Опорные узлы балки

Опорные узлы балки.

Сопряжения балки со стальными колоннами.

Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.

Опирание балки на колонну сверху.

uzlibalki01

При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:

uzlibalkif001

 

где F — опорная реакция балки;

Ар — площадь смятия опорного ребра;

Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂

uzlibalki02

Толщина опорной площадки обычно принимается  20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

uzlibalki03

 

Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел.  Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).

Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом

uzlibalki04

 

В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.

Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.

uzlibalki05

 

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

uzlibalki06

При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.

Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.

Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.

При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.

uzlibalki07

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

uzlibalki08

Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.

В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).

Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.

Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.

uzlibalki09

 

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

uzlibalki10

При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.

uzlibalki11

 

_____________________________________________________________________

Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

 

This article has 37 Comments

  1. Денис, спасибо за ваш труд, читаю статьи с огромным удовольствием! Все подробно и доходчивою. Ждем новых статей!

  2. Если колонна будет круглого сечения (труба ф325) это что то изменит? или принцип останется тот же?

    1. Если опереть сверху, то желательно вварить ребро в месте передачи нагрузки, т.е. сделать прорезь и вставить туда лист стали, чтобы нагрузка точечная перераспределилась по окружности.
      Если крепим связи или балку сбоку, то к колонне привариваем фасонку и к ней уже на болтах или сварке закрепляем необходимый элемент.

  3. Какие узлы опирания балок на колонны вы можете посоветовать при сейсмике 8б. Смущает узел опирания на колонну сверху через ребро и болтики. Горизонтальные перемещения думаю вырвут эту балку. Хотя хочется применить узел второй в вашей статье. Но что то сомнения на счет этого

  4. Часто встречается опирание наклонной балки на колонну. Но найти чертеж узла трудно.
    в чем дело?

  5. Про круглую колонну понятно, а если колонна — коробка? а балки приходят на неё с четырёх сторон. Как тогда лучше решить узел? Есть один вариант на примете, но хотелось бы услышать ваше мнение.

      1. С таким узлом не сталкивался, но можно не много порассуждать.
        Снизу конечно нужно сделать опорную площадку, на которую установим балку. Зазор между колонной и балкой необходимо заполнить стальной пластиной.
        Сверху болтами закрепить врятли получится — когда болты во все 4 стороны будут придется трудно и на монтаже и при проектировании.
        Поэтому сверху балки более приемлемым вариантом считаю сварку. Навариваем пластину на стойку и соединяем её по всему периметру. Получится как юбка. Только надо как-то в узле усилить или рассчитать стойку на местное продавливание, чтобы под нагрузкой труба не деформировалась.
        Ещё есть идея разрезать в этом месте трубу и вставить крестовину из стальных листов, если сверху колонна не продолжается. А уже на эту крестовину закрепить балки.

        1. Спасибо. В итоге был принят вариант, похожий на ваш второй. Сделали прорезные пластины, между ними вертикальные ребра. Получился тот же двутавр. И потом к нему крепим балки по принципу монтажного стыка балок.

  6. Здравствуйте ! Как правильно сделать опирание балки на колонну, если балка опирается не своим краем, а на каком-то расстоянии от края ?

    1. Не понял вопроса.
      Имеете ввиду балка подходит сбоку, но по каким-то причинам не может опираться торцом? Тогда делайте консоль на колонне и на консоль опирайте, только консоль нужно посчитать, и учесть возникающий изгибающий момент в колонне от плеча приложения нагрузки.

  7. Спасибо ! Я имел в виду немного другое. Балка проходит сверху колонны, но опирается не торцом, а на определенном расстоянии от торца. Как в равномоментной схеме. Так вот, я интересуюсь знать, как выполнить в этом случае опорный элемент. В виде ребра или просто опереть балку плоскостью пояса на плоскость опорной площадки колонны.

    1. Посмотрите 3-ий цветной рисунок сверху (Опирание 2-х балок на колонну сверху). Не обязательно должны быть 2-е балки, можно и одну, но тогда учитывайте эксцентриситет при расчётах.
      Или профиль балки не двутавр?
      По правильному нужно чтобы вся нагрузка перешла на ребро колонны, а в балке должно быть усиление в месте передачи нагрузки, но если нагрузка не большая, то и усиления не нужно.

  8. Добрый день! Хотел узнать, а какова роль пластины с двух сторон, которая стягивает две балки 4 болтами? (На рис. вариант опирания 2-х балок нижними полками на оголовок колонны.)

    1. Балки кроме горизонтальной нагрузки, как правило, еще передают горизонтальную нагрузку (ветровую, сейсмику, от крана). Если балки соединить, то нагрузка будет более равномерно распределяться. Конечно по идее они соединены через оголовок колонны, но так как-то надежнее.

  9. Подскажите. При опирании 2-х балок на колонну сверху, какое количество и диаметр болтов( у вас на рисунке 3). И на каких расстояниях их устанавливать по высоте опорно ребра?

    1. Если узел шарнирный, то 2-х болтов на одну балку вполне хватает, всё равно без затяжки работать будет только один болт-два болта. Диаметр нужно рассчитывать в зависимости от горизонтальной нагрузки на балку, если её нет принимать конструктивно М16-20.

  10. Какая роль болтов в Жестком сопряжении балки с колонной при помощи сварного соединения ??? Зачем они? Если опорный столик полностью воспринимает поперечную силу нужна ли планка соединяющая стенку ригеля с полкой колонны?

  11. Какие элементы в последнем узле (с накладками) воспринимают опорный момент? Накладки? А болты служат просто для фиксации балки?

    1. Вертикальную нагрузку воспринимает опорный столик, пластина которая служит ребром. Болты для временной фиксации балки, хотя часть нагрузки они конечно несут, но она будет в запас уже идти.

    1. В представленных узлах все узлы, при отпирании сверху, жесткие.
      Если найдете жесткий узел при опирании сверху, то скиньте, я добавлю.

  12. Денис, для удобства обсуждения, хороше бы если были подписаны рисунки.
    Опирание 2-х балок на колонну сверху. это ведь не жесткий узел, как вы пишите в комментариях
    «Denis Gizatulin:
    27.01.2016 в 10:51 дп
    В представленных узлах все узлы, при отпирании сверху, жесткие.
    Если найдете жесткий узел при опирании сверху, то скиньте, я добавлю.»

  13. Денис, подскажите пожалуйста алгоритм расчёта Жесткого сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения, особенно интересует опорный столик.

  14. Здравствуйте ! Где так же детально посмотреть опирание металлической балки на железобетонную колонну и железобетонную плиту ? В частности можно ли на оголовок колонны или на плиту положить лист, а на лист опереть балку, как на рис. 1 ?

    1. В идеале в ж.б. колонну устанавливается закладной элемент при изготовлении. Закладной элемент представляет собой пластину, которая закреплена к арматуре колонны. Потом к этой пластине при помощи сварки присоединяют металлический профиль.
      Если закладного элемента нет, то обычно колонну обваривают по периметру, т.е. устанавливают 4 уголка по краям колонны и приваривают пластины, а в колонну устанавливают анкера, которые закрепляют пластину. В этом случае крепление обычно идет сбоку. К пластинам приваривают необходимые элементы для крепления, а соединение балки удобнее осуществить при помощи сварки.

      1. Спасибо ! Еще хотелось бы узнать, почему при шарнирном опирании металлической балки на ж.б. колонну сверху не используют схемы рис. 1 и 2, т.е. через ребро ? Опирают как на рис.3, плоскостью пояса на плоскость закладной.

        1. На рис. 1 и 2 есть ребро жесткости прямо под ребром балки. Т.е. нагрузка перераспределяется этим ребром. В ж.б. колонне так сделать не получится и при слишком сильной нагрузке бетон может просто расколоть из-за очень большой местной нагрузки. Сталь всё-таки на много прочнее бетона. Поэтому нагрузку на бетон нужно распределить.

  15. При опирании двух балок сверху на колонну нижними полками(без ребер) и при прогибе балки, колонна будет нагружена не по центру, а с эксцентриситетом и нужно колонну рассчитывать с учетом его.

  16. Здравствуйте! Подскажите пожалуйста, из каких соображений делается форма сечения на последнем рисунке? его можно сделать просто треугольным?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *