Коэффициенты стыка стенки балок 

Число рядов по вертикали k	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	1,4	1,55	1,71	1,87	2,04	2,20	2,36	2,52	2,69	2,86

Определяем шаг болтов по вертикали:

_{а = аmax/(k – 1) = 135 / (8 – 1) = 19,29 см.}

Шаг aрекомендуется округлять до 5 мм, он должен укладываться целое число раз в расстояние между крайними рядами болтовa₁. Окончательно принимаем по высоте накладки 8 рядов болтов с шагома= 200 мм, что меньше конструктивногоa_max= 208 мм. Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтова₁= (8 – 1) ∙ 200 = 1400 мм, между остальными –а₂= 1000 мм,а₃= 600 мм, а₄= 200 мм (см. рис. 5.14).

Длина вертикальных накладок (при с= 35 мм >с_min= 33,8 мм)

l_nw= (k – 1)a+ 2c= (8 – 1) ∙ 200 + 2 ∙ 35= 1470 мм.

Проверяется прочность стыка стенки по наиболее напряженному крайнему болту:

N_max= 955,43 · 1,4 / [2 (1,4²+ 1²+ 0,6²+ 0,2²)] =

= 199,05 кН < Q_bhk_sγ_с = 99,94 · 2 · 1 = 199,88 кН.

Условие выполняется.

При наличии в месте стыка поперечной силы Qстык стенки рассчитывается на совместное действие поперечной силыQи части изгибающего мо-

мента, воспринимаемого стенкой M_w. Наиболее напряженный крайний болт

рассчитывается на равнодействующую усилий по формуле

где V = Q/n– вертикальная составляющая усилия, действующая на один болт в предположении, что поперечная силаQполностью передается на стенку и принимается распределенной равномерно на все болтыn, расположенные на полунакладке с одной стороны стыка.

Проверяем элементы, ослабленные отверстиями d= 26 мм под болты.

Пояс ослаблен по краю стыка четырьмя отверстиями (n_as= 4) сечением

A_df =n_asdt_f= 4 · 2,6 · 2,5 = 26 см².

Площадь сечения нетто пояса определится:

A_n,f = A_f – A_df = 45 · 2,5 – 26 = 86,5 см² < 0,85A_f = 0,85 ∙ 112,5 = 95,63 см².

Проверку ослабленного сечения пояса производим по условной площади A_c,f = 1,18A_n,f = 1,18 ∙ 86,5 = 102,07 см².

Полагая, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, воспринимается силами трения, расчетное усилие в поясе и накладках, ослабленных четырьмя болтами в крайнем ряду, определяется по формуле

Производим проверку прочности ослабленного пояса:

Прочность пояса в месте монтажного стыка обеспечена.

Ослабление накладок четырьмя отверстиями (n_as= 4) по крайнему ряду

A_dn=n_asn_ndt_nf = 4 · 2 · 2,6 · 1,4 = 29,12 см².

Площадь сечения нетто накладок

Условная площадь

A_c,n= 1,18A_n,nf= 1,18 ∙ 89,88 = 106,06см².

Производим проверку прочности накладок:

Прочность накладок обеспечена.

При необходимости увеличивается толщина накладок t_nf.

5.11. Опирания и сопряжения балок

По конструктивному признаку различают два вида сопряжений балок с колоннами: опирание сверху (шарнирное) и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку выполняется в виде фланцевого соединения либо с помощью столика. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает кроме реакции еще и опорный момент. Опорный столик, выполняемый из неравнополочного уголка или толстого листа, воспринимает все опорное давление балки, передаваемого на колонну через швы. Швы рассчитываются на усилие, равное опорной реакции балки, увеличенной на 30%.

При поэтажном сопряжении балки настила или вспомогательные балки укладываются на главную балку сверху, проектное положение которых фиксируется на сжатом поясе главной балки болтами или сварными швами минимальных размеров (расчет не требуется) (рис. 5.15, а). Этот способ сопряжения балок требует большой строительной высоты балочной клетки. Чтобы увеличить строительную высоту главной балки, необходимо применить сопряжение балок в одном уровне верхних поясов или с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок.

Рис. 5.13.Шарнирные сопряжения балок:

а – поэтажное;б – в одном уровне;в – пониженное

Один из вариантов сопряжения балок в одном уровне может быть выполнен по схеме примыкания балок настила или второстепенных балок к главной балке сбоку через ребра жесткости, укрепляющие стенку главной балки от потери устойчивости. В этом случае необходимо шаг ребер назначать таким образом, чтобы они попадали под каждую балку.

Для обеспечения плотного примыкания стенки балки настила к ребрам

необходимо вырезать ее полки и часть стенки (рис. 5.15, б). Этот вырез ослабляет сечение балки, число болтов, которое можно разместить на стенке балки, ограничено. При пониженном сопряжении к торцу вспомогательной балки приваривается коротыш из уголка, через которыйосуществляется сопряжение с ребром жесткости главной балкиболтами.

В практике расчет болтов производится на опорную реакцию вспомогательной балки, увеличенную с целью повышения надежности на 20%, учитывающих неравномерность вовлечение болтов в работу за счет некоторого защемления в соединении.

В качестве примера рассчитываем сопряжение балки настила, выполненной из прокатного двутавра I27, с главной в одном уровне (см. п. 4.1.2). Толщина поясаt_′= 9,8 мм, толщина стенкиt_w′ = 6 мм, радиус внутреннего закругленияR = 11 мм.

Размеры ребра жесткости: ширина b_r= 75 мм, толщинаt_r= 6 мм.

Определяем расчетное усилие:

F_b= 1,2Q_max= 1,2 · 57,57 = 69,08 кН.

Крепление осуществляем болтами нормальной точности класса 4.6 диаметром d = 16 мм (рекомендуется 16 – 24 мм). Расчетная площадь сечения болтаА= 2,01 см²(см. табл. 3.11). Отверстия под болтыd_о=d + 3 = 19 мм.

Расчетное сопротивление срезу болта R_bs= 15 кН/см²(см. табл. 3.9). Расчетное сопротивление смятию элементов R_bр= 50 кН/см²при толщине проката от 4 до 10 мм с R_un= 38 кН/см², соединенных болтами, выполненных из стали класса С255, (см. табл. 3.10).

Расчетная высота стенки (рис. 5.16)

h_o =h –a₁–a₂= 270 – 35 – 20,8 = 214,2 мм, принимаем 210 мм,

где a₁=t_′+R = 9,8 + 11 = 20,8 мм < (t_ + 10) = 25 + 10 = 35 мм, принимаемa₁= 35 мм; a₂ =t_′+R = 20,8 мм.

Расстояния между центрами болтов (см. табл. 3.8):

минимальное

с_min= 2,5d_о= 2,5 ∙ 19 = 47,5 мм, принимаем 50 мм;

максимальное

с_max= 8d_о= 8 ∙ 19 = 152 мм или

с_max= 12t_min= 12 ∙ 6 = 72 мм, принимаем 70 мм.

Минимальное расстояние от центра болта до края элемента вдоль усилия

а= 2d_о= 2 ∙ 19 = 38 мм, принимаем 40 мм.

Определяем привязку болтов к оси главной балки:

b_о=t_w/2 +k_f+ 2d_о+10 = 12 / 2 +4 + 2 ∙ 19 + 10 = 58 мм.

Рис. 5. 16.Прикрепление балки настила к ребру

Ширина ребра для крепления балки настила при этом должна быть:

b_r,min=b_о–t_w/2 + 2d_о= 58 – 12 / 2 + 2 ∙ 19 = 90 мм > b_r=75 мм.

Принимаем ширину ребра жесткости. b_r= 90 мм,

Толщина ребра определятся из условия его устойчивости:

принимаем t_r=7 мм

Расчетное усилие N_b, которое может быть воспринято одним болтом:

– при срезе

N_bs=R_bsγ_bАn_s= 15 · 0,9 · 2,01 = =27,14 кН,

где γ_b = 0,9 – коэффициент условия работы для многоболтового соединения при работе на срез и смятие (см. табл. 3.13);

n_s= 1 – число расчетных срезов одного болта;

– при смятии

N_bр=R_bрγ_bd∑t= 46,5 · 0,9 · 1,6 · 0,6 = 40,18 кН,

где ∑t = t_w= 6 мм – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении (t_wилиt_r).

Необходимое количество болтов

N=F_b/(N_b,minγ_c) = 69,08 / (27,14 · 1) = 2,55.

Принимаем 3 болта с шагом с= (h_o– 2а)/2 = (210 – 2 · 40) / 2 = 65 мм, что большес_min= 50 мм и меньшес_max= 70 мм.

Площадь нетто стенки по ослабленному отверстиями под болты сечению

A_n= h_ot_w′ – nd_оt_w′= 21 · 0,6 – 3 · 1,9 · 0,6 = 9,18 мм.

Проверяем прочность стенки:

При прикреплении второстепенной балки к ребру через коротыш следует рассчитать сварные швы, прикрепляющие его к торцу балки, на совместное действие Q_max и М = Q_maxl, здесь l – расстояние от оси болтового соединения до рассматриваемых угловых швов.Расчет производится по металлу шва или по металлу границы сплавления: