Опирание балки на столик
Обновлено: 19.05.2024
Усилие, воспринимаемое столиком, N=1000 кН (см. рисунок 1). Эксцентриситет приложения силы N мал, и мы им пренебрегаем. Материал колонны и столика — сталь С245. Нормативное сопротивление листового и широкополосного универсального проката Run = 370 Н/мм 2 = 37 кН/см 2 .
Расчетное сопротивление стали С245 Ry = 245 Н/мм 2 = 24,5 кН/см 2 .
Сварка выполняется в среде углекислого газа проволокой Св-08Г2С.
Согласно нормам и техническим условиям нормативное сопротивление металла шва Rwun = 490 Н/мм 2 = 49 кН/см 2 .
Расчетное сопротивление металла углового шва срезу (условному) Rwf = 215 Н/мм 2 = 21,5 кН/см 2 .
Расчетное сопротивление металла по границе сплавления Rwz = 0,45 * 37 = 16,65 кН/см 2 .
Решение.
Определяем коэффициенты проплавления при нижнем положении шва и диаметре проволоки
Определяем расчетное сечение шва:
βfRwf = 0,9 * 21,5 = 19 кН/см 2 ;
βzRwz = 1,05 * 16,65 = 17,48 кН/см 2 .
Поскольку βfRwf > βzRwz, рассчитываем сечение по металлу границы сплавления.
Ширина столика b = 200 мм.
Столик приварен тремя швами (см. рисунок 1а) — двумя фланговыми и одним лобовым.
Сила N приложена к центру тяжести сечения столика. Нормы и технические условия разрешают учитывать общую длину швов.
При расчете по металлу границы сплавления расчетная длина швов
lw = N/βzkfRwzγc;
γc = 1.
Задаемся катетом шва kf = 12 мм.
Следовательно, lw = (47,67 — 20)/2 = 13,84 см.
Принимаем высоту столика с учетом 10 мм на непровар и кратер в концевых участках шва
h = 13,84 + 1 = 14,84 ≈ 15 см.
При пластичном металле такой расчет соединения достаточно надежен. В случае малопластичного металла фланговый и лобовой швы будут работать неравномерно и лобовой шов, работая на сжатие, окажется перегруженным как менее деформативный. В этом случае в запас прочности можно считать, что все нагрузки от столика на колонну передаются только через фланговые швы (см. рисунок 1б).
Тогда lw = 47,67 см распределяется между двумя швами и высота столика будет
h = (47,67)/2 + 1 = 24,84 см.
Принимаем высоту столика h = 250 мм.
При опирании на столик следует учитывать возможную непараллельность торцов опорных ребер балки и столика вследствие недостаточности при изготовлении и в связи с этим неравномерную передачу давления между торцами.
При этих условиях длину одного флангового шва определяют из условия
lw = 1,3N/2βzkfRwz = 1,3*1000/2*1,05*1,2*16,65 = 31 см.
Высота столика
h = lw + 1 = 31 + 1 = 320 мм = 32 см.
Примыкание балок к колоннам сбоку при помощи столика
Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.
На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из швеллеров). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.
Примыкание балок к колоннам сбоку
На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите формулы). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите формулы).
Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.
На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.
Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.
Примыкание балок к колоннам сбоку при помощи столика
На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.
Однако расчетную длину шва lш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.
Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.
Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле
Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).
Расчет сварных швов крепления опорного столика сопряжения балок
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. 15, а), либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну (рис. 15,6). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по рис. 15, а) центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.
Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра
Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 15, б) не должна превышать a < 1,5 tOP 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 0,65 в каждую сторону (на рис. 15, б, а эта площадь заштрихована) и длиной, равной высоте стенки 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 по рис. 15, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от описания балок сверху по рис. 15, б.
Расчет сварных швов крепления опорного столика сопряжения балок
Однако расчетную длину шва lш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.
Опорные узлы балки
Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.
При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.
Опирание балки на колонну сверху.
При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:
где F — опорная реакция балки;
Ар — площадь смятия опорного ребра;
Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.
Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.
Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂
Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.
Опирание 2-х балок на колонну сверху.
Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.
Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел. Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).
Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом
В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.
Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.
Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.
Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.
Шарнирное опирание балки на колонну сбоку
При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.
При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.
Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.
Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.
При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.
Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения
Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.
В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).
Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.
Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.
Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения
При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.
Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки
Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки
ПРОЦЕСС ОПИРАНИЯ ДВУХ БАЛОК С ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ КОЛОНН
4. между ними придется установить соответствующие пластины, чтобы потом лишний раз не пришлось стягивать их вместе.
Помимо этого можно опереть сразу две балки на один оголовок колонны с помощью следующей конструкции
В данной соединительной части главную роль играет балка, расположенная на нижней полкой на самом оголовке каждой колонны.
1. Чтобы передавать всю поперечную силу ее придется усилить ребром.
2. Ребро дальше крепим так, чтобы при процессе монтажных работ оно оказалось над самой полкой колонны.
3. Дальше их необходимо соединить болтами, а также с помощью специальных накладных пластинок (проследите, что вся нагрузка располагалась симметрично).
4. Здесь тоже не нужно соединять все балки с верхней части, чтобы не образовался узел.
5. Ребра же на колоннах в данном случае не потребуются.
6. Между ними лучше всего оставить небольшой проем, размером в 10 или 20 мм.
ШАРНИРНЫЕ КРЕПЛЕНИЯ НА КОЛОННЫ С БОКОВОЙ ЧАСТИ
При любом креплении с боковой стороны нужно рассчитать все колонны и создать так называемый эксцентриситет. При опирании при помощи шарнирного крепежа нагрузка будет передаваться только через опорное ребро и только на опорный стол. Небольшой столик обычно производят из прочного листового стального материала, но или используют не равнополочного угла. Высота столика может быть определено при условии прочной установки каждого сварного шва. Тут необходимо столик приварить с трех основных сторон. Общую ширину этого столика придется делать с учетом на 20 - 40 мм, немного больше размера балочного ребра.
Общий диаметр всех отверстий создаются на 3 или 4 мм больше диаметральных параметров каждого болта, но только, чтобы она не могла повиснуть на болтах, а наоборот успела прекрасно лечь на данный столик.
При использовании шарнирного опирание ребер в колонну каркаса не потребуется. Между данным ребром, служащим в качестве опоры, а также колонны монтируется металлическая прокладка, толщина, которой не должна превышать 5 мм.
СОПРЯЖЕНИЕ С КОЛОННАМИ В ЖЕСТКОМ ВАРИАНТЕ (СВАРКА)
Изготовить жесткую соединительную деталь можно будет только при помощи болтов, но или прибегнуть помощи сварки. Все же болтовой вариант соединения считается более технологичным. Так как в данном случае практически все детали разрабатываются, а также окрашиваются на производстве. При построении каркаса придется их просто установить, а болты потуже затянуть.
Между опорными ребрами, а также колонны придется установить несколько стальных прокладок, чтобы балки и колонны плотно прилегали друг к другу. То есть в данном случае зазора между ними не должно быть.
Максимальное количество необходимых болтов придется рассчитывать только согласно возникающему моменту.
Как оформить тьютора для ребенка законодательно: Условием успешного процесса адаптации ребенка может стать.
Роль языка в формировании личности: Это происходит потому, что любой современный язык – это сложное .
Поиск по сайту
Читайте также: