Конструктивная и расчетная схемы консоли (консольной балки)

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 (У_м, К_А2, Я_А), причем величины реакций У_м и У_А2 зависят 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: Я_А, У_м, К_А2. Однако в расчетах неудобно иметь дело с реакциями У_м и У_А2, зависящими от длины заделки, поэтому расчетную схему чаще представляют по рис. 4.12, в, где пара сил У_м и У_к1 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).

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.

Для определения расчетных длин железобетонных колонн мно­гоэтажных зданий следует пользоваться указаниями п. 3.25, а од­ноэтажных - табл. 32 СНиП 2.03.01-84*.

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.