5.4. Расчёт и конструирование узлов соединения элементов балки

5.4.1. Опорный узел

Принимаем опирание балки на колонну сверху. Нагрузка передается через опорное ребро, приваренное к торцу балки и выступающее вниз на величину а_r = 10…15 мм (рис. 5.4). Для обеспечения равномерной передачи давления торец ребра необходимо строгать, о чём указывается на чертеже. Расчетной нагрузкой для опорного ребра является опорная реакция главной балки: V = Q_max = 1080,23 кН.

Рис. 5.4 Конструктивная и расчётная схема опорного ребра главной балки.

Торец строгать

А) ПРОВЕРКА ОПОРНОЙ ПЛОЩАДКИ РЕБРА НА СМЯТИЕ

• Необходимая площадь торца ребра определяется из условия его работы на смятие:

,

Расчётное сопротивление R_p принимается для листовой стали толщиной 10…20 мм.

• Ширину опорного ребра удобно принять равной ширине пояса балки . В других случаях ширина ребра должна соответствовать ширине листов стали по сортаменту и не быть меньше ширины промежуточных ребер жесткости.

• Необходимая толщина ребра: ,

в соответствии с сортаментом принимаем t_r = 1,2 cм > t_h = 0,8 см.

• Если , то площадь смятия опорного ребра необходимо определять из условия работы на сжатие (вместо R_p использовать R_y).

Поэтому примем ; принимаем а_r = 1,5 см.

Б) ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ОПОРНОГО РЕБРА

• В соответствии с п. 7.12 СНиП [2] опорное ребро рассчитывается на продольный изгиб как стойка, нагруженная опорной реакцией. В расчётное сечение этой стойки включается сечение ребра жесткости и полоса стенки шириной b:

.

• Площадь сечения стойки: .

• Момент инерции сечения стойки: .

• Радиус инерции: .

• Расчетная длина стойки принимается равной высоте стенки h_w , тогда гибкость стойки

• Определяем коэффициент продольного изгиба φ: здесь имеется 2 способа, и можно воспользоваться любым из них.

1) По таблице 72 сНиП [2] (см. Приложение 6) путём интерполяции:

R_y = 315 МПа ; λ = 30,56 ; φ = ?

λ	Ry = 280	Ry = 320	Ry = 315
30 40	924 883	917 873	917,875 874,250
30,56			915,43

В итоге получим φ = 0,9154 (значения в таблице уменьшены в 1000 раз).

2) По формулам (8), (9), (10) сНиП [2]:

Условная гибкость:

, поэтому используем формулу (8):

.

• Проверка устойчивости опорного ребра:

; .

• В дальнейших расчётах мы уже не будем указывать, как определяется коэффициент .

В) расчёт сварных швов крепления опорного ребра к стенке балки

• Через сварной шов Ш1 опорная реакция V передаётся с ребра на стенку балки. Длина шва, необходимая для восприятия усилия опорной реакции:

, здесь n = 2 (ребро приваривается двусторонними швами).

• Однако работа шва по длине характеризуется значительной неравномерностью, поэтому в соответствии с п. 12.8 СНиП [2] расчётная длина шва ограничивается величиной l_w < 85 βk_f..

• Из этих двух условий определяется необходимая величина катета шва:

,

соединение осуществляется полуавтоматической сваркой (β = 0,9 ; R_wγ_w = 240 МПа).

• Минимальный катет шва по табл. 38* СНиП [2]: k_f,min = 5 мм (соединение тавровое с двусторонними угловыми швами, толщина более толстого из свариваемых элементов 12 мм). Принимаем окончательно 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):

.