Крепление металлической балки к металлической балке

Обновлено: 27.03.2024

Исходные данные: в каркасном (ж/б) здании предыдущими собственниками демонтирован этаж (объединен четвертый и третий), здание первоначально четырехэтажное, хотели сделать концертный зал.
Задача: восстановить этаж.
Решение: металлический каркас, с опиранием на существующие конструкции.

Требуется: мнение по узлу крепления металлической балки к существующей ж/б колонне, опорная реакция 20 т.

Примечания:
1. Демонтирован этаж в средней части здания.
2. В связи с реконструкцией (изм. нагрузок, СНиП 2.01.07-85*), требуется усиление колонн, усиление производится металлической обоймой из уголков.

__________________

---
Обращение ко мне - на "ты".
Все, что сказано - личное мнение.

1. А какое мнение содержится в высказывании №2? На форуме есть только одна похожая тема, но там суть вопроса не раскрыта, одна болтология, я лишь прошу компетентных (если такие имеются) специалистов выразить свое мнение по поводу узла крепления.
2. Какие правила я нарушаю?

А в чем собственно проблема? Узел вполне жизнеспособный, осталось проверить все элементы этого узла на нагрузки и спать спокойно

В том то и проблема, что необходимо мнение, по жизнеспособности, т.к. аналогов таких узлов не встречал, элементы и св. швы рассчитаны с запасом.

1. Есть эксцентриситет (примерно 0,28 м) приложения вертикальной нагрузки - как этот момент влияет на общую схему каркаса?
2. Верхний пояс балки в узле можно доп. закрепить из плоскости рамы.
3. Ребро 240х150х10 можно наверно уменьшить до 60 мм. Там кстати нет сечения-ребра не видны.
4. Ну и все наверно.

Engineer IA, 2008

Ильнур,
1. Негативного влияния не оказывает, т.к. изначально в этом месте был жесткий узел. Колонны не проходят под действующие нагрузки - усиляем металлической обоймой.
2. Из плоскости рамы - второстепенные балки, крепятся шарнирно к главной, сверху монолитное перекрытие с несъемной опалубкой (профлист).
3. Можно, но уменьшается площадка опирания (=поясу двутавра), не принципиально. Ребра видно на Виде А, и на самом узле.
4. Спасибо.

На узле видны две поливинки одного ребра и фрагмент среднего ребра, на Виде А видны только видимые половинки ребер. (А вот невидимую планку видно ). Т.е. не видно половинки среднего ребра. Если она есть, то . см.п.3.

Кулик Алексей aka kpblc, хех. но отсылать всех по всем вопросам в архив тоже смысла по-мойму не имеет. Forrest_Gump написал ответ, когда тема еще не сформировалась, а произошел досадный сбой, в виде отправки на форум не готовой темы. Кроме этого, я думаю здесь не детсад, чтоб не посмотреть предварительно перед размещением темы, что возможно есть похожие темы? А насчет тональности: есть старый анек про пиво, могу в личку бросить, чтоб не флудить. =)

Ильнур, среднее невидимое ребро такого же сечения как и крайние ребра, а видимое ребро имеет размеры 240х150х10 для увеличения площадки опирания 45Б1 на 25Б1, но как сказал это не принципиально.

Another, при монтаже металлической обоймы, она автоматически включается в работу каркаса, а вот как выполнить грамотно монтаж, есть масса литературы по расчету усиления существующих конструкций и указания по монтажу. =)

Offtop: Scooter, Вы не первый, кто сталкивался с проблемой монтажа балок перекрытия на существующие железобетонные колонны. И способы монтажа столиков уже обсуждались. Потому и рекомендовал воспользоваться поиском по форуму.
И не будет включатся автоматически в работу Ваша металлическая обойма из уголков. Это зависит от узлов примыкания обоймы к перекрытиям.

Forrest_Gump, на пальму первенства не претендую =) повторюсь, что читал обсуждение, только там "только" обсуждение (уж прошу простить за тавтологию), я же предлагаю конкретное решение, и готов выслушать конструктивную критику, а не отсылание "куда по-дальше".
Методы монтажа металлических обойм при усилении существующих ж/б колонн описаны в литературе (в т.ч. и узлы примыканий к колоннам; вопрос по опиранию на перекрытия - спорный. не встречал), поэтому этот вопрос не затрагиваю в данной теме (думаю смысла не имеет). В любом случае спасибо за ответ, хоть и не конструктивный.

З.Ы.- есть несколько решений усиления несущих простенков каменных конструкций, разработанных ЦНИИСК, для сейсмоопасных регионов, так вот там узлы оипрания не играют никакой роли =), потому как их там вообще нет, обойма она и есть обойма.

Scooter!
Эксплуатировалось четырхэтажное здание с полным ж/б каркасом.
Вопросы:
- каркас какой серии? поперечный или продольный?
- сколько пролетов и их размер?
- высота этажа?
- Длина здания?
Перекрытие третьего этажа было демонтировано на части здания.
Вопросы:
- на какой части здания?
- колонны, вероятно, не демонтировались?
- средние ригели были демонтированы?

2. В связи с реконструкцией (изм. нагрузок, СНиП 2.01.07-85*), требуется усиление колонн, усиление производится металлической обоймой из уголков.

- почему Вы пришли к такому решению и методу усиления?
Ведь колонна воспринимала и была расчитана на нагрузку третьего, восстанавливаемого этажа!

. при монтаже металлической обоймы, она автоматически включается в работу каркаса.

Опорные крепления металлических прогонов

Прогоны в покрытиях с наклонным или плоским кровельным настилом размещают с шагом 3 м с опиранием в узлах стропильных ферм. В отдельных случаях, при наличии больших местных снежных отложений, в местах перепада профиля, выполняется покрытие с шагом прогонов 1,5 м, что требует постановки в фермах дополнительных шпренгелей. В фермах, где предусмотрена работа верхних поясов на внецентренное сжатие, прогоны размещают вне узлов фермы.Прогоны закрепляют к поясам ферм с помощью приваренных коротышей, планок, гнутых листов (рис. 1).

Опорные крепления прогонов

Рис. 1. Опорные крепления прогонов

При наклонном размещении плоскости наибольшей жесткости прогона швеллеро-подобные профили надо ориентировать концами полок вверх по склону, так как такое расположение обеспечивает лучшие условия опирания и уменьшает крутящий момент прогона, который возникает вследствие внецентренного приложения нагрузки относительно центра изгиба сечения.

Стыки пролетов

Рис. 2. Стыки пролетов: а — внахлестку в многопролетном прогоне; б — внахлест в двух-пролетном прогоне; в — вариант устройства неразрезных прогонов с помощью соединительной накладки.

Сплошные прогоны, используемых в скатных покрытиях,воспринимают нагрузки в перпендикулярном и параллельном направлении склона. Вследствие малой жесткости сечения в направлении скатной составляющей, прогоны раскрепляют в этом случае тяжами, которые уменьшают расчетные пролеты прогонов в плоскости склона.

Тяжи размещают между всеми пролетами в один ряд (по середине)при шаге ферм покрытия 6 м и в два ряда (через равные расстояния) прибольшем шаге или при крутых склонах (рис. 3, а). В общем случае количество рядов тяготел регулируется расчетом в зависимости от скатной составляющей нагрузки и несущей способности профиля в направлении его наименьшей жесткости. При этом моменты от скатной составляющей определяются как в неразрезной балке.

Решение прогонов в плоскости склона

Рис. 3. Решение прогонов в плоскости склона: а — с образованием связевых ферм; б — без образования связевых ферм для симметричных двускатных покрытий;в — только тяжами

В панелях у гребня тяжи закрепляют или непосредственно в стропильных фермах, или в комбинированный прогон у его опор, а между крайним рядовым и коньковыми пролетами устанавливают жесткие распорки. Распорки могут быть использованы и вместо тяготел с креплением их к прогонам параллельно склону или под углом к нему (рис. 3, б).

Без распорок можно обойтись:

— При малой величине скатной составляющей, например, в совмещенных покрытиях, когда суммарная скатная составляющая воспринимается или всеми пролетами, работающие совместно, или одним с ним, как правило,карнизным, который в этом случае проектируют более жестким в плоскости склона (рис. 3, в)

— В симметричных двухскатных покрытиях, если проекции усилий в тягах, которыми соединены все прогоны, взаимно уравновешены в коньковых прогонах;

— В несимметричных двухскатных покрытиях, если боковая жесткость коньковых прогонов достаточное для восприятия усилия от скатной составляющей нагрузки.

Распорки конструируют из одиночных уголков, прямоугольных или круглых труб и крепят к прогонам болтами с помощью фасонок, (рис. 4.а). Тяжи проектируют из круглой стали или тросов с устройствами для их натяжения и крепят непосредственно к стенкам прогонов гайками и размещают их в одной плоскости по возможности ближе к верхней полке прогона в границах верхней трети высоты сечения (рис. 4. б).

Крепление к прогонам элементов распорок

Рис. 4. Крепление к прогонам элементов распорок.

Прогоны, размещаемые в покрытиях с уклоном до 2%,работают как обычные балки, которые воспринимают вертикальные нагрузки. В наклонных покрытиях вертикальную нагрузка раскладывается на две составляющие — перпендикулярно и параллельно склона. Большая по величине составляющая qx = q cosα действует в плоскости наибольшей жесткости прогона, а меньшая — qy = q sinα выгибает прогон в плоскости его наименьшей жесткости. Таким образом,прогон находится в состоянии косого изгиба, проверка его прочности осуществляют по формуле:

где х и у — координаты наиболее напряженной точки сечения;

Jxn и Jуn — соответственно моменты инерции сечения нетто относительно главных осей х-х и у — у.

Изгибающий момент Мх определяется в плоскости наибольшей жесткости пролетного строения от воздействия нагрузки qx как в разрезной или неразрезной балке в зависимости от схемы расположения прогонов.

В плоскости наименьшей жесткости от действия скатной составляющей нагрузки Qу возникает изгибающий момент Му. При этом прогон рассматривается как неразрезная балка с количеством промежуточных опор, равным количеству распорок в пролете.

Узлы сопряжения стальных балок. Нужны знатоки.

ОЧЕНЬ нужен ответ, меня вот-вот уволят.
1966-й год: серия ТД 1926-66 "Унифицированные узлы стальных конструкций из прокатных и составных профилей", узлы 4 и 4-а.

1976-й год: серия 1.400-10-76/7 "Типовые узлы стальных конструкций одноэтажных производственных зданий" (Узлы разрезных балок), узел 47.
1977-год: учебник К.К.Муханов "Металлические конструкции", стр. 202 пишет: "Не следует применять данное соединение. такое соединение предполагается шарнирным, но в действительности - жёсткое. в сварных швах появятся недопустимые перенапряжения. "

1982-й год: серия 2.440-1/1 "Рамные и шарнирные узлы балочных клеток". Данный тип узлов исчез.

1989-й год: серия 2.440-2/1 "Рамные и шарнирные узлы балочных клеток". Данный тип узлов не появился.

Расчёт узла, собранного из пластинчатых элементов в SCAD, и из объёмных элементов в ANSYS, показывает напряжения более 500 МПа на срез.

Меня заставляют подписать это решение. Ссылаются на серию 1976-го года. Здание 200х300, 4 этажа. Все второстепенные балки с шагом 2 метра на этих узлах. Не хочу подписывать. А меня уволят, если не подпишу.

Вопросы: как исчез узел? Были ли прецеденты с авариями? Есть ли возможность обратиться к разработчикам серий?

Обследование строительных конструкций

Спасибо, AIK, в серии 1966-го года написано, что она разработана на основе именно этой книги. Только удалены все комментарии. Троицкий полностью подверждает мои мысли. А то во мне вчера чуть не умер сопромат. Всё же мне интересна хронология событий после 1976-года. Если узел удалён из серии - значит что-то случилось. Он самый простой из всех. Если бы он был ещё и гениальным - его бы не удалили. Действует только серия 1989-го года. Формально узел применять нельзя. Но его пихают сплошь и рядом. На старые серии не ссылаются, но полностьью всё с них срисовывают.
Я, пожалуй, закажу эксперимент. Посчитаю швы по серии и сломаю пару балок. Спор пошёл на миллионы.

Владельцы данных материалов выложите их, пожалуйста, в Downloаd, если таковые имеются в электронном виде!

З.Ы. . а если не имеются в электронном виде, можно превести. :wink: [/quote]

Нашел у себя серию 1.400-10/76 в. 7.
Сканировать всю серию не имею времени и технической возможности.
Сканер только А4. Выкладываю лист с узлом 47 двумя частями для общего обозрения. Ч.1 собственно узел. Ч.2 -таблица.
[ATTACH]1190890173.jpg[/ATTACH]

Для страждущих: все эти серии есть на этом сайте. Наберите в поиске слово "узлы", и вам будет счастье. Муханов - не знаю. Есть Беленя-Стрелецкий, 1965 год, если не ошибаюсь. Стрелецкий такой узел допускает, хотя чертёжик привести постеснялся.
В чём смысл спора: есть распространённый способ крепления стальных балок к чему угодно. В народе его называют "на перо". То есть - приваривают стенку балки с помощью фасонки к стенке главной балки, либо к колонне. Называют этот узел "шарнир". Но шарнир означает отсутствие момента на опоре. А это возможно только при возможности свободного поворота опорного сечения балки. При симметричном креплении двух балок и т.п. поворот невозможен. Для этого должна произойти пластические деформации фасонки. А они могут не успеть произойти, потому что гораздо раньше должно срезать шов.
TuDim, по этому пункту мы проверяем количество возможных циклов загружения. Предполагается, что этот узел держится с пластическими деформациями, но его добьёт усталость. Расчёт по этому пункту показывает - в нашем спорном узле возможно 35 циклов. В этой серии не сказано чётко - сколько раз можно нагружать элемент. 35 - это много или мало? Узел сидит в перекрытии торгово-развлекательного комплекса. А если дискотека? При современных ритмах - это где-то 20 секунд одной песни. Я слышал - в Израиле рухнуло перекрытие под танцполом. Было много трупов.
Картинки чуть позже прицеплю.

Данная серия у меня есть и в электронном и в бумажном виде.
Узлов, о которых здесь идет речь, нет в этой серии , поэтому я и ищу:

Дополнение:
В серии 1966-го года разделяют вариант одностороннего крепления второстепенной балки к главной (4) и симметричного (4-а). Подразумевается, что шарнир оборазуется за счёт поворота главной балки (или деформации её стенки), о чём и пишет сам Троицкий. Способ расчёта разный. Симметричный узел (4-а) при всех прочих равных условиях получается слабее примерно в 3 раза. Но эта серия утверждена Госстроем в качестве материалов для проектирования, то есть - юридической силы никогда не имела.
В серии 1976-го года дан односторонний узел и всё к нему (47). Про двухсторонний - одна строка в примечаниях - применять аналогично-симметрично. Эта серия утверждена полноценно. Отменена она с выходом серии 1983-го года.
У нас сейчас ситуация, что конструкторы полностью срисовали узел 4 серии 1966-го года, посчитали его по соответствующей формуле, а применили его как в варианте 4-а. По их проекту (не уверждённому, кстати) построено большое здание. Мы (обследователи) зарубили такое решение. Там вообще ни к чему любой шарнирный узел. Во-первых - перерасход стали примерно на 70 млн.руб. Уж про это, разумеется, мы молчим. Во-вторых - монолитная плита над главными балками трескается (уже).
Мы предъявили только расчёт, что узел не держит. Предписали усиление накладками (доводим узел до жёсткого, соединив пояса второстепенных балок со стенкой главной балки).
Конструкторы обиделись. Заказчик расстроился. И задержал деньги нам. Расстроилось моё начальство.
В следующей серии фильма конструкторы отрыли следующую серию узлов. 1976-й год, узел 47. С тех пор я перестал понимать сопромат. Серия допускает напряжения, в разы превышающие максимально допустимые по СНиП.
По поводу эксперимента - наше начальство отказалось делать его у нас, и не примет во внимание, даже если я проведу его сам (возможность у меня есть).
Но, повторюсь, я уверен - такой примитивный узел могли исключить из серии только в случае ЧП. Вот я и ищу исторический факт, из-за которого так случилось. Что-то должно было рухнуть в период между 1976-м и 1983-м годом.

Но, повторюсь, я уверен - такой примитивный узел могли исключить из серии только в случае ЧП. Вот я и ищу исторический факт, из-за которого так случилось. Что-то должно было рухнуть в период между 1976-м и 1983-м годом.

Если не считать купола в Истре, то ничего серьезного не падало. Я работал у Троицкого в 80-е, в то время много серий отменялось и разрабатывалось просто для проведения технической политики Госстроя. Например когда запустили линии по производству широкополочных двутавров, родилась довольно нелепая серия ферм с поясами из двутавров. Для того чтобы заставить заводы и монтажников применять болтовые соединения были изъяты из обращения серии с узлами на сварке. Если расчитывать шов на дополнительный момент, то никакого криминала в этом узле нет. Проблема в том, что многие просто тупо делят Q на длину шва и радуются.

Оч заинтересовал данный вопрос, т.к. сам повсемесно испльзовал такой тип соединения второстепенных балок к главным. Вот что я нашел по поводу этой темы в буржуйской литературе (см. рисунок ниже), правда в данном примере балка связана с колонной, но смысл остается тем же.
На рис. 2.9а приведен чисто шарнирный вариант сопряжения, по такой схеме работает узел 47 серии 1.400-10/76 при малых деформациях, т.е. когда (f/L)*l У меня напрашивается вывод - если при подборе балки решающим является жесткость балки (большой пролет) данный узел крепления лучше не использовать, если же прочность то данный узел можно использовать смело. Так же не следует приминять этот узел при динамических нагрузках.
[ATTACH]1190964158.JPG[/ATTACH]

А вот как буржуи конструируют соответственно шарнирный, жесткий и полужесткий узлы. Обратите внимание, что все узлы у них на болтах.
[ATTACH]1190964285.JPG[/ATTACH]

Вообще не понятно в чём проблема? Если Вы правильно определили расчётную схему балки, выполнили расчёт согласно действующих норм, то причём здесь обиды строителей? Серии раньше тоже люди составляли, тоже уставшие иногда были. А узел сопряжения является жёстким только в том случае, если есть конструктивные элементы в нём способные воспринимать изгибающий опорный момент, который соответственно уравновешен парой сил действующих в уровне поясов балки. Если таковых элементов нет в узле, значит он шарнирный. Ведь так.

SAVbuilde:
По отношению к второстепенной балке - узел практически шарнирный, по отношению к главной балке или колонне - тоже шарнирный. Потому что накладки НЕ МОГУТ ВОСПРИНИМАТЬ ОПОРНЫЙ МОМЕНТ, соответственно - он не передастся никуда дальше. И поэтому по отношению к самим накладкам и швам - узел очень даже жёсткий. Это практически изнасилование.
AIK:
В своей работе по промышленным этажеркам Троицкий пишет: ". Эксперименты не проводились, о несущей способности судить трудно. ", - просто констатирует, что на практике узел применяется с ограничением опорной реакции до 7 тонн.
Так, всё-таки - были испытания узлов или нет? Откуда в серии 1976-го года точные табличные значения?
Другие простые узлы дошли без изменений до наших дней. И все узлы действующей серии понятны мне с точки зрения их работы. Есть, конечно тонкости, но не значительные.
И, всё-таки, что было в Истре? Речь об этих узлах, или об авариях вообще?
Ещё уточнение: в сериях 66-го и 76-го годов отметки верха полок главной и второстепенной балок сходятся. Если они изначально запроектированы для промышленных этажерок - там наверняка устраивался сплошной стальной настил, который неизбежно включался в работу. Тогда всё замечательно. Опять же - для динамики узлы запрещены. То есть они наверняка применялись либо в покрытиях, где расчётная нагрузка раз в году от снега, да и то может не наступить, либо под оборудование, где временные нагрузки в пределах 10%. Собственно, в обеих сериях в названиях и фигурируют промышленные здания. Уместно ли так же смело применять эти узлы в торгово-развлекательном комплексе на балках пролётом 8м с расчётной опорной реакцией 9,8т?

Опорные узлы балки

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:

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

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

Читайте также: