5.8. Расчет соединения поясов балки со стенкой

Соединение поясов со стенкой в составной сварной балке осуществляется швами, обеспечивающими совместную работу поясов и стенки и предотвращающими при изгибе балки их взаимный сдвиг. При наличии местной нагрузки, действующей на пояс от балок настила в месте, не укрепленном поперечным ребром жесткости, кроме работы на сдвиг поясные швы испытывают дополнительно срез от местного вертикального давления (рис. 5.10).

Соединение выполняется автоматической сваркой угловыми непрерывными швами одинаковой толщины по всей длине балки.

Расчет сварного шва производится на прочность по металлу шва или по металлу границы сплавления на усилие, приходящееся на 1 см длины балки.

Длина шва соответственно принимается в расчете равной 1 см.

Рис. 5.10. К расчету поясных соединений

При β_zR_wz = 1,15 · 16,65 = 19,15 кН/см² < β_fR_wf = 1,1 · 18 = 19,8 кН/см² шов рассчитываем по металлу границы сплавления по формуле:

где – усилие на единицу длины шва от поперечной силы на опоре Q_max, сдвигающее пояс относительно стенки;

S_f1 = 4575 см³, I₁ =1035188 см⁴ – статический момент пояса и момент инерции относительно нейтральной оси сечения балки на опоре (см п. 5.4);

– давление от сосредоточенной силы F_b на единицу длины шва;

– при расчете по металлу шва (см. табл. 3.6);

β_z = 1,15 – при расчете по металлу границы сплавления;

– расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по границе сплавления;

R_wf = 18 кН/см² – расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по металлу шва, принимаемое по табл. 2.7 в зависимости от марки сварочной проволоки, которую выбирают по табл. 2.5 для автоматической сварки стали принятого класса;

R_wz = 0,45R_un = 0,45 · 37 = 16,65 кН/см² – расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по границе сплавления;

R_un = 37 кН/см² – нормативное сопротивление основного металла, принимаемое по табл. 2.3.

Следует иметь в виду, что T и V вычисляются в одном и том же сечении, т.е. там, где σ_loc ≠ 0.

Требуемый катет сварного шва определяется по формуле

При отсутствии сосредоточенной силы F_b (σ_loc = 0) второй член под знаком радикала исключается и катет определяется из условия среза шва силой Т:

где n = 1 – при одностороннем шве, n = 2 – при двустороннем.

По табл. 3.3 для автоматической сварки более толстого из свариваемых элементов t_f = 25 мм из стали с пределом текучести до 28,5 кН/см² принимаем минимальный катет шва k_f,min = 5 мм.

5.9. Конструирование и расчет опорной части главной балки

Передача нагрузки от главной балки, установленной сверху на колонну, осуществляется через торцевое опорное ребро (возможен вариант передачи опорной реакции балки через ребра, опорная поверхность которых совмещается с осью полки сплошной колонны или ветви сквозной). Торец ребра рассчитывается на смятие, для чего он строгается. Выступающая часть а не должна быть больше 1,5t_r (рис. 5.11) и обычно принимается 15 – 20 мм.

Расчет ребра производится на усилие F_b, равное опорной реакции балки:

F_b = Q_max = 1033,59 кН.

Определяем площадь торца ребра:

A_r = b_rt_r = F/(R_pγ_c) = 1033,59 / (36,1 · 1) = 28,63 см²,

где R_p = 36,1 кН/см² – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (см. табл. 2.4).

По конструктивным соображениям размеры опорного ребра рекомендуется принимать: t_r ≥ 16 мм; b_f1 ≥ b_r ≥ 180 мм.

Рис. 5.11. К расчету опорной части балки

Задавшись толщиной опорного ребра t_r = 16 мм, определяем его ширину: b_r = A_r/t_r = 28,63 / 1,6 = 17,89 см.

Принимаем ребро из листа 20016 мм с площадью A_r = 32 см².

Из условия обеспечения местной устойчивости толщина опорного ребра t_r должна быть не менее где b_r,ef = (b_r – t_w)/2 = (20 – 1,2) / 2 = 9,4 см – ширина выступающей части опорного ребра.

Опорный участок балки следует рассчитывать на устойчивость из плоскости балки (относительно оси z-z) как центрально-сжатую стойку, нагруженную опорной реакцией, с расчетной длиной, равной высоте стенки , по формуле

где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии принимаемый в зависимости от условной гибкости по табл. 6.1 для типа кривой устой-

чивости «с» (табл. 5.10).

Таблица 5.10

Характеристики кривых устойчивости

Тип сечения			Тип кривой устойчивости
			a
			b
			c

Расчетное сечение стержня включает в себя площадь опорного ребра A_r и площадь устойчивого участка стенки, примыкающего к ребру, шириной

Определяем расчетные характеристики стойки:

площадь

A_s = A_r + ct_w = 32 + 22,85 · 1,2 = 59,42 см²;

момент инерции

радиус инерции

гибкость

_{λz = hw / iz = 150 / 4,24 = 35,38;}

условная гибкость

Производим проверку:

где φ = 0,878 – коэффициент устойчивости при = 1,2.

Опорная часть балки устойчива.

Прикрепление опорного ребра к стенке балки осуществляется механизированной сваркой в среде углекислого газа. Проволока Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* для сварки стали класса С255. Расчетные характеристики сварного шва: R_wf = 21,5 кН/см²; R_wz = 16,65 кН/см²; β_f = 0,9; β_z = 1,05 (см. табл. 2.5, 2.7 и 3.6). Учитывая, что β_zR_wz = 1,05 · 16,65 = 17,48 кН/см² < β_fR_wf = 0,9 · 21,5 = = 19,35 кН/см², шов рассчитываем по металлу границы сплавления.

Условие прочности сварных угловых швов, работающих на срез:

откуда определяем катет шва:

Принимаем шов с k_f = 7 мм, что больше k_f,min = 4 мм (см. табл. 3.3).

Проверяем максимальную длину расчетной части шва:

укладывается в конструктивную длину шва, равную высоте стенки. Ребро привариваем к стенке по всей высоте непрерывными швами.

Главные балки скрепляются на опоре между собой через две прокладки суммарной толщиной, равной конструктивному зазору, и с колонной монтажными болтами диаметром 16 – 20 мм, фиксирующими проектное положение балок. Болты взаимного сопряжения балок размещаются в их нижних зонах, что позволяет считать его шарнирным, так как допускается некоторый поворот опорного сечения балок за счет податливости болтового соединения.