Жесткое сопряжение балок

Жесткое сопряжение балок:  а — сварных;  б — клепанных.

На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.

Опирания и сопряжения балок

Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к колонне. Такое соедине­ние может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкции, жесткое - в каркасах многоэтажных зданий. Примеры опирания балок на колонны сверху показаны на рис. 7.28. Конец балки в месте опирания ее на опору  укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости. Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стен­ке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки (рис. 7.28, а), либо строгают для непосредствен­ной передачи опорного давления на стальную колонну (рис. 7.28,б). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по рис. 7.28, а) центр опорной поверхности ребра надо совме­щать с осью полки колонны.

Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

σ_р=F/A_p≤R_CM.T γ

(7.68)

где F — опорная реакция балки; Ap — площадь смятия опорного ребра, в сварных балках принимается равной всей пристроганной части площади ребра; Rсм т — рас­четное сопротивление стали смятию торцовой поверхности.

Ширина выступающей части ребра из условий его местной устойчи­вости не должна превышать 

Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 7.28,б) не должна превышать  и обычно принимается 15 — 20 мм.

Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь рас­четного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по   в каждую сторону (на рис. 7.28, а эта площадь заштрихо­вана) и длиной, равной высоте стенки балки:

где   — коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью(λ=hСТ/i_Z), определен­ной относительно оси z, совпадающей с профильной осью балки.

Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами дол­жно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом мак­симальной рабочей длины сварного шва. Шарнирное примыкание балок сбоку (рис. 7.28, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от опирания балок сверху по рис. 7.28, б.

Опирание балок на стены и железобетонные подкладки. При опирании балок на каменные стены и железобетонные подкладки обычно при­меняют специальные стальные опорные части, которые служат для рав­номерного распределения давления балки на большую площадь менее прочного, чем балка, материала опоры (камень, железобетон). Кроме того, опорные части должны обеспечить свободу деформации концов балки — поворот при прогибе балки, продольное смещение температур­ных и силовых деформаций, в противном случае в опоре возникнут не­желательные дополнительные напряжения. В соответствии с этими тре­бованиями применяют неподвижные и подвижные опорные части следу­ющих типов (рис. 7.29):

при пролетах до 20 м             .......    плоские опорные плиты (рис. 7.29, а,б)

при пролетах до 40 м            .......     тангенциальные     опорные     плиты (рис. 7.29, в)

при пролетах более 40 м      .......    катковые опорные части (рис. 7.29, г)

Опорные части изготовляют из литой или толстолистовой стали.

Площадь опирания плоских и тангенциальных опорных плит должна быть достаточной для передачи опорного давления балки на кладку стены или на бетон. Отсюда определяют размеры плиты

А_пл =аb =F/R_бет.                     (7.69)

Толщину плиты определяют из условия ее прочности на изгиб (рис. 7.29, в).

Расчетный изгибающий момент в среднем сечении плиты

M=F*a/2*4=Fa/8

Момент сопротивления этого сечения плиты

Wпл=bt2пл/6=M/Rγ

            Отсюда легко определить толщину плиты

    (7.70)

где F – расчетное давление балки на опору.

            Радиус поверхности тангенциальной опорной плиты определяют из условия местного смятия при свободном касании плоскости и цилиндрической поверхности по условной формуле «диаметрального сжатия», полученной путем преобразования формулы Герца,  :

r=F/2lRсм.к

(7.71)

где l – длина соприкосновения цилиндрической поверхности катка или тангенциальной опорной плиты с верхней плитой; Rсм.к=0.025 Rв – расчетное сопротивление «диаметральному сжатию катков» при свободном касании; оно получено из сопоставления формулы (7.71) с формулой Герца, причем для формулы Герца принято рас­четное сопротивление местному смятию при свободном касании, кН/см²:

Простейшие однокатковые опоры (рис. 7.29, г) состоят из двух плит, между которыми помещают каток, часто срезанный по бокам.

Верхнюю плиту, являющуюся прокладкой между балкой и катком, обычно назначают толщиной около 30 мм. Нижняя плита работает по­добно плите тангенциальной опоры, и ее размеры определяют по фор­мулам (7.69) и (7.70).

Чтобы уменьшить трение качения, диаметр катка, мм, назначают по приближенной формуле не менее

d=2r≥130+l/1000

(7.72)

где l — пролет балки.

Затем проверяют на местное смятие по формуле (7.71).

Для обеспечения правильного расположения катка в опорной части к нему с боков прикрепляют противоугонные планки, а в середине де­лают реборду, не дающую катку сдвинуться поперек.

Сопряжения балок. Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с по­ниженным расположением верхних поясов второстепенных балок (рис. 7.30) .

Этажное сопряжение (рис. 7.30, а) является простейшим, но оно из-за возможного отгиба пояса главной балки может передавать лишь не­большие опорные реакции. Это сопряжение можно усилить, поставив под вспомогательной балкой ребро жесткости и пригнав его верхний торец к верхнему поясу главной балки для предотвращения отгиба.

Сопряжения в одном уровне и пониженное сопряжение способны пе­редавать большие опорные реакции. Неудобство сопряжения в одном уровне (рис. 7.30, б) — необходимость выреза верхней полки и части стенки вспомогательной балки. Этот вырез ослабляет ее сечение и уве­личивает трудоемкость сопряжения; кроме того, число болтов, которые можно разместить на стенке балки, ограничено. Избежать этих не­удобств можно, приварив на заводе к торцу вспомогательной балки ко­ротыш из уголка, и уже его сопрягать на монтаже болтами или сваркой с ребром жесткости главной балки (рис. 7.30, в).

В этих сопряжениях опорная реакция со стенки примыкающей вспо­могательной балки передается через болты или монтажную сварку на специальное ребро, укрепляющее стенку главной балки. В качестве ра­ботающих применяют болты нормальной точности, а при больших опорных реакциях вспомогательных балок — высокопрочные болты.

Расчет сопряжения балок заключается в определении размеров сварных швов или числа болтов, работающих на срез и прикрепляю­щих балки друг к другу. Расчетной силой является опорная реакция вспомогательной балки, увеличенная на 20 % вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.

Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок (рис. 7.31) вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) пли «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные наклад­ки-рыбки пли через «рыбку» и столик.

 

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ (3 листа)