Существует два основных вида стыков колонн. В стыках первого типа вертикальная нагрузка передается от верхнего элемента колонны к нижнему напрямую через торцы сечений или фланцы. При этом передающие нагрузку поверхности должны быть фрезерованы и геометрически точно выверены для обеспечения плотности примыкания, а болты на накладках или фланцах воспринимают только действующий в колонне изгибающий момент. В стыках второго типа нагрузка передается не через торцы элементов, а полностью воспринимается соединительными накладками. С архитектурной точки зрения стыки колонн на накладках более предпочтительны, так как имеют меньшие габариты, чем фланцевые соединения, выступающие за габариты сечения. Монтажные стыки колонн замкнутого сечения обычно выполняются при помощи прямоугольных либо кольцевых фланцев
Монтажные стыки колонн
Монтажные стыки колонн в многоэтажных зданиях выполняются, как правило, каждые два или три этажа. Это позволяет использовать такие длины колонн, которые удобны в изготовлении, транспортировке и монтаже. Стыки размещаются на высоте 0,5-1,5 м выше уровня перекрытия, что дает возможность обеспечить удобство монтажа и контрольного осмотра во время эксплуатации. При возрастании этажности по высоте здания в монтажных стыках может осуществляться переход на меньшие габариты сечения колонн и/или на элементы из стали меньшей прочности. Как правило, современные монтажные стыки колонн выполняются на высокопрочных болтах.
Базы колонн быстровозводимых зданий
Базы колонн быстровозводимых зданий могут быть запроектированы как в варианте условно -шарнирного примыкания к фундаменту, имея при этом достаточно простую конструкцию, так и в варианте условно-жесткого примыкания, когда на фундамент, кроме продольной силы, передается и изгибающий момент. Предпочтение, как правило, отдается условно-шарнирным базам колонн по сравнению с жесткими узлами-по причине их низкой стоимости и меньшей конструктивной сложности. При выборе типа базы колонны учитывают различные режимы эксплуатации быстровозводимых зданий и сооружений, в частности, односторонние снеговые нагрузки и ветровой отсос, что особо актуально для одноэтажных быстровозводимых ангаров, что необходимо принимать во внимание при проектировании. Решающим обстоятельством при выборе типа базы колонны является возможность основания воспринять изгибающий момент. Жесткие базы колонн могут потребоваться в конструкциях с рамным каркасом в целях снижения воздействия горизонтальных нагрузок и появления нежелательных перемещений и колебаний. Такие базы и фундаменты под них значительно больше по размерам, чем условно-шарнирные и конструктивно сложнее. Размеры плиты базы колонны определяется из условий местного смятия бетона фундамента, а толщина-из условий изгиба плиты и продавливания конструкцией колонны.
С целью обеспечения допусков для геометрической выверки колонны низ плиты базы колонны предусматривается на 30-50 мм выше уровня верха бетонного фундамента. Временное закрепление колонны при этом на монтаже обеспечивают с помощью подкладки стальных пластин и клиньев. После вертикальной выверки колонны в двух плоскостях и по оси под плиту нагнетается высокопрочный цементно-песчаный раствор М300-М500, после набирания достаточной несущей способности которого клинья убирают. На рисунке показан вариант заделки в бетон, когда анкеры пропускаются через трубы с приваренными торцевыми элементами, препятствующими выдергиванию.
Узлы рам
В рамах быстровозводимых зданий узел примыкания стойки к фундаменту называют опорным, а узел соединения ригелей в полупролете – коньковым. Характерной особенностью любой рамы быстровозводимых зданий является наличие карнизного узла, в котором соединяется стояк с ригелем. Если опорный и коньковый узлы могут быть как шарнирными, так и жесткими или полужесткими, то карнизному узлу всегда стремятся обеспечить максимальную жесткость. Жесткие узлы примыкания балок к колоннам относятся в равной степени как к балочным каркасам, так и к рамам. Каркасы с жестким примыканием ригелей к колоннам также называют рамными.
Жесткие узлы примыкания через толстые фланцы
Жесткие узлы примыкания, которые воспринимают изгибающий момент, могут быть выполнены путем применения торцевых пластин толщиной 15-20 мм. При этом пластины, как правило, выводят за габариты полок сплошностенчатого ригеля (балки) с целью полного обваривания фланца по контуру ригеля, а также для размещения большего количества болтов. Поверхность фланцевых пластин фрезеруется с целью обеспечения плотного контакта с колонной, а крепление осуществляется с помощью высокопрочных болтов, которые устанавливаются с контролируемым натяжением. Увеличение высоты фланца и количества болтов позволяет узлу воспринимать большие изгибающие моменты. Как и в предыдущем варианте, зазор между фланцем и колонной с двух сторон балки выбирается прокладками при монтаже.
Жесткие узлы примыкания через толстые фланцы с вутом
Применение длиннопролетных либо значительно нагруженных ригелей в рамных каркасах быстровозводимых зданий ведет к возрастанию изгибающих моментов в местах примыкания элементов к колоннам. Эта проблема также актуальна для карнизных узлов портальных однопролетных рам и промежуточных рамных узлов – в многопролетных. Поэтому одним из эффективных решений жесткого узла примыкания балок к колонне при проектировании быстровозводимых зданий может быть использование вутов. Вут, как правило, представляет собой тавровый профиль, подваренный к нижней полке балки или ригеля в месте примыкания к колонне или стойке. С целью минимизации отходов вут может быть изготовлен из того же профиля или листов, что и основной несущий ригель. Применение вутов дает возможность не только увеличить сечение пролетного элемента на опоре, но и увеличить высоту фланцевой пластины, обеспечив тем самым возможность размещения большего количества высокопрочных болтов. Разнесение групп болтов на большее расстояние позволяет увеличить плечо для восприятия изгибающего момента, а кроме того, более точно определить условия их работы – верхняя группа болтов будет испытывать растяжение, а нижняя – преимущественно сдвиг. Рамные узлы с вутами являются в достаточной мере архитектурно выразительными, отображая обусловленную физической природой плавность перетекания усилий. В то же время значительное увеличение высоты вутов приводит к конструктивной необходимости постановки добавочных ребер жесткости для обеспечения местной устойчивости и жесткости фланца, что создает визуальную громоздкость узла. Зазоры при монтаже таких узлов компенсируются постановкой стальных разнотолщинных прокладок.
Жесткие узлы примыкания на сварке
Полностью сварные жесткие узлы примыкания сплошностенчатых ригелей (балок) к колоннам редко используются при новом строительстве быстровозводимых зданий, так как на строительной площадке потенциально сложно обеспечить качество монтажных сварных швов. Однако сварные жесткие узлы непосредственного примыкания балок к колоннам возможно организовать на заводе в виде консолей. При этом стыки ригелей обычно осуществляются к консолям на накладках с фрикционными болтовыми соединениями и выносятся в место с минимальными равнодействующими усилиями. В случае конструктивной необходимости узлы примыкания могут требовать постановки добавочных ребер жесткости, как на ригеле, так и на колонне, что учитывается при проектировании быстровозводимых зданий. Ребра жесткости позволяют обеспечить местную устойчивость стенок и полок, как ригеля, так и колонны. Кроме того, ребра позволяют увеличить жесткость фланцевых пластин. Как правило, толщина ребер жесткости принимается 6-10 мм. В то же время постановка ребер жесткости повышает конструктивную, архитектурную и технологическую сложность узлов и соответственно их стоимость. Поэтому иногда экономически более выгодным вариантом вместо устройства ребер жесткости может быть локальное увеличение толщин элементов, что достигается путем заводского вваривания вставок и других конструктивных способов.