Узлы опирания подкрановых балок и стыки колонн

В колоннах постоянного по высоте сечения подкрановые балки и другие конструкции опираются на специальные консоли. При кранах небольшой грузоподъемности применяются одностенчатые консоли, привариваемые к стержню колонны на заводе-изготовителе (если позволяют габариты перевозки). Консоль и швы ее крепления к колонне рассчитывают на изгибающий момент и срез силой ( - максимальное усилие от кранов).

Напряжения у основания консоли и в швах ее крепления можно определить, предполагая, что момент воспринимается только полками а вертикальная сила - стенкой Полку колонны следует проверить на растяжение в направлении толщины проката.

В стенке колонны в месте примыкания консоли возникает сложное напряженное состояние, и ее прочность проверяется по приведенным напряжениям по формуле

(19)

где

A_w - площадь стенки колонны.

Швы крепления ребер колонны к стенке и полке необходимо проверить на действие усилия Н.

При передаче больших усилий устраивают двустенчатую консоль. Сечение консоли проверяют на действие момента и перерезывающей силы .

Усилие в швах крепления консоли к ветвям колонны находят по правилу рычага:

(рис.7). Учитывая возможность неравномерной передачи нагрузки на ветви консоли, усилие увеличивают на 20%.

Рис.7. Двустенчатая подкрановая консоль

В ступенчатых колоннах подкрановые балки опираются на уступ колонны (рис. 8). Для передачи усилий от верхней части колонны и подкрановых балок на нижнюю часть в месте уступа устраивают траверсу. Высоту траверсы h_тр принимают равной 0.5÷0.8 ширины нижней части колонны. Усилие D_max через плиту толщиной 20÷25мм передается на стенку траверсы. При передаче усилия через фрезерованную поверхность стенка траверсы работает на смятие и проверяется по формуле

(20)

где - длина сминаемой поверхности;

b_о.р - ширина опорных ребер балок;

t_тр, t_пл - толщина стенки траверсы и плиты.

Рис.8. Варианты конструктивных решений уступов колонн

Продольная сила N и изгибающий момент М от верхней части колонны через полки верхней части колонны: где N и М - усилия в сечении II-II.

Соответственно требуемая длина шва крепления вертикального ребра к стенке траверсы, исходя из приварки четырьмя швами, определяется по формуле

(21)

Из условия равнопрочности полки и шва крепления длину шва можно определить по предельному усилию в полке где e_f- площадь полки.

В решетчатых колоннах траверса работает как балка двутаврового сечения, нагруженная усилиями N, M и D_maxи имеющая пролет, равный ширине нижней

части колонны h_н. Прочность траверсы проверяется на изгиб и срез по формулам

(22)

Здесь h_тр , t_тр- высота и толщина стенки траверсы;

W_тр - момент сопротивления траверсы;

- изгибающий момент и поперечная сила.

Для симметричных колонн среднего ряда Коэффициент k = 1.2 учитывает неравномерную передачу усилия D_max вследствие возможного перекоса поверхности опорных ребер балок.

Швы крепления траверсы к ветвям колонны рассчитывают на опорную реакцию траверсы , а шов крепления ребра, устанавливаемого с наружной стороны колонны напротив траверсы, - на усилие .

Для большей надежности крепления траверсы в полке верхней части и в стенке подкрановой ветви делают прорези, в которые заводят стенку траверсы. В этом случае швы крепления траверсы к подкрановой ветви рассчитывают на усилие (для средней колонны).

На это же усилие следует проверить на срез стенку подкрановой ветви в месте крепления траверсы

(23)

где t_w - толщина стенки ветви.

При необходимо увеличить высоту траверсы или сделать более толстую вставку в стенке ветви колонны.

В колонне со сплошностенчатой подкрановой частью траверса опирается не только на полки, но и стенку колонны, поэтому расчет траверсы на изгиб не требуется, а прочность швов крепления траверсы к подкрановой полке и стенки допускается (в запас) проверять на усилие D_max,

Стыки в колоннах приходится делать в двух случаях: из-за ограниченной длины прокатной стали (заводские стыки) и для членения колонны на отправочные элементы (при 1 > 18 м), исходя из возможностей транспортирования и монтажа (монтажные стыки).

Заводские стыки следует выполнять сварными встык с полным проваром. - Если нельзя выполнить стыковые соединения, то устанавливают накладки. Расчет таких соединений целесообразно проводить из условия равнопрочности с основным сечением.

Монтажные соединения выполняют встык с полным проваром или на высокопрочных болтах. При соединении встык торцы элементов фрезеруют. Для выверки и фиксации стыкуемых элементов устанавливают монтажные уголки. При разной толщине стыкуемых элементов полки соединяются с помощью накладок.

В монтажных стыках на высокопрочных болтах сжимающие усилия передаются через фрезерованные торцы колонн, а растягивающие - накладками. Для ступенчатых колонн монтажный стык устраивается обычно в месте уступа.

При устройстве прохода в теле колонны (в зданиях с кранами режима работы 8К) ослабленный участок следует усилить приваркой дополнительных листов.

Базы колонн

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилия с колонны на фундамент. В состав базы входят плита, траверсы, ребра, анкерные болты и устройства для их крепления (столики, анкерные плиты и т. д.). Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и способа сопряжения ее с фундаментом (жесткое или шарнирное).

Базы при шарнирном сопряжении подобны применяемым для центрально-сжатых колонн. При больших усилиях базы шарнирных рамных систем проектируются с использованием опорных шарниров (плиточных, балансирных). В производственных зданиях колонна в плоскости рамы имеет жесткое сопряжение с фундаментом, а из плоскости - шарнирное.

Существует два типа баз - общая и раздельная.

Для сплошных, а также легких сквозных колонн (при ширине h < 1000 мм) применяются общие базы. Для лучшей передачи момента на фундамент база внецентренно сжатой колонны развивается в плоскости действия момента; центр плиты обычно совмещается с центром тяжести колонны.

Если момент одного знака по абсолютному значению значительно больше момента другого знака, возможна конструкция базы с плитой, смещенной в сторону действия большего момента.

Под плитой в бетоне фундамента возникают нормальные напряжения σ_Ф, определяемые по формулам внецентренного сжатия:

(24)

где A_пл, W_пл - площадь и момент сопротивления плиты;

B, L- ширина и длина плиты.

Ширина плиты принимается на 100÷200 мм шире сечения колонны. Тогда из условия прочности бетона фундамента на сжатие из формулы (24)

можно определить длину плиты

(25)

Так как плита лежит на фундаменте свободно, для восприятия возможного отрыва плиты от фундамента устанавливают анкерные болты, которые в отличие от базы центрально-сжатой колоны являются расчетными элементами.

Анкерные болты работают на растяжение и воспринимают усилие, отрывающее базу от фундамента и возникающее при действии момента. Усилие в анкерных болтах определяют в предположении, что бетон не работает на растяжение и растягивающая сила полностью воспринимается анкерными болтами. При расчете анкерных болтов необходимо принимать комбинацию продольной силы N_a и изгибающего момента М_а "в заделке", дающую наибольшее растягивающее усилие в болтах. Расчет сводится к определению площади анкерного (фундаментного) болта:

а) для внецентренно сжатых колонн сплошного сечения (рис.9)

(26)

где а - расстояние от оси колонны до центра тяжести сжатой зоны;

у - расстояние от оси анкерного болта до центра тяжести сжатой зоны;

n - количество анкерных болтов с одной стороны базы;

- расчетное сопротивление анкерного болта растяжению;

б) для внецентренно сжатых колонн сквозного сечения (рис.10)

(27)

где y_i - расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатой ветви колонны при загружении колонны расчетной комбинацией усилий М_а и N_a;

b₀ - расстояние между центрами тяжести ветвей; п - количество анкерных болтов, необходимое для крепления базы ветви;

R_ba - расчетное сопротивление анкерного болта растяжению.

Диаметр анкерного болта можно подобрать по прил.2, табл.3[1].

Рис. 9 База колонны сплошного сечения

Рис.10. База внецентренно сжатой колонны сквозного сечения

Лекция №22