.

Подкрановые балки с уложенными по ним рельсам образуют пути движения мостовых кранов. Кроме того, они придают зданию дополнительную пространственную жесткость.

В промышленных зданиях применяют железобетонные или металлические подкрановые балки.

Железобетонные подкрановые балки могут иметь тавровое или двутавровое сечение (рис. 19, а, б). Первые предусматривают при шаге колонн 6 м, вторые - при шаге 12 м. Железобетонные подкрановые балки устанавливают под краны грузоподъемностью от 20 до 32 т. Высота балок 800, 1000 и 1400 мм, ширина полок 550, 600 и 650 мм.

В балках предусмотрены закладные элементы для крепления к колоннам (стальные пластины), для крепления рельсов и троллей (трубки).

Во избежание ударов мостовых кранов о колонны торцового фахверка здания на концах подкрановых путей устраивают стальные упоры с амортизаторами - буферами из деревянного бруса (рис.19, д).

Рис.19. Железобетонные подкрановые балки:

Железобетонные подкрановые балки имеют ограниченное применение, это связано с их большой массой, сравнительно небольшим сроком службы (из-за больших динамических нагрузок) и сложностью рихтовки подкрановых путей; их допускается использовать в зданиях с мостовыми кранами легкого и среднего режима работы, при шаге колонн 6 и 12 м и грузоподъемностью крана до 30 т.

Стальные подкрановые балки могут выполняться сплошными или решетчатыми (рис.20).

Балки сплошного сечения устанавливают при шаге колонн 6 м и небольшой грузоподъемности кранов. Их изготовляют из прокатного двутавра с усилением верхнего пояса стальным листом или уголками (рис.20, а). Чаше применяют балки сплошного двутаврового сечения, сваренные из трех листов (рис. 20, б).

Для воспринятия горизонтальных усилий, возникающих при торможении кранов, предусматривают тормозные фермы или балки.

Решетчатые подкрановые балки в виде шпренгельных систем более экономичны по сравнению с сплошными, так как стали требуется на 20% меньше. Их можно станавливать в зданиях с шагом колонн более 6 м под краны среднего и легкого режимов работы (рис. 20, г).

Элементы сечения подкрановых балок соединяют сваркой. В зданиях, оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности, подкрановые балки допускается выполнять клепаными (рис.20, в). При таком варианте их пояса изготовляют из низколегированной и высокопрочной стали. В последнем случае для стенок применяют углеродистую сталь.

Рис.20. Основные типы стальных подкрановых балок

Высоту сечения сплошных балок принимают от 650 до 2050 мм (через 200 мм). Стенки балок усиливают поперечными ребрами жесткости, располагаемыми через 1,2-1,5 м.

Подкрановые балки опирают на консоли колонн и крепят анкерными болтами и планками (рис.20, д, е). Между собой балки соединяют болтами, пропущенными через опорные ребра. В уровне подкрановых путей при кранах тяжелого режима работы предусматривают площадки для сквозных проходов шириной не менее 0,5 м, ограждаемые по всей длине. В местах расположения колонн проходы устраивают сбоку колонн или через лазы в них.

Стальные рельсы под краны крепят к балкам парными крюками или лапками (рис. 20, ж, и). Расстояние между парами креплений по длине пути принимают 750 мм. На концах подкрановых путей устраивают упоры - амортизаторы, как и при железобетонных балках, исключающие удары кранов о торцевые стены здания.

1 Лекция 9 Деревянные стойки. Нагрузки воспринимаемые плоскими несущими конструкциями покрытия (балки, арки покрытия, фермы), передаются на фундамент через стойки или колонны. В зданиях с деревянными несущими конструкциями покрытия целесообразно применять деревянные стойки, хотя иногда возникает необходимость установки железобетонные или металлические колонны. Деревянные стойки являются сжатыми или сжато-изгибаемыми несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытие или перекрытие, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заделанных стоек однопролетных или многопролетных рам. По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки из цельных элементов. Клееные стойки Дощатоклееные и клеефанерные стойки являются элементами заводского изготовления. Рисунок 1 - Дощатоклееные стойки а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения; б) переменного прямоугольного сечения

3 2) Стойки в виде элементов составного сечения набранного из двух или нескольких брусьев, досок или бревен, соединенных болтами или другими податливыми связями Рисунок 4 Составные брусчатые стойки а) сплошная; б) сквозная с прокладками; 1 брусья; 2 болты; 3 - прокладки Рисунок 5 Составная стойка из досок Стойки составного сечения так же имеют высоту, ограниченную сортаментом, однако, их несущая способность может существенно выше по сравнению со стойками из одиночного сечения.

4 Соединения, применяемые для сплачивания этих стоек (болты, гвозди, шпонки) являются податливыми, что увеличивает гибкость стоек и должно быть учтено при расчете. Решетчатые стойки Применяют чаще всего как сжато-изогнутые стойки рам. Они могут быть с параллельными поясами или с одним наклонным поясом. Разновидностью последней являются треугольные стойки. Рисунок 6 Решетчатые стойки а) прямоугольная; б) треугольная Элементы решетчатых стоек соединяются в узлах на болтах. Рисунок 7 Сечение решетчатой стойки а) пояса из двух ветвей, решетка из одного; б) пояса и решетка из одной ветви

5 Если решетка выполнена из одной ветви, а пояса из двух (рис. 7а), то решетка пропускается между ветвями поясов и крепится непосредственно к последним. Если пояса и решетка выполняются одноветвевыми (рис. 7б), то соединение элементов решетки с поясами выполняется встык, и узлы конструируются со стальными накладками на болтах. Стойки с параллельными поясами могут быть ступенчатыми. В этом случае на более высокий наружный пояс опираются несущие конструкции покрытия, а на внутренний подкрановые балки. Расчет стоек Вычисление усилий в стойках производят с учетом приложенных к стойке нагрузок. Средние стойки Средние стойки каркаса здания работают и рассчитываются как центрально сжатые элементы на действие наибольшего сжимающего усилия N от собственного веса всех конструкций покрытия (G) и снеговой нагрузки и снеговой нагрузки (Рсн). Рисунок 8 Нагрузки на среднюю стойку Расчет центрально сжатых средних стоек производят: а) на прочность где, - расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон; - площадь нетто поперечного сечения элемента; б) на устойчивость, где коэффициент продольного изгиба;

6 расчетная площадь поперечного сечения элемента; Нагрузки собираются с площади покрытия по плану, приходящейся на одну среднюю стойку ( ). Рисунок 9 Грузовые площади средней и крайней колонн Крайние стойки Крайняя стойка находится под действием продольных по отношению к оси стойки нагрузок (G и Рсн), которые собираются с площади и поперечных, и Х. Кроме этого от действия ветра возникает продольная сила.

7 Рисунок 10 Нагрузки на крайнюю стойку G нагрузка от собственного веса конструкций покрытия; Рсн нагрузка от веса снегового покрова; - вертикальная ветровая нагрузка; - ветровая нагрузка от ветра слева (напор ветра); ветровая нагрузка (отсос) при ветре справа; Х горизонтальная сосредоточенная сила, приложенная в точке примыкания ригеля к стойке. В случае жесткой заделки стоек для однопролетной рамы: Рисунок 11 Схема нагрузок при жестком защемлении стоек в фундаменте

8 где - горизонтальные ветровые нагрузки соответственно от ветра слева и справа, приложенные к стойке в месте примыкания к ней ригеля. где Влияние сил - высота опорного сечения ригеля или балки. значительную высоту. будет существенно, если ригель на опоре имеет В случае шарнирного опирания стойки на фундамент для однопролетной рамы: Рисунок 12 Схема нагрузок при шарнирном опирании стоек на фундаменте Для многопролетных рамных конструкций при ветре слева p 2 и w 2, а при ветре справа p 1 и w 2 будут равны нулю. Крайние стойки рассчитываются как сжато-изгибаемые элементы. Значения продольной силы N и изгибающего момента M принимаются для такого сочетания нагрузок, при котором возникают наибольшие сжимающие напряжения.

9 Эксцентриситет равен: Рекомендуется определять как max при следующих сочетаниях нагрузок: 1) 0.9(G + P c + ветер слева) 2) 0.9(G + P c + ветер справа) 3) G + P c Для стойки, входящей в состав рамы, максимальный изгибающий момент берут как max из вычисленных для случая ветра слева М л и справа М пр : где е эксцентриситет приложения продольной силы N, которая включает наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок G, P c, P b каждая со своим знаком. Эксцентриситет для стоек с постоянной высотой сечения равен нулю (е = 0), а для стоек с переменной высотой сечения берется как разность между геометрической осью опорного сечения и осью приложения продольной силы. Расчет сжато изогнутых крайних стоек производится: а) на прочность:, б) на устойчивость плоской формы изгиба при отсутствии закрепления или при расчетной длине между точками закрепления l p > 70b 2 /n по формуле:

10 Геометрические характеристики, входящие в формулы, вычисляются в опорном сечении. Из плоскости рамы стойки рассчитывают как центрально сжатый элемент. Расчет сжатых и сжато-изогнутых составного сечения производится по приведенным выше формулам, однако при вычислении коэффициентов φ и ξ в этих формулах учитывается увеличение гибкости стойки за счет податливости связей, соединяющих ветви. Эта увеличенная гибкость названа приведенной гибкостью λ n. Расчет решетчатых стоек можно свести к расчету ферм. При этом ветровая равномерно распределенная нагрузка сводится к сосредоточенным грузам в узлах фермы. Считается, что вертикальные силы G, P c, P b воспринимаются только поясами стойки. Узлы стоек В верхнем узле, где на стойку опирается несущая конструкция покрытия, стойка испытывает смятие вдоль волокон. Рисунок 13 Узел опирания балки на стойку Этот узел имеет однотипное решение для стоек различных видов. Опорный узел Для стоек из цельных элементов и для клееных стоек, работающих на сжатие, опорный узел решается простым упором стойки в стальной башмак, который прикреплен к фундаменту анкерными болтами. Стойки крепят к башмаку болтами, диаметр и число которых определяется по конструктивным соображениям. В сжато-изгибаемых жестко заделанных стойках узел может быть осуществлен в виде анкерных столиков, прикрепленных к стойке болтами. Узел воспринимает продольную силу N и изгибающий момент М.

11 Источник [ 4 ] Опирание стойки на фундамент с помощью столиков под анкерные болты Лист 82 Несущие - Клеедощатые - Стойки - Узлы опирания жесткие Рисунок 14 Узел опирания стойки на фундамент Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры Изд-е 1-ое 2000 год Расчет опорного крепления производят при сочетании нагрузок, вызывающих наибольшее растягивающее усилие N р в крепежных элементах: где N и M продольная сила и изгибающий момент в опорном сечении - учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы, е плечо сил N р и N е. По наибольшему значению N р вычисляют число анкерных болтов, располагаемых с одной стороны стойки. Сила N воспринимается смятием стойки вдоль волокон.

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 спо-

Рис. 4.14. Шарнирное крепление колонны к фундаменту: а) конструктивная схема: б) расчетная схема; 1 — колонна; 2 — траверса; 3 — опорная плита базы колонны; 4 — анкерные болты (гайки, шайбы не показаны); 5 — фундамент

Рис. 4.15. Жесткое крепление колонны к фундаменту: а) конструктивная схема; б) расчетная схема; 1 — колонна; 2 — траверса;

3 — опорная плита базы колонны; 4 — анкерные болты (гайки, шайбы не показаны); 5 — фундамент

соба 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 разме-

Рис. 4.1В. Шарнирное прикрепление балки к стальной колонне: а) схема опирания балок; б] расчетная схема опор для балок и колонны; 1 — балки; 2 — колонна; 3 — стальная прокладка; 4 — болты (гайка и головка болта не показаны)

Рис. 4.17. Жесткое прикрепление балок к стальной колонне сбоку: а) схема опирания балок; б) расчетная схема сопряжения колонны и балок; 1 — колонна; 2 — балки; 3 — опорный столик колонны;

4 — болты (гайки и головки болтов не показаны)

Рис. 4.18. Заделка железобетонных колонн в фундаментах: а) жесткая при значительных размерах фундамента; б) шарнирная при небольших размерах фундамента и мощной колонне; 1 — колонна; 2 — фундамент; 3 — заделка стыка бетоном;

4 — расчетная схема колонны

Рис. 4.19. Шарнирное опирание стропильной железобетонной балки на колонну: а) схема опирания; б) расчетная схема опирания балок на колонну и колонны на балки; 1 — балки; 2 — колонна; 3 — опорная плита колонны; 4 — закладные детали балки; 5 — болты (гайки не показаны) ры фундамента невелики, а колонна достаточно мощная, то возможен ее поворот вместе с фундаментом, что больше соответствует шарнирной опоре (рис. 4.18, б).

Балки или фермы могут опираться сверху на колонну, в этом случае они крепятся с помощью анкерных болтов с гайками или при помощи приварки закладных деталей монтажными сварными швами. Подобное соединение можно считать шарнирным (рис. 4.19). В многоэтажных железобетонных каркасах опирание ригеля выполняется на консоль колонны; и в случае, когда приняты специальные меры, исключающие поворот опорного сечения ригеля, узел крепления считается жестким (рис. 4.20). Если крепление ригелей к консолям колонн осуществлено просто приваркой закладных деталей, соединение считается шарнирным.

Рис. 4.20. Жесткое соединение железобетонного ригеля с колонной: а) схема соединения; б) расчетная схема сопряжения колонны и ригелей; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — закладные детали колонны;

4 — закладные детали ригеля; 5 — монтажный сварной шов, соединяющий закладные детали; 6 — выпуски арматуры из ригеля;
7 — выпуски арматуры из колонны; 8 — арматурные коротыши — стержни, привариваемые к выпускам арматуры ригеля и колонны;
9 — стык, выполненный ванной сваркой

Для определения расчетных длин железобетонных колонн следует пользоваться указаниями п. 6.2.18 СП 52-101-2003.

Деревянные стойки. Наиболее простой и распространенной конструкцией сопряжения деревянных стоек с лежнем и прогоном является конструкция, изображенная на рис. 4.21. Очевидно, что и вверху, и внизу закрепление с помощью скоб и шипов является шарнирным. В деревянных стойках вообще трудно обеспечить жесткое защемление. Даже если замонолитить нижний конец стойки подобно железобетонной колонне в фундаменте, то из-за неизбежной со временем усушки древесины защемление будет частичным, что и учитывается в расчетах.

Рис. 4.21. Соединение деревянной стойки с прогоном: а) схема соединения; б) расчетная схема стойки; 1 — прогон; 2 — стойка; 3 — лежень; 4 — шип; 5 — скоба

Кирпичные колонны. За редким исключением, кирпичные колонны опираются внизу на фундамент, и на них свободно опираются балки — как правило, без специальных приспособлений (анкеров, обойм и т.д.), а это значит, что оба конца колонны в таком случае являются шарнирными (рис. 4.22).

Из вышеизложенного следует, что шарнирное прикрепление колонн к конструкциям достигается более простыми приемами, нежели жесткое. Поэтому в простейших стоечно-балочных системах оно наиболее распространено. В многоэтажных, многопролетных каркасах жесткое соединение конструкций обеспечивает большую жесткость здания или сооружения в целом, что часто достаточно важно и позволяет более рационально использовать материалы.

Рис. 4.22. Соединение кирпичной колонны с балкой и фундаментом: а) конструктивная схема столба; б) расчетная схема;

1 — балка; 2 — колонна; 3 — фундамент

Примеры построения расчетных схем

Пример 4.1. Руководствуясь изложенной методикой построения расчетной схемы, построить расчетную схему для деревянной балки, опирающейся на деревянные стойки и закрепленной с помощью стальных скоб (рис. 4.23).

Если приложить силу Fк правой и левой опорам, как изображено на рис. 4.23, б, то видно, что левая опора препятствует перемещению конца балки, а правый конец балки может перемещаться.

Значит, левая опора неподвижная, а правая — подвижная. Если приложить силу, как показано на рис. 4.23, в, то видно, что оба конца балки могут почти свободно повернуться на некоторый угол, когда балка прогибается. Это значит, что оба конца балки закреплены шарнирно. Подытоживая сказанное, можно сделать заключение о том, что левая опора шарнирно-неподвижная, а правая — шарнирноподвижная. Расчетная схема балки изображена на рис. 4.23, г. Не представляет труда проанализировать опоры и со статической точки зрения: на правой опоре при приложении произвольно направленной нагрузки возникает одна вертикальная реакция, а на левой опоре — наклонная реакция, которую можно разложить на две составляющие (вертикальную и горизонтальную).

Рис. 4.23. К примеру 4.1. Опирание деревянной балки на стойки: а) конструктивная схема; б), в) возможные перемещения балки; г] расчетная схема балки; 1 — балка; 2 — стойка; 3 — скобы

Задачи для самостоятельной работы

Задача 4.1. Обоснуйте и изобразите расчетную схему для железобетонного лестничного марша, опирающегося на лестничные площадки, как показано на рис. 4.24.

Рис. 4.24. К задаче 4.1. Опирание лестничного марша на лестничные площадки

Задача 4.2. Оцените, какими считаются следующие соединения: стальной колонны с фундаментом (рис. 4.25, а) стальной колонны с балкой (рис. 4.25, б) — шарнирными или жесткими?

Читайте также: