Конструирование и расчет оголовка колонн
Главная балка опирается на колонну сверху, при этом сопряжение принимается шарнирным. Продольная сжимающая сила N от главных балок передается через опорную строганную с двух сторон плиту толщиной ton = 16 – 25 мм непосредственно на ребра оголовка сплошной колонны и на диафрагму в сквозной колонне.
Торцы колонны, ребер и диафрагмы фрезеруются. Передача усилия от ребер на стенку колоны и от диафрагмы на стенки ветвей колоны осуществляется вертикальными сварными швами. Плита служит для крепления балок на колонне монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок. Сварные швы, прикрепляющие плиту к колонне, назначаются конструктивно с катетом минимального размера, принимаемого по наибольшей толщине стыкуемых элементов (см. табл. 3.6). Размеры плиты в плане принимаются больше контура колонны на 15 – 20 мм в каждую сторону для размещения сварных швов.
Для придания жесткости вертикальным ребрам и диафрагме, а также для укрепления от потери устойчивости стенок стержня колонны или ветвей сквозной колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок вертикальные ребра снизу обрамляются горизонтальным ребром жесткости.
Оголовок сплошной колонны
Оголовок состоит из плиты и ребер (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Оголовок сплошной колонны
Требуемую площадь вертикального парного ребра определяем из условия смятия:
Толщина ребра
где 
– условная длина распределения на-
грузки, равная ширине опорного ребра главной балки bh плюс две толщины плиты оголовка колонны (ton принята 25 мм).
Ширина ребра (выступающая часть)
Принимаем два вертикальных ребра сечением 140´22 мм.
Проверяем вертикальное ребро на местную устойчивость.
Высоту опорного ребра назначаем из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы N c ребер на стенку колонны.
Задаемся катетом сварного шва kf = 7 мм (в пределах конструктивных требований kf, min= 7 мм при механизированной сварке листа t max = 25 мм и 
– наименьшая толщина соединяемых элементов).
Требуемая длина шва
С учетом 1 см на компенсацию дефектов в концевых участках шва по его длине окончательно принимаем высоту ребра hr = 45 см.
Расчетная длина шва должна быть не более 85 βf kf.
Проверяем ее по формуле
При тонких стенках сплошной колонны толщину стенки tw проверяют на срез по граням крепления опорных вертикальных ребер. Требуемая толщина стенки
что больше принятой толщины стенки tw = 8 мм. Производим местное усиление стенки колонны путем замены участка стенки в пределах высоты оголовка более толстой вставкой. Принимаем толщину вставки t ′ w = 18 мм.
Для снижения концентрации напряжений при сварке встык элементов разной толщины на элементе большей толщины выполняем скосы с уклоном 1:5. Ширину горизонтальных ребер жесткости принимаем равной ширине вертикальных опорных ребер bs = br = 140 мм. Толщину ребра определяем из условия его устойчивости:
она должна быть не менее 
Принимаем парное ребро из листа сечением 140×10 мм.
Оголовок сквозной колонны
Оголовок состоит из плиты и диафрагмы, подкрепленной горизонтальным ребром жесткости (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Оголовок сквозной колонны
Расчет производится аналогично расчету оголовка сплошной колонны.
Толщина диафрагмы td определяется расчетом на смятие от продольной силы N:
где 
– условная длина распределения сосредоточенной нагрузки (см. п. 4.4.1).
Принимаем td = 22 мм.
Высота диафрагмы определяется из условия среза стенок ветвей колонны (d = 7,5 мм – толщина стенки для принятого швеллера):
hd = N /(4 dRsγc) = 2067,18 / (4 · 0,75 · 13,92 · 1) = 49,5 см.
Принимаем hd = 50 см.
Проверяем диафрагму на срез как короткую балку:
где Q = N /2 = 2067,18 / 2 = 1033,59 кН.
Условие прочности не выполняется. Принимаем толщину диафрагмы td = 25 мм и производим повторную проверку:
Определяем катет сварного шва, выполненного механизированной сваркой и обеспечивающего прикрепление диафрагмы к стенке ветвей колонны (расчет по металлу границе сплавления):
где lw = hd – 1 = 50 – 1 = 49 см – расчетная длина шва, равная высоте диафрагмы за вычетом 1 см, учитывающего дефекты в концевых участках шва.
Принимаем катет шва kf = 7 мм, что отвечает минимальной его величине при механизированной сварке элементов t = 25 мм.
Расчетная длина флангового шва должна быть не более 85 βfkf. Проверяем: lw = 49 < 85 × 0,9 × 0,7 = 53,5 см. Условие выполняется.
Толщину горизонтального ребра жесткости принимаем ts = 10 мм, что больше 
Ширину bs назначаем из условия устойчивости ребра:
Принимаем bs = 30 см.
Конструирование и расчет базы колонны
База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000 – 5000 кН) применяют базы с траверсами. Усилие от стержня колонны передается через сварные швы на плиту, опирающуюся непосредственно на фундамент. Для более равномерной передачи давления с плиты на фундамент жесткость плиты при необходимости может быть увеличена постановкой дополнительных ребер и диафрагм.
База закрепляется с фиксацией ее проектного положения на фундаменте анкерными болтами. В зависимости от закрепления осуществляется шарнирное или жесткое сопряжение колонны с фундаментом. В базе с шарнирным сопряжением анкерные болты диаметром 20 – 30 мм крепятся непосредственно за опорную плиту, обладающую определенной гибкостью, обеспечивающей податливость при действии случайных моментов (рис. 4.12).
Рис. 4.12. База колонны при Рис. 4.13. База колонны при
шарнирном сопряжении жестком сопряжении
с фундаментом с фундаментом
Для возможности некоторой передвижки (рихтовки) колонны в процессе ее установки в проектное положение диаметр отверстий в плите для анкерных болтов принимают в 1,5 – 2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к плите. При жестком сопряжении анкерные болты прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли траверс, имеющих значительную вертикальную жесткость, что устраняет возможность поворота колонны на фундаменте. При этом болты диаметром 24 – 36 мм затягиваются с напряжением близким к расчетному сопротивлению материала болта. Анкерная пластина принимается толщиной tap = 20 – 40 мм и шириной bap, равной четырем диаметрам отверстий под болты (рис. 4.13).
Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с фундаментом. Принята к расчету и конструированию база колонны с жестким закреплением на фундаменте.
14. Проверка устойчивости внецентренно-сжатых и сжато изгибаемых элементов.
