А, б - открытого типа; в - замкнутого типа

Если вы намерены сопряжение сделать жестким, то примите специальные меры, обеспечивающие неподатливое прикрепление балки к колонне, разместив болты по всей высоте стенки балки, или объедините верхние пояса смежных балок с помощью накладки "рыбки", показанной на рис. 6.17, г пунктиром. Естественно, что в этом случае элементы сопряжения должны быть проверены расчетом на передачу изгибающего момента.

Сопряжение колонн с фундаментом также может быть шарнир­ным или жестким. Последнее требует устройства достаточно мощ­ных фундаментов и соответствующего защемления в них колонн с помощью анкерных болтов. При шарнирном сопряжении анкерные болты устанавливают конструктивно для фиксирования колонны в проектном положении и предотвращения случайного сдвига ее от­носительно фундамента.

Расчетная длина колонны при шарнирном сопряжении с балка­ми может быть принята равной ее геометрической длине, если пре­дусмотрено наиболее простое шарнирное сопряжение с фундамен­том, или уменьшена до 0,7L - при более дорогом жестком сопряже­нии. Если одновременно с этим пойти на дополнительное удорожа­ние верхнего узла, сделав его жестким, то расчетная длина сократит­ся до 0,5L и может быть получен суммарный выигрыш в стоимости колонны. Но не забывайте, что при этом ваши конструкции станут чувствительными к осадкам опор и, если подобная опасность суще­ствует, необходим соответствующий расчет

Примыкание конструкций к колонне сбоку.На рис. 6.52 показано конструктивное решение шарнирного узла при опирании балки на колонну сбоку. Опорная реакция балки передается с ее опорного ребра на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристрагиваются. Толщину столика принимают на 20...40 мм больше толщины опорного ребра балки.

Сварные швы, прикрепляющие столик к колонне (обычно по трем сторонам), рассчитывают по формуле l,3N/ [k_fl_w(βγ_wR_w)min γ_c] ≤1 Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между верти­кальными швами. Чтобы балка не зависала на болтах и плотно опи­ралась на столик, диаметр болтов принимают на 3...4 мм меньше диаметра отверстий.

42. Опирание подкрановых балок. Компоновка и расчет сопряжения верхней и нижней части колонны.В колоннах постоянного по высоте сече-ния подкрановые балки и другие конструкции опираются на специа-льные консоли (рис. 14.10). При кранах небольшой грузоподъемности применяются одностенчатые кснсоли

Консоль и швы ее крепления к колонне рассчитывают на изгибающий момент M=D_maxe и срез силой D_max

Напряжения у основания консоли и в швах ее крепления можно оп­ределить, предполагая, что момент восприни-мается только полками H =M/h_K, а вертикальная сила — стенкой. Полку колонны следует про­верить на растяжение в направлении толщины проката (линия /—/ на рис. 14.10, а).

В стенке колонны в месте примыкания консоли возникает сложное напряженное состояниие, и ее прочность проверяется по приведенным напряжениям по форму-ле

Где

А_ст-площадь стенки колонны

Швы крепления ребер колонны к стенке и полке необходимо прове­рить надействие усилия Н.

При передаче больших усилий устраивают двустенчатую консоль (рис. 14.10, в).

Сечение консоли проверяют на действие момента М = =D_maxe и перерезывающей силы D_max. Усилие в швах крепления консо­ли к ветвям колонны находят по правилу рычага: F=D_max[ (h+e)/h, F₁=D_maxe/h .

В ступенчатых колоннах подкрановые балки опираются на уступ колонны. Для передачи усилий от верхней части колонны и подкрановых балок на нижнюю часть в месте уступа устраивают траверсу. Высоту траверсы h_Tp при сопряжении верхней и нижней части сплошной колонны принимают равной 0,5—0,8 ширины нижней части колонны (рис. 14.11, а).

Усилие D_max через плиту толщиной 20—25 мм переда­ется на стенку траверсы. При передаче усилия через фрезерованную по­верхность стенка траверсы работает на смятие и проверяется по фор­муле

где l_cм=b_0.p + 2t_пл— длина сминаемой поверхности, b_0.p — ширина опорных ре-бер ба­лок, t_cт.тр t_пл — толщина стенки траверсы и плиты. Продольная сила N и изгибающий момент М от верхней части ко­лонны через вертикальные ребра также передаются на траверсу. В за­пас прочности допустимо считать, что усилия N и М передаются только через полки верхней части колонны: N_п=N/2±М/h_в, где N и М — уси­лия в сечении II- II. Соответственно требуемая длина шва крепления вертикального рео-ра к стенке траверсы (ш1) исходя из приварки четырьмя швами оп­ределяется по формуле

Из условия равнопрочности полки и шва крепления длину шва можно определить по предельному усилию в полке N_П=A_ПR, где А_п — площадь полки. В решетчатых колоннах траверса работает как балка двутаврового сечения, нагруженная усилиями N, М и D_max и имеющая пролет, рав­ный ширине нижней части колонны h_H (рис. 14.11, б).

Прочность тра­версы проверяется на изгиб и срез по формулам:

Здесь h_ст.тр, t_ст — высота и толщина стенки траверсы; W_Tp — момент сопротивления траверсы; М_тр, Q_Tp — изгибающий момент и поперечная сила.

Для симметричных колонн среднего ряда М_тр= (N/2+M/h_н)a, a

Q_тр = N/2+M/h_н+kD_max/2. Коэффициент k=l,2 учитывает неравномер­ную переда-чу усилия D_max .Швы крепления траверсы к ветвям колонны (ш2) рассчитывают на опорную реакцию траверсы F_тр=Q_тр, а шов крепления ребра, устанав­ливаемого с наружной стороны колонны напротив траверсы (шЗ), — на усилие F = kD_max/2.

Для большей надежности крепления траверсы в полке верхней ча­сти и в стенке подкрановой ветви

(см. рис.14.11) делают прорези, в ко­торые заводят стенку траверсы. В этом случае швы крепления травер­сы к подкрановой ветви рассчитывают на усилие F=N/2 + Mlh_н+D_max (для средней колонны).

На это же усилие следует проверить на срез (линия /—/) стенку подкрановой ветви в месте крепления траверсы

где t_ст.в — толщина стенки ветви.

При необходимо увеличить высоту траверсы или сделать более толстую вставку в стенке ветви колонны.

В колонне со сплошностенчатой подкрановой частью траверса опи­рается не только на полки, но и стенку колонны, поэтому расчет травер­се на изгиб не требуется, а прочность швов крепления траверсы к под­крановой полке (ш2) и стенки (по линии /—/) допускается (в запас) проверять на усилие D_max.

61. Узлы опирания балок на колонны и сопряжения балок между собой. 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 конструкций, 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 дли 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. 7.28,6). 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 (7.68) где F — опорная реакция балки; Ар — площадь смятия опорного ребра, в сварных балках принимается равной всей пристроганной части площади ребра; Rp — 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. 7.28а эта площадь заштрихо­вана) и длиной, равной высоте стенки балки: где —коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью , определен­ной относительно оси z-z, совпадающей с профильной осью балки (вдоль 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 описания балок сверху по рис. 7.28,б.

Сопряжения балок. Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов н 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 жесткостч 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. 7.30,6)—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,о). В этих сопряжениях опорная реакция со стенки примыкающей вспо­могательной балкн 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 внецентренно-сти 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) или «рыбку» н 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 или через «рыбку» и столик.