Опорный узел главной балки

· Нагрузка от главной балки передаётся на колонну через опорное ребро, приваренное к торцу балки и выступающее вниз на величину а_r = 10…15 мм (рис. 7). Для обеспечения равномерной передачи давления торец ребра необходимо строгать.

Рис. 6. Изменение сечения балки по длине

Рис. 7. Опорное ребро главной балки

Ш1

V

tr

торец строгать

L/2

нижний пояс

верхний пояс

 

Определение размеров опорного ребра

 

· Ширину опорного ребра удобно принять равной ширине пояса балки: .

· Толщина ребра определяется из условия его работы на смятие:

 

,

 

где V – опорная реакция главной балки; V = Q_max = 746бб928 кН; R_p – расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности; равно расчётному сопротивлению стали по временному сопротивлению R_u (прил. 1); для листовой стали толщиной 10…20 мм R_p = R_u = 460 МПа = 46,0 кН/см².

· В соответствии с сортаментом принимаем t_r = 1,0 cм.

Расчёт сварных швов крепления опорного ребра к стенке балки

· Через сварной шов Ш₁ опорная реакция V передаётся с ребра на стенку балки. Сварное соединение осуществляется полуавтоматической сваркой.

Расчётное сопротивление металла шва R_wf = 240 МПа (прил. 2); коэффициент проплавления β_f = 0,9 (табл. 34* СНиП [2]); R_wf β_f = 240 × 0,9 = 216 МПа.

Расчётное сопротивление металла границы сплавления шва R_wz = 0,45 R_un = 0,45 × 470 = 211 МПа, где R_un – нормативное сопротивление стали по временному сопротивлению, для листового проката толщиной 10…20 мм R_un = 470 МПа (прил. 1); коэффициент проплавления β_z = 1,05 (табл. 34* СНиП [2]); R_wz β_z = 211 × 1,05 = 221 МПа.

R_wf β_f < R_wz β_z (216 МПа < 221 МПа), поэтому расчётной является проверка по металлу шва.

· Необходимая величина катета шва крепления опорного ребра с учётом ограничения по предельной длине шва (l_w < 85 b_f k_f):

 

,

 

где n = 2 (ребро приваривается двусторонними швами).

· Минимальный катет шва определяем по прил. 3 в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов: k_f,min = 5 мм (соединение тавровое с двусторонними угловыми швами, стенка толщиной t_w = 10 мм соединяется с ребром толщиной t_r = 12 мм). Принимаем окончательно катет шва k_f = 6 мм > k_f,min .

· Расчётная длина шва не должна превышать высоту стенки балки (с учетом 2 см на дефекты по концам шва):

 

2. Сопряжение главной балки и балки настила

· Сопряжение балок происходит в одном уровне и выполняется на болтах. Стенка балки настила прикрепляется к поперечному ребру жесткости главной балки, для этой цели предусматривается обрезка полок и части стенки балки (рис. 8).

Определение необходимого количества болтов

· Для соединения используем болты нормальной точности, класса точности С, класса прочности 5.6, диаметром 20 мм (d_b = 20 мм). Диаметр отверстия назначаем на 2 мм больше диаметра болта: d₀ = 22 мм.

· Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом при его работе на срез:

 

,

 

где R_bs – расчетное сопротивление болтов срезу; для болтов класса прочности 5.6

 

R_bs = 190 МПа = 19 кН/см² (табл. 58* СНиП [2]);

 

γ_b – коэффициент условий работы болтового соединения; при установке нескольких болтов для учёта неравномерности их работы принимается γ_b = 0,9 (табл. 35* СНиП [2]);

А_b – расчётная площадь сечения болта; для болтов диаметром 20 мм А_b = 3,14 см² (табл. 62* СНиП [2]);

n_s – число расчётных срезов болта; n_s = 1 (односрезное соединение).

· Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом из условия работы на смятие поверхности отверстия:

 

где t_min – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; болты соединяют стенку балки настила толщиной d = 0,65 см (двутавр I30, è см. п. 2) с ребром жёсткости толщиной t_h = 0,8 см (см. п. 3), тогда t_min = d = 0,65 см;

R_bp – расчётное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами; определяется по табл. 59* СНиП [2] (см. ниже) в зависимости от сопротивления R_un элемента, имеющего t_min: для балки настила R_un = 370 МПа (сталь С245), тогда R_bp = 450 МПа = 45 кН/см².

 

Run, МПа	370	380	390	470	490	510
Rbp, МПа	450	465	485	675	690	735

 

· Наименьшее значение расчетного усилия, воспринимаемого одним болтом:

 

 

· Необходимое число болтов в соединении:

 

 шт.,

 

где 1,2 – коэффициент, учитывающий возможное увеличение опорной реакции вследствие частичного защемления балки в закреплении;

D = Q_max = 62,24 кН – опорная реакция балки настила (из п. 2).

· Принимаем n = 2 (крепление на двух болтах).

Размещение болтов

· Назначаем расстояния между центрами болтов и от центров болтов до края элемента (рис. 8).

Рис. 8. Узел сопряжения главной балки и балки настила

скруглять углы для снижения концентрации напряжений

скос ребра жёсткости 40´60 мм для пропуска поясных швов и снижения усадочных напряжений

 

Таблица 4.1.

Расстояние	между центрами болтов	от центра болта до края элемента (вдоль усилия)
Минимальное	s1 ³ 2,5 db = 2,5×20 = 50 мм	s2 ³ 2 db = 2×20 = 40 мм
Максимальное	s1 £ 8 db = 8×20 = 160 мм s1 £ 12 tmin = 12×5,4 = 64б8 мм	s2 £ 4 db = 4×20 = 80 мм s2 £ 8 tmin = 8×5,4= 43,2 мм
Принятое	s1 = 50 мм	s2 = 40 мм

 

· Высота стенки балки настила на участке размещения болтов (при двух болтах):

 

а_w = s₁ + 2s₂ = 50 + 2×40 = 130 мм < h = 300 мм.

 

Проверка опорного сечения балки настила на срез

· Срез ослабленного (отверстиями и вырезом полок) сечения балки настила не произойдёт, если выполняется условие:

 

,

 

где R_s – расчетное сопротивление стали балки настила на срез; R_s = 13,92 кН/см² (из п. 2); d – толщина стенки балки настила; γ_с – коэффициент условий работы; для учёта упругопластической работы материала соединяемых элементов принимается γ_с = 1,1 (табл. 6* СНиП [2], поз. 8); l_s – расчетная длина среза; при двух болтах (n = 2):

 

,

 

тогда

 

· Если проверка не выполняется, устанавливают три болта, заново вычисляют а_w, l_s, t:

 

а_w = 2s₁ + 2s₂=180; l_s = a_w – 3d₀=180-3*22=1,14; t =12,31

 

При необходимости уменьшают диаметр болта.