Узел опирания металлической балки на стойку

Обновлено: 11.05.2024

Представляю Вашей критике узлы придуманные мной (подобные узлы ранее нигде не встречал).

Узлы сконструированы для шарнирного опирания неразрезной балки навеса на стойку. Т.к. в конструкции навеса связи портят архитектурную привлекательность стойки были запроектированы коробчатого сечения (2х экономия стали по сравнению с двутавром) с жесткими базами. Оголовки стоек раскрепляются из плоскости распорами.

Очевидные проблемы представленных узлов:
Узел №1 - Одиночное опорное ребро невозможно сделать цельным. Даже не представляю какие напряжения будут возникать в стыковом сварном шве этой пластины.
Узел №2 - Сомнительная прочность сварного шва крепления опорного ребра к накладке на нижнем поясе балки, возможно требуется дополнительно добавить рёбрышко жёсткости.

Возможно есть более простые решения для такого узла (шарнирная промежуточная опора неразрезной балки). Буду благодарен любой помощи.

По узлу. Для такого небольшого навеса можно балку просто бросить сверху и приварить на монтаже.

Визуально стойка кажется слишком гибкой.

Опорная реакция от балки в узле 10.53т.
Так как навес примыкает к зданию, то ветер будет закручивать покрытия навеса и усиливать момент в узле. Если узел будет менее шарнирным то стойка уже скорее всего не выдержит такой нагрузки..

Ну 10,53т это не много, можно и на болты посадить вместо сварки.
По расчету стойки:
1. Гибкость - 180? Это стойка каркаса и соответсвенно 180-60альфа.
2. Уверены на счет расчетной длины? Общую схему бы глянуть, есть мнение что там мю=2 в обоих направлениях, ну или как минимум из плоскости.
3. И расчет нужно вести в соответсвтии с действующими нормами (СП 16.13330.2011)

Дополнение:
Вы пишете, что связи не предусмотрены, но оголовок стойки раскрепляется распоркой из плоскости. Это как? Куда усилие с распорки уходит?

Спасибо Evgeny31, что занимаетесь моим вопросом!

С ручными расчетами не дружу к сожалению. Стойку считал автоматизированно в Кристалле (SCAD office). Расчет по СП 16.13330.2011 ограничен лицензией.
Коэффициент расчетной длины как и гибкость он вычисляет сам. Возможно я неверно установил расчетную длину в плоскости X0Y. В программе есть возможность считать ее частью рамы в плоскости X0Y, чем она и будет являться с распоркой по оголовкам приваренным встык без фасонок. Распорки связывают стойки в многопролётную раму. Момент воспринимает сама стойка.
Новый расчет прикрепил. С такими условиями квадрат 100х6 уже не проходит..

Спасибо за примеры узлов! Но разве эти узлы считаются шарнирными?

Новый расчет стойки и общая схема (серым окрашен каркас здания, его выполнил эскизно без прогонов и т.п.).

Сараи, эстакады, этажерки и прочий металлолом

И как балка помогает в устойчивости стойки? Вот если у вас вторая колонна была бы с жесткостью на 2 порядка выше и балку рассматривать как распорку, то может и получился бы ваш 0.7 и то не советую брать меньше 1

О какой второй колонне Вы пишите?
Коэффициент расчетной длины стойки 0,7 вычислен не мной. Его автоматически принимает программа в зависимости от исходных данных. Возможно неверные исходные данные.

То есть Вы в большинстве советуете принять оголовок стойки в плоскости X0Y свободным, не раскрепленным? Получается наклонная балка связанная на одной опоре шарниром с жестким связевым каркасом не препятствует перемещению оголовка стойки навеса в этой плоскости (X0Y)?

Сараи, эстакады, этажерки и прочий металлолом

Вот чтоб были верные надо нажать кнопку, где стойка со свободным концом нарисована и программа сама посчитает мю=2

----- добавлено через ~1 мин. -----

Сараи, эстакады, этажерки и прочий металлолом

Распорка без связей ничего не дает.
Как вариант: Вдоль навеса поставить связь в центре, прикинуть балку как распорку с гибкостью 200 и мю принять 1 в обоих плоскостях.
Существующие стойки проверить на доп нагрузку, если грунты плохие, то и фундамент глянуть (10т доп нагрузки не так уж и мало)

Распорками я их только назвал, по факту это ригеля воспринимающие только продольные нагрузки (не считая собственный вес), сжатие и растяжение, передаваемые от стоек. Эти ригеля жестко крепятся к оголовкам стоек. Вместе эти 5 стоек и 4 ригеля образуют многопролётную раму. В этом же кристалле при расчете стойки есть возможность эту раму принять в расчет. Что я собственно и выбрал. Коэффициент расчетной длины в этой плоскости составил 1,549. Сечение немного увеличилось. Если стойка в поперечной навесу плоскости с мю=2 выдерживает нагрузку, зачем ставить связь в продольной плоскости где ветровая нагрузка будет в разы меньше?

Ведь она на то и рама чтобы связи не ставить.. я честно не могу вспомнить ни одного навеса со связями.
Откуда возьмётся доп. нагрузка на фундамент в 10т. !?

Узел шарнирного опирания балки навеса с консолью на стойку коробчатого сечения

Представляю Вашей критике узлы придуманные мной (подобные узлы ранее нигде не встречал).

По узлу. Для такого небольшого навеса можно балку просто бросить сверху и приварить на монтаже.

Визуально стойка кажется слишком гибкой.

Спасибо Evgeny31, что занимаетесь моим вопросом!

Спасибо за примеры узлов! Но разве эти узлы считаются шарнирными?

Новый расчет стойки и общая схема (серым окрашен каркас здания, его выполнил эскизно без прогонов и т.п.).

Сараи, эстакады, этажерки и прочий металлолом

----- добавлено через ~1 мин. -----

Сараи, эстакады, этажерки и прочий металлолом

Крепления прогонов и стоек

Работы по устройству крыш должны соответствовать требованиям СНиП РК 3.02-06-2002 «Крыши и кровли», СНиП II-26-76 «Кровли», СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные» и СНиП 2.08.01-89* «Жилые здания».

По несущей способности и нагрузкам конструкции крыш и кровли должны соответствовать СНиП 2.01.07 и выполняться в соответствии с указаниями СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции».

Безопасность работ при выполнении кровельных и строительно-монтажных работ на крыше должна соблюдаться в соответствии с требованиями правил техники безопасности, приведёнными в СНиП III-4-80, СНиП 12.03-2001, СНиП 12.04-2002 «Безопасность труда в строительстве», рабочими чертежами и указаниями ППР — проекта производства работ.

При производстве работ по устройству крыши и кровельных конструкций жилых домов должны быть предусмотрены установленные нормами и правилами меры, обеспечивающие выполнение санитарно-эпидемиологических требований по охране здоровья людей и окружающей природной среды.

Несущие и ограждающие конструкции дома должны быть выполнены из материалов, обладающих стойкостью к воздействиям влаги, низких температур, агрессивной среды, биологических и других неблагоприятных факторов согласно СНиП 2.03.11.

Изготовление и предварительная подгонка конструкций стропильной системы в построечных условиях производится на дощатом бойке (на ровной площадке) в горизонтальном положении с предварительным вычерчиванием на нём осей элементов.

Дощатый боёк-трафарет для изготовления и сборки конструкций стропильной системы в построечных условиях показан на рис.01.

Изготовление лобовых врубок и опорных узлов следует вести по шаблонам, а сверление отверстий — электросвёрлами с применением кондукторов.

Соединение опорной стойки с лежнем и прогоном будет непрочным, если не скрепить их скобами, стальными нагелями или накладками из полосовой стали.

Так как если в месте стыка они соединены друг с другом на небольшой горизонтальной площадке и сила трения не способна противостоять более значительному боковому опрокидыванию, в этом случае стойка может сдвинуться с места, а плоскость кровли изогнуться.

Из круглых лесоматериалов невозможно выполнить полную стыковку деталей без срезов бревна по бокам — поэтому в стыках вырубают опорные гнёзда.

Но так как гнёзда ослабляют прогон, а в лежнях образуются места возможного скопления влаги (и загнивания древесины), то вместо круглого леса чаще применяют пиленый лесоматериал, с которым экономичней и проще работать.

А дополнительным креплением в стыках служат стальные штыри, устанавливаемые в просверленные отверстия.

Для закрепления стоек, опирания ригелей или анкерного крепления деревянных элементов на строительные конструкции из стали или бетона применяют фасонные угловые накладки.

Для растянутых элементов применяют фасонные угловые накладки (узел — 26) и для сжатых элементов — угловые накладки (узел — 27).

Реакции изгибаемых балок (прогонов) передаются опорам (стойкам), а большинстве случаев контактно, вызывая напряжения смятия поперёк волокон.

Поэтому высокие балки (стойки) из цельной древесины и металла должны иметь так называемые вилкообразные опоры, придающие им устойчивость при действии боковых сил.

Этой же цели служат выполненные соответствующим образом оголовки стоек или вертикальные связи в плоскости стен (узлы 71-72).

Зажимные болты не должны препятствовать повороту опоры (горизонтальное смещение), а также разбуханию и выпучиванию (вертикальное смещение).

Люфт отверстия под болты равен примерно 1% шага болтов.

Крепление выполняется с помощью планки, болтов и гвоздей.

Такой «облегчённый» вариант стойки применяют при устройстве неответственных (вспомогательных) опор при устройстве, например, вентиляционных продухов, перегородок и оконных проёмов в мансардном этаже крыши.

Часто отдельные отрезки балок приходится соединять между собой с помощью жёстких на изгиб стыков, так как поставляемые деревянные балки из сплошной древесины не имеют нужной длины.

На рисунке показан шарнир балки Гербера (узел — 63). Благодаря своей статической определимости балки Гербера не чувствительны к осадкам опор.

Болты в таких узлах применяются, главным образом, как несущие соединения в виде прихватывающих и зажимных нагелей. Болтовые соединения должны быть диаметром не менее 12 мм и не более 24 мм.

Число крепящих болтов в соединениях балки Гербера должно быть равно числу внутренних опор.

В многопролётных сооружениях (чаще для производственных зданий) обычно пролёты с шарнирами чередуются с пролётами без шарниров.

Шарнирные балки (пролёты) только с одним пролётом без шарнира (чаще в жилищно-хозяйственном строительстве) применяются при большом шаге опор, так как в этих случаях ограничивается необходимая длина отдельных балок.

Шарниры необходимо выполнять с большой тщательностью, соблюдая пропорциональные размеры, указанные на схемах узлов.

В качестве соединений применяются болты, стандартные стальные накладки или шпонки особой конструкции.

В горизонтальном направлении прогоны соединяют встык (узел — 64), через врезку (узлы — 62..63) или с помощью накладок (узел — 65).

Жёсткие на изгиб стыки могут выполняться, например, с помощью накладок из дерева (узел -45), плоской листовой стали (узел- 65) или профилированной (средства крепления: гвозди, стержни, шпонки особой конструкции) или с помощью зубчатого стыкования всего поперечного сечения (что весьма трудоёмко выполнить в построечных условиях).

Прогоны с подбалками применяют в наслонной системе стропил для уменьшения расчётного пролёта.

Подбалки выполняют из брёвен или брусьев такого же сечения, как прогоны и скрепляют с ними двумя болтами с каждой стороны стойки (узел-66).

Для присоединения вспомогательных несущих элементов, например, для подвешивания прогонов к стропильным фермам, крепления стеновых ригелей к опорам или опирания на ригель балок, лежащих в одной с ним плоскости, применяют фасонные башмаки (узел — 68).

Особые фасонные детали специального назначения могут изготавливаться по заказу.

Эти фасонные детали изготавливают из листовой стали по своим размерам и толщине листов для крепления балок из цельной древесины сравнительно малых поперечных сечений.

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.

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 🙂

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

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

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

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.

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

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.

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

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.

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

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

Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

Опорные узлы балки

Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

Опирание балки на колонну сверху.

где F — опорная реакция балки;

Ар — площадь смятия опорного ребра;

Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

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

В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

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

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

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

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

Читайте также: