Оголовок колонны: устройство, разновидности и расчет

Функции и особенности конструкции оголовков

Каждая колонна венчается специфическим архитектурным элементом — оголовком колонны. Данная деталь узла отвечает за правильную передачу и распределение нагрузок от расположенных выше конструкций (балочных или плитных) непосредственно на опорное сечение колонны.

С исторической точки зрения, оголовок колонны — та часть, где декоративные черты менялись наиболее сильно. В античной архитектуре капитель, выступавшая в роли оголовка колонны, сочетала несущую функцию с выразительным художественным обликом. Даже в лаконичных дорических сооружениях оголовок колонны подчеркивал эстетику, становился центром архитектурной композиции. Ранее именно вершина колонны — капитель — была самой декоративной и сложной частью, акцентирующей внимание наблюдателя.

Современные строительные нормы практически полностью исключили декоративную нагрузку с несущих колонн. Сегодня оголовок колонны определяется исключительно расчетами: его размеры и форма зависят от действующих нагрузок и типа сопряжения с другими элементами конструкции. Выделяют две базовые схемы закрепления:

• Шарнирное (свободное) крепление: Колонна просто поддерживает вышележащие конструкции и воспринимает только вертикальные силы. При существенном горизонтальном воздействии такой узел не справится с моментами и может быть деформирован или разрушен. Обычно используется там, где вес верхней конструкции достаточен для устойчивости.
• Жесткое защемление: Принимает на себя как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, а также изгибающие моменты, превращая узел в часть пространственной рамы. Это уменьшает критические моменты в примыкающих элементах.

Расположение колонны в плане здания определяет, поддерживает ли она одну или одновременно две балки.

Виды оголовков и конструктивные элементы

Конструкторское решение оголовка колонны зависит от способа опирания: балка может ложиться сверху либо примыкать сбоку к колонне.

Стандартная комплектация оголовка колонны верхнего опирания включает в себя:

• Опорная плита: Стальной лист толщиной 15—25 мм, распределяющий нагрузку.
• Центрирующие планки: Фиксируют положение балки на плите.
• Вертикальные ребра жесткости: При сварке соединяются с плитой и стенками колонны для передачи нагрузки.
• Горизонтальное ребро (траверса): Повышает общую жесткость узла и равномерно распределяет воздействующие силы.

В случае конструкций сквозных колонн, где сечение состоит из двух ветвей, добавляют диафрагму — горизонтальное ребро, связывающее обе ветви наверху и привариваемое к опорному листу оголовка колонны.

Принципы проектирования и расчета оголовка

Процесс расчета оголовка колонны заключается в пошаговом определении всех необходимых параметров: размеров опорной плиты, сечений и размеров ребер жесткости. Исходя из действующей нагрузки, расчетных сопротивлений стали и используемых коэффициентов условий работы определяют площадь нужного ребра. Далее расчет продолжается — находят условную длину распределения нагрузки, соответствующую соединяемой ширине балки, увеличенной на две толщины опорной части оголовка колонны. Зная эти параметры, определяют ширину и толщину ребра, делают проверку на устойчивость относительно местных потерь формы. Высота ребра рассчитана так, чтобы разместить необходимую длину сварного шва.

Катет (размер) сварного шва подбирается с учетом толщины соединяемых деталей и типа применяемой сварки. После этого определяют общую длину швов, проводят расчет их прочности. Для колонн с тонкими стенками выполняется отдельная проверка соединений на срез.

Для толщины диафрагмы применяют расчет по смятию, исходя из ширины полосы, через которую распределена сосредоточенная нагрузка. Высота диафрагмы определяется расчетом на срез ветвей колонны. После выбора минимального допустимого катета сварки находят необходимые геометрические параметры ребер для их устойчивости.

По завершении расчетов выполняют детальные рабочие чертежи узла, указывая все оси, размерные привязки и конструктивные детали сопряжений. Сварные соединения отображают стандартными символами. В пояснениях и примечаниях передают сведения о материалах, требованиях к сварке и защите от коррозии.