Балочная клетка ПГС / часть 1

20

Сдвигающая сила на 1 см длины балки определяется по формуле:

где n = 2 – при двусторонних швах; βf , βz – коэффициенты глубины проплавления [2, табл. 39]; Rwf – расчетное сопротивление углового шва по металлу шва [2, табл. Г.2]; Rwz = 0,45Run – расчетное сопротивление углового шва по металлу границы сплавления.

Окончательно катет шва принимается с учетом конструктивных требований [2, табл. 38].

Пример расчета поясных сварных швов для главной балки приведен в прил. 7.

РАСЧЕТ УЗЛОВ СОПРЯЖЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ

Сопряжение балок настила с главными балками

В нормальном типе балочной клетке сопряжение главных балок и балок настила может быть этажным или в одном уровне верхних поясов (рис. 9). При этажном опирании балок настила на главные балки соединения не рассчитывают. При сопряжении в одном уровне верхних поясов балки настила примыкают к главной балке сбоку с передачей нагрузки (опорной реакции) через соединительные элементы или опорные столики. Соединения проектируют болтовыми или сварными. Конструктивные варианты сопряжения балок и рекомендации по их расчету представлены в [8].

21

22

В рассматриваемом типе балочной клетки рекомендуется принимать сопряжения балок в одном уровне верхних поясов, которые могут передавать большие опорные реакции и позволяют уменьшить строительную высоту. Наиболее технологичными являются болтовые соединения балок настила через накладки, приваренные к их торцам, с поперечными ребрами жесткости главных балок (рис. 9, в). Расчет сопряжения балок заключается в определении числа болтов, работающих на срез или смятие, и размеров сварных швов крепления накладки к балке настила.

Для расчета болтового соединения предварительно задаются диаметром болтов нормальной точности (болты класса точности В). Рекомендуемый диаметр болта d = 20 мм. Для балок настила из двутавров I18 и I20, наибольший диаметр болта принимается d = 16 мм. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, определяется по [2, п. 14.2.9]:

на срез

Nbs = Rbs Ab ns γb γс ;

на смятие

Nbp = Rbp d Σt γb γс ,

где Rbs – расчетное сопротивление болта на срез [2, табл. Г.5]; Ab – площадь сечения стержня болта [2, табл. Г.9]; ns – число расчетных срезов одного болта; γb – коэффициент условий работы болтового соединения [2, табл. 41]; γс – коэффициент условий работы [2, табл. 1]; Rbp – расчетное сопротивление смятию болтового соединения [2, табл. Г.6]; d – наружный диаметр стержня болта; Σt – наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сми-

где 1,2 – коэффициент, учитывающий возможную неравномерность вовлечения болтов в работу; Rбн – опорная реакция балки настила; Nb,min – наименьшее из значений расчетных усилий одного болта на срез Nbs или смятие Nbp.

Конструктивно количество болтов в соединении принимается n ≥ 2. Болты рекомендуется размещать на минимальных расстояниях в соответствии с требованиями [2, табл. 40].

Накладки, привариваемые к стенкам балок настила, выполняются из листового горячекатаного проката толщиной 8…12 мм. Отверстия под болты ослабляют сечение накладки, поэтому ее необходимо проверить на срез по площади сечения нетто

τ = Rбн / Аn ≤ Rs γс .

Угловые сварные швы крепления накладки к стенке балки настила рассчитываются на совместное действие опорной реакции балки настила Rбн

23

и изгибающий момент М = Rбн е, где е – расстояние от оси болтов до центра тяжести сварного соединения.

Пример расчета сопряжения балки настила с главной балкой приведен в прил. 7.

Опорная часть главной балки

Сопряжение главных балок с колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к колонне (рис. 10). Различные варианты конструктивного решения таких сопряжений и рекомендации по их расчету представлены в [8]. Балку в месте передачи опорной реакции укрепляют опорным ребром. Опорное ребро надежно прикрепляют к стенке балки сварными швами, а торец ребра строгают для непосредственной передачи опорного давления на колонну. Выступающая вниз часть опорного ребра принимается а = 15 мм или а = 20 мм.

Размеры опорного ребра балки определяются из расчѐта на смятие при а ≤ 1,5 tр или сжатие при а > 1,5 tр . Из условия смятия торцевой поверхности при ар ≤ 1,5 tр требуемая площадь сечения ребра находится по формуле:

Ар = Rгб / Rр ,

где Rгб – опорная реакция главной балки; Rр = Run / γm – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности; Run – нормативное временное сопротивление стали опорного ребра балки [2, табл. В.5]; γm = 1,025 – коэффициент надежности по материалу, принимаемый по [2, табл. 3].

Из условия сжатия при ар > 1,5 tр требуемая площадь сечения ребра определяется по формуле:

Ар = Rгб / Rу ,

где Rу – расчетное сопротивление по пределу текучести стали опорного ребра балки [2, табл. В.5].

Ширина опорного ребра bр принимается равной ширине пояса в месте изменения сечения главной балки bр = b /f . Толщина опорного ребра находит-

пояса главной балки в измененном сечении. Окончательно величина tр уточняется по сортаменту на листовую сталь (прил. 2).

Опорный участок главной балки необходимо проверить на устойчивость из плоскости как центрально сжатую стойку с шарнирными концами, нагруженную опорной реакцией Rгб. В расчетное сечение стойки включают сече-

24

25

ние опорного ребра и часть стенки балки шириной bw = 0,65tw E / Ryw . Рас-

четная длина стойки принимается равной высоте стенки [2, п. 8.5.17]. Проверка устойчивости опорного участка балки

где Аоп.ч. = bр tр + bw tw – площадь опорной части; υ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, определяемый интерполяцией по [2, табл. Д.1] для типа сечения с в зависимости от условной гибкости , здесь

Сварные фланговые швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке балки, выполняются ручной сваркой или полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа. Швы рассчитываются на опорную реакцию главной балки с учетом предельной длины флангового шва lwmax = 85βf kf .

Определяется катет сварного шва: по металлу шва

по металлу границы сплавления

где n = 2 – для двусторонних швов.

Принимаемый окончательно катет углового шва должен удовлетворять конструктивным требованиям kf min ≤ kf ≤ kf max.

Шарнирное примыкание главных балок к колонне сбоку (рис. 10, б) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от опирания балок сверху по рис. 10, а. Передача опорной реакции балки на колонну осуществляется с помощью опорного столика, приваренного к полке колонны.

Балки на опорах соединяют между собой и с колонной болтами нормальной точности. По высоте эти болты рекомендуется располагать в нижней части сечения балки [8].

Пример расчета опорной части главной балки приведен в прил. 7.

26

Монтажный стык главных балок

Монтажные или укрупнительные стыки, необходимые для объединения отправочных элементов в единую конструкцию, выполняются на строительной площадке. Их применяют при необходимости членения конструкций на отправочные элементы, размеры которых ограничиваются условиями транспортировки и грузоподъемностью монтажных механизмов. Расположение стыков должно предусматривать членение балки на отдельные, по возможности одинаковые, отправочные элементы. В разрезной балке монтажный стык обычно располагают в середине пролета. Стыки составных балок могут быть сварными и болтовыми (рис. 11).

Болтовые монтажные соединения по сравнению со сварными стыками имеют меньшую трудоемкость, высокое качество исполнения специалистами более низкой квалификации, простоту замены при реконструкции. Монтажный стык балок выполняется на высокопрочных болтах и накладках. Каждый пояс балки перекрывается тремя накладками с двух сторон, а стенка – двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими пояса.

Расчет стыка поясов и стенки ведут раздельно, принимая распределение изгибающего момента между поясами и стенкой пропорционально их жесткостям

где Мmax – максимальный изгибающий момент, действующий в месте стыка;

Jw = tw hef 3 / 12 – момент инерции стенки главной балки; Jf = Jх – Jw – момент инерции поясов.

Для расчета стыка пояса определяется расчетное усилие в поясе Nf = Мf / (hef + tf ). Необходимое количество болтов на полунакладке

N f

n ≥ kQbh b с ,

где k – количество плоскостей трения соединяемых элементов; γb – коэффициент условия работы соединения [2, п. 14.3.4]; Qbh – расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяемое по формуле:

здесь Rbh – расчѐтное сопротивление высокопрочного болта, определяемое по [2, табл. Г.8]; Аbn – площадь сечения болта нетто [2, табл. Г.9]; μ, γh – соответственно коэффициент трения и коэффициент надежности, принимаемые

27

по [2, табл. 42] в зависимости от способа обработки соединяемых поверхностей и способа контроля натяжения болта.

В целях уменьшения размеров и массы накладок болты рекомендуется размещать на поясных накладках на минимальных расстояниях друг от друга в соответствии с требованиями [2, табл. 40].

Проверяется ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты по краю стыка и ослабление накладок в середине стыка. При статических нагрузках ослабление сечения элементов необходимо учитывать, если выполняется условие Аn < 0,85А. В этом случае проверку прочности следует проводить по условной площади Аef = 1,18Аn [2, п. 14.3.11].

Для расчета стыка стенки задается расстояние между крайними по высоте рядами болтов аmax . Определяется коэффициент стыка

где m – количество вертикальных рядов болтов на полунакладке (рекомендуется принимать m = 2); k – количество плоскостей трения соединяемых элементов.

В зависимости от полученного коэффициента α определяется количество болтов в одном вертикальном ряду k (прил. 4). В соответствии с требованиями [2, табл. 40] назначается шаг болтов и уточняется расстояние между крайними по высоте болтами аmax.

От изгибающего момента, действующего на стенку, в болтах крайнего ряда возникают максимальные горизонтальные усилия. Прочность стыка стенки проверяется по формуле:

Размеры накладок на стенке назначаются конструктивно, исходя уз условия размещения найденного количества болтов, при этом суммарная толщина накладок и их площади поперечных сечений должны быть не менее соответствующих значений стенки балки.

Определяется усилие натяжения высокопрочного болта Р = Rbh Аbn . Пример расчета монтажного стыка главной балки приведен в прил. 7.

28

29