Проектирование опорной части главной балки

При выборе конструктивного варианта оформления опорной части главной балки следует руководствоваться, прежде всего, способом сопряжения ее с колонной. При примыкании главной балки к колонне сбоку, опорная реакция от балки передается на колонну через опорные столики, имеющие небольшую площадь горизонтальной поверхности (обычно это – стальная пластина толщиной 30-40 мм, приваренная к колонне). Соответственно и элемент, передающий эту реакцию, должен иметь четко очерченную форму и небольшую площадь передающей поверхности. Все эти требования выполняются при опирании главной балки на колонну через торцевые диафрагмы в соответствии с рисунком 9а.

Для обеспечения равномерной передачи нагрузки от главной балки на колонну, поверхность торцов диафрагм строгается, а торцы опорных ребер «пригоняются» к поверхности полок.

При опирании главных балок на колонну сверху передача опорной реакции может осуществляться как через торцевые диафрагмы в соответствии с рисунком 9а, так и через опорные ребра в соответствии с рисунком 9б. Выбор варианта конструктивного решения опорного узла в этом случае во многом определяется конструкцией стержня колонны. Вариант опирания балки нижним поясом (передача реакции через опорные ребра) принимается обычно для случая сквозного сечения колонны с ветвями из прокатных двутавров или швеллеров с полками наружу (при этом, плоскости опорных ребер совмещают по вертикали с плоскостью стенок ветвей колонны). Для других вариантов конструктивного оформления стержня колонны передача опорной реакции через опорные ребра крайне нежелательна, так как может привести к существенной расцентровке стержня колонны из-за одностороннего смещения оси опорных ребер наружу (за габарит сечения колонны). То есть, для колонн с сечением из двух швеллеров с полками внутрь, из четырех уголков или одного составного двутавра наиболее приемлем вариант опирания главной балки через торцевую диафрагму в соответствии с рисунком 9а.

Предельным состоянием опорных ребер и диафрагм при их пристрожке к опорным поверхностям является смятие их торцов опорной реакцией.

Несущая способность этих элементов проверяется по формуле:

(99)

где A_о – площадь смятия, равная для опорной диафрагмы

(100)

для опорных ребер

(101)

R_p – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, определяемое по приложению М в зависимости от временного сопротивления (R_un) листового проката.

Ширина опорного ребра принимается равной:

мм. (102)

Рисунок 9 – Конструкция опорной части главной балки

а – с торцевой диафрагмой

б – с опорными ребрами

Опорные ребра «ввариваются» по трем сторонам без пропуска околошовных зон поясных швов, как это предусмотрено в промежуточных поперечных ребрах жесткости, основное назначение которых состоит в подкреплении стенки.

Ширина опорной диафрагмы обычно принимается равной ширине пояса главной балки на опоре (b_d = b_{f, 1}), что исключает появление дополнительных концентраторов напряжений в наиболее ответственных элементах конструкции, к которым относятся пояса главной балки и ее опорная диафрагма.

Толщину опорных ребер и торцевой диафрагмы необходимо согласовать со стандартом на универсальную листовую сталь (Приложение Е).

Наряду со смятием торцевой поверхности элементов, передающих опорную реакцию, в этих элементах (как в любых сжатых конструкциях) может произойти потеря устойчивости, что также должно быть исключено. При передаче опорной реакции главной балки на колонну через опорные рёбра прежде всего выполняется проверка местной устойчивости опорного ребра, как сжатой удлиненной пластинки, опертой по трем сторонам, по формуле:

(103)

Если местная устойчивость ребра не обеспечена, то следует увеличить его толщину t_h и уменьшить ширину b_h (в пределах требуемой площади A_o), не забывая при этом, что максимальная толщина ребра t_h не должна быть больше трех толщин стенки главной балки (3 t_w), а окончательная ширина ребра b_h назначается кратной 5 мм.

Кроме проверки местной устойчивости ребер, необходимо выполнить проверку устойчивости опорной части главной балки, так называемой условной опорной стойки, в состав сечения которой входят оба ребра и два участка стенки главной балки протяженностью c c каждой стороны ребра:

(104)

Проверка устойчивости такой условной стойки производится как для центрально-сжатых элементов по формуле:

(105)

где - условное напряжение в сечении стойки;

A_ef – площадь поперечного сечения условной стойки,

(106)

φ – коэффициент продольного изгиба, принимаемый по приложению П в зависимости от R_y и λ;

λ – гибкость условной стойки

(107)

i_z – радиус инерции сечения условной стойки относительно оси z:

(108)

Если условие устойчивости (105) не выполняется, то следует увеличить толщину опорного ребра t_h (если это еще возможно), или изменить класс стали опорных ребер (принять сталь с большим значением расчетного сопротивления R_y и, соответственно, R_p).

Размеры торцевой диафрагмы также должны обеспечивать её местную устойчивость

и устойчивость опорной части балки (условной стойки), как центрально-сжатого элемента (формула 105).

В этом случае площадь поперечного сечения условной стойки принимается равной:

а радиус инерции сечения относительно оси z определяется по формуле:

Если не обеспечена местная устойчивость торцевой диафрагмы, то следует увеличить ее толщину t_d (не забывая, что она не может быть больше трех толщин стенки главной балки - 3 t_w).

Если не обеспечена устойчивость условной опорной стойки, то прежде всего следует увеличить ширину опорной диафрагмы b_d, согласовав этот размер с возможной конструктивной шириной опорного столика b_s для бокового варианта примыкания главной балки к колонне и, обязательно, с шириной полосы из стандарта на универсальную сталь (Приложение Е).

.