Жесткий узел сопряжения стальной колонны с фундаментом

Обновлено: 17.05.2024

Давно маялся с этим вопросом и вот решил спросить совета у знающих людей!
Обыкновенная база колонны на четырех болтах без траверс, ребер. Колонна просто приварена к опорной плите и закреплена к фундаменту четыремя анкерами. Какой это узел. КОМЕТА-2 говорит, что это жесткий узел. В учебнике по строительным конструкциям сказано, что данный узел можно считать жестким только в плоскости стенки колонны. Общаясь с другими проектировщиками узнал, что многие считают этот узел шарнирным.
Какой же это узел? Помогите разрешить задачу?))

Ув. Семенов Сергей!

Это шарнирный узел!

Принцип простой - если крепление колонны к фундаменту через опорную плиту, даже при наличии траверсы или ребер жесткости - всегда конструктивный шарнир, т.к. опорная плита в месте крепления болтов не обладает соответствующей изгибной жесткостью способной передать момент на фундамент (появляется фибровая текучесть).

Только крепление через траверсу дает жесткое сопряжение

Начинаешь считать свой узел с учетом момента, подбираешь толщину плиты, анкерные болты, в этом случае для твоих нагрузок которые брал в расчете - узел будет жестким. Не забыть еще проверить отклонение верха колонны в горизонтальном направлении с учетом податливости опорной пластины, если укладывается в допустимые значит все - жесткий.

гиппопо
"Только крепление через траверсу дает жесткое сопряжение"

Спасибо большое за ответы.
К MasterZim:
может, вопрос немного не по теме. А как можно учесть податливость опорной пластине в расчетном комплексе Scad?
То есть, если с учетом податливости максимальное горизонтальное перемещение верха колонны меньше допустимого, то узел со всей вероятностью можно считать жестким?(как в плоскости, так и из плоскости)

. А как можно учесть податливость опорной пластине в расчетном комплексе Scad?
То есть, если с учетом податливости максимальное горизонтальное перемещение верха колонны меньше допустимого, то узел со всей вероятностью можно считать жестким?(как в плоскости, так и из плоскости)

смоделируй пластинками, как саму опорную плиту так и сам двутавр тоже представть оболочечными КЭ. Грузи и смотри перемещения. Только вот из плоскости колонны лучше принимать связи, если колонна двутавр. Если квадратная труба, то можно жесткий в обоих направлениях.

смоделируй пластинками, как саму опорную плиту так и сам двутавр тоже представть оболочечными КЭ. Грузи и смотри перемещения.

Можно пару вопросов?
1) Условия опирания пластинки (односторонние связи, трение, болты и т.п. )?
2) Расчет упругий целиком и если предел текучести где-то превышен - увеличиваете сечения? Или работаете с диаграммами материала.
з.ы. просто всегда была интересна работа этого узла "в подробностях".
Но то, что он может быть жестким - нет сомнений - литературы масса, правда в том же справочнике проектировщика для зданий на крайнем севере он называется как "жесткий для бескрановых зданий", но жесткий.

Почитайте классику жанра:
Васильев А.А. МК: учеб. пособие для техникумов стр.224 и др.

Откройте классический учебник Горева, том 2, стр. 151 и увидите, как такая база рассчитывается на момент.

ООО, опять дискуссия!))
MasterZimу:
Нет, я про колонну из двутавра. Связи из плоскости - это понятно! Но анализировать с оболочечными элементами не всегда удается из-за отсутствия времени! Я, например, принимал подобный узел шарнирным для стоек фахверка в цехе высотой до низа ферм 22метра. И момент не учитывал в СКАДе совсем. Может, стоит проверить фахверк и сам узел еще и на момент?(по двум схемам)
Мне тоже очень интересна работа этого узла в подробностях!))

Хорошо, и еще вопрос. Здание - обычный склад 10х20 и высотой 5 метров. Понятно, что жесткое опирание не нужно. Принял такую же базу на четырех болтах. Считаю, как шарнир. Или так же еще проверить и на момент?

MasterZimу:
Спасибо за совет про оболочечные элементы. Обязательно поэкспериментирую!)

Спасибо за ссылку, книга супер! Мне на подобие такой, только в бумаге, давали погонять - Steel design manual, но успел найти лишь интересовавшие меня тогда вопросы. Буду изучать!

ООО, опять дискуссия!))
. Я, например, принимал подобный узел шарнирным для стоек фахверка в цехе высотой до низа ферм 22метра. И момент не учитывал в СКАДе совсем. Может, стоит проверить фахверк и сам узел еще и на момент?(по двум схемам)

Для фахверка можно принять шарнир, так как есть опирание сверху, и это будет в запас.

. Здание - обычный склад 10х20 и высотой 5 метров. Понятно, что жесткое опирание не нужно. Принял такую же базу на четырех болтах. Считаю, как шарнир. Или так же еще проверить и на момент?

в данном случае надо считать базу на момент, иначе завалится от ветра. Можно принять и шарнирное сопряжение, только тогда по всем 4-м сторонам здания надо поставить вертикальные связи и сделать жесткий диск покрытия (систему горизонтальных связей по покрытию), чтобы верх всех колонн передал горизонтальные усилия от ветра через эту систему связей на вертикальные связи здания.

Это делать не нужно. Достаточно ввести горизонтальные связи по покрытию (в виде распорок и раскосов) Через эти связи все горизонтальные нагрузки разбегутся к вертикальным связям и на фундаменты

Как мне сказали однажды в экспертизе: а вы посчитайте профлист на горизонтальные усилия, предоставьте расчет вот тогда и будете считать покрытие из профлиста жестким диском покрытия.

В СНиПе вроде как нет указания, что покрытие из профлиста - это жесткий диск покрытия. Есть только упоминание что при таком покрытии можно не проверять на общую устойчивость балки. В СТО есть расчет, но и там не все так гладко. Так что если реальный объект и ответственность на Вас, то либо очень внимательно рассчитайте профлист и его крепление или уж лучше поставте связи и спите спокойно.

Что меня всегда пугало при фразе жесткий диск покрытия из профлиста, так это элементы крепления. Саморезики, которыми он крепится уж очень хлипкие.

Ну поставлю я горизонтальные связи, даже в каждом пролете. Все равно по-моему они плохо передают усилия на ВС. Во всяком случае скад выдает в средних колоннах где нет ВС намного бо`льшие перемещения чем в крайних, где они есть.

Как объяснить: жесткое или шарнирное закрепление колонны в фундамент

Помогите разобраться, почему жесткое и шарнирное закрепление в приложенных рисунках являются таковыми. Это нам прислал исполнитель раздела КМ, и судя по расчетной схеме в Лире жесткая база это для средних колонн, шарнирная для крайних. Но почему так сконструировали? Вроде столько же болтов, такие же толщины опорного листа. разве что расстояния между болтами отличаются.

Хочу быть фотографом :)

Помогите разобраться, почему жесткое и шарнирное закрепление в приложенных рисунках являются таковыми.

Хорошо, допустим ответил, но чем мне подкрепить свои мысли, где сказано что если болты за пределами сечения колонны, то закрепление становится жестким, если внутри, то шарнирным.
А нагрузки вот они, в колонках где моменты по нолям это крайние колонны.

Жесткость или "шарнирность" базы и прочих элементов конструкций обычно никак не связаны с усилиями вообще. Значение имеют жесткости стыкуемых/приходящих в узел профилей и их длина.

где сказано что если болты за пределами сечения колонны, то закрепление становится жестким, если внутри, то шарнирным.

Мысленно начните поворачивать колонну в плоскости действия момента при абсолютно жестком фундаменте.
При жестком сопряжении сначала начинают срабатывать болты а потом само сечение колонны.
При шарнирном наоборот.
А если база может воспринять момент меньший при котором произойдет деформация колонны, то сопряжение получается шарнирное.
А болты ставятся и по расчету на поперечную силу.

Определенная логика в узлах вашего КМщика присутствует. Только правда непонятно, зачем крайние колонны он сделал шарнирно опертыми)Но тут надо схему смотреть)
Смотрите:
Абсолютно шарнирных(как и абсолютно жестких) баз не бывает. "Шарнирная" колонна будет воспринимать определенный момент до какого-то предела, но явно меньше проектного. При расчетных нагрузка эта база уже не сможет воспринять момент, болты потекут, и этот момент распределится на средние колонны, которые его как-раз таки и смогут его воспринять.
Таким образом вы получаете, что при небольших нагрузках база крайней колонны жесткая, при расчетных - шарнирная) Но в расчет-то берется ситуация, когда ВЕСЬ момент передается на среднюю- момент, воспринимаемый "условно шарнирной колонной" не учитываем, упрощенно и в запас

Жесткость/шарнирность узла - это степень его неподатливости/податливости. Т.е. способность деформироваться под нагрузкой. Например, абсолютно шарнирный узел деформируется (поворачивается) без усилий. Абсолютно жесткий - не деформируется при максимальных усилиях, которые выдерживают сами элементы.
Условный шарнир хорошо поддается при незначительных усилиях. Условно-жесткий узел несущественно поддается при заданных усилиях.
Таким образом, жесткость или шарнирность непосредственно связаны с усилиями на узел.
Например, при тонкой и неразвитой опорной плите узел будет шарнирным для больших моментов, и жестким - для малых.
В случае автора правый узел может считаться и шарнирным. Правда, слишком развитая колонна - при определенном сочетании усилий такая база и без болта будет жесткой - опорная часть не сможет повернуться от момента из-за противомомента от вертикальный силы.

Таким образом, жесткость или шарнирность непосредственно связаны с усилиями на узел.
Например, при тонкой и неразвитой опорной плите узел будет шарнирным для больших моментов, и жестким - для малых.

При малых моментах будет мало и сечение колонны, тонкая и неразвитая плита покажется вполне жесткой по сравнению с малым сечением колонны и.т.п. - я это имел в виду. Т.е. вопрос жесткости узла - это вопрос соотношения жесткостей элементов, его составляющих и в него приходящих, но никак не их "прочности".

Offtop: На жесткость узла влияют усилия, которые могут загнать эту жесткость в пластику.
Om81, Вы образованный и думающий специалист, ну спешите с выводами.

Если усилия в Кн и если сделать предположение, что никаких траверс нет и в помине, то учитывая конструктивную особенность узлов -

1. Жесткий узел плохо законструирован - соотношение сторон меньше 0.5.
Берусь утверждать, что при сочетании усилий N=483 Кн и М=237 Кн*м требуется толщина плиты 40мм - 28 мм явно мало для жесткого узла.
2. Шарнирный узел - принял бы толщину опорной плиты 20мм или 16мм - 25мм избыточно жесткая для шарнирного узла на усилие N=328Кн.

Om81, вот если бы болта было 2 и стояли они посередине, тогда теоретически можно было бы говорить о наличие условного шарнира в плоскости перпендикулярной плоскости проходяжей через эти болты. А так как в данном случае между болтами есть плечо, то они могут воспринять какой-то момент.

;746827]вот если бы болта было 2 и стояли они посередине, тогда теоретически можно было бы говорить о наличие условного шарнира

Слишком много теории и условностей Мы же понимаем, что практически не бывает абсолютных шарниров и жестких узлов.

Когда мы рассматриваем момент в одном из направлений, нас вряд-ли заинтересуют "сжатые" болты.. поэтому никакой особой разницы здесь нет - всего пара болтов или 4, плечо уменьшится в полтора раза..

А если база может воспринять момент меньший при котором произойдет деформация колонны, то сопряжение получается шарнирное.

Абсолютно шарнирных(как и абсолютно жестких) баз не бывает. "Шарнирная" колонна будет воспринимать определенный момент до какого-то предела, но явно меньше проектного. При расчетных нагрузка эта база уже не сможет воспринять момент, болты потекут, и этот момент распределится на средние колонны, которые его как-раз таки и смогут его воспринять.

Встряну в разговор ))
Практически все говорят о податливости узла. Но сколько раз не задавал на этом форуме конкретный вопрос, никто не отвечал.
Задам еще раз: кто-нибудь вообще считал деформации плиты базы колонны? Деформации будут в любом случае, вопрос в их значениях.
А после определния деформаций кто-нибудь их анализировал?
Одновременно с деформациями плиты появится и какой-то поворот опорного сечения стержня колонны. До какого максимального угла поворота узел можно считать жестким?

p.s. разговоры о том, что плита выдерживает момент считаю несостоятельными. прочность и деформативность - разные вещи.

Сопряжение пластинчатых элементов по шарнирной схеме

Использование вычислительных программных комплексов играют первостепенную роль в развитии методик расчёта [1], а так же экономической эффективности проектирования [2]. Однако при их использовании могут возникнуть ряд проблем, одной из такой проблемы можно считать метод сопряжения пластичных элементов по шарнирной схеме, группа учёных Пензенского государственного университета архитектуры и строительства занимается решением данной проблемой. Существует множество способов, как решать данную проблему, изложим некоторые из них.

Как создать шарнирное опирание монолитной ж/б плиты на стену (Фундаментные блоки или кирпичную)? Создана модель когда плита опирается по контуру на балки (предполагаемые стены заменили балками), нагрузка приложена — 1т и собственный вес, после расчёта по эпюре моментов видно что это жёсткая заделка, а как сделать шарнирное опирание?" — «можно сделать, на мой взгляд, проще.

1-й вариант — задать кирпичную стену с ее характеристиками (жесткость-см. СНиП «Каменные и армокаменные конструкции») в виде КЭ как балки-стенки (т.е 20–30).

2-й вариант — сдвинуть перекрытие на 5см по отношению к примыкающим узлам стены и ввести 55КЭ с нулевыми жесткостями по UX UY UZ (в этом случае при необходимости можно учесть жесткость раствора шва кладки). Шаг узлов я обычно принимаю 0.5–0.6м и вертикальную жесткость 1E6.

Необходимо быть внимательным при выборе КЭ для балок-стенок. Их ориентация в общей системе координат. При необходимости можно через узлы провести вертикальные стержни фиктивной жесткости. При динамических расчетах надо заменить балки-стенки на оболочки.

Для моделирования сопряжение кирпичной стены А, с монолитной плитой. По логике вещей жесткие узлы оставлять нельзя, так как в случае появления несущей кирпичной стены (в виде балки-стенки), если на нижележащем этаже такой стенки нет, то возникает ситуация:

Стена может передавать усилия на плиту, а «удержать» плиту от прогиба нет. Получается некая односторонняя связь, кнопки для которой нет.

В итоге для практических расчетов как с этим поступать? Шарнирное опирание задавать не надо, так как, если посмотреть и сравнить результаты с шарнирами в узлах и без них, то получатся две совершенно одинаковые картины с мизерными моментами в кирпичной стене, то есть они будут практически отсутствовать.

Это происходит, так как модуль упругости бетона во много раз больше модуля кирпича, отсюда и получается шарнир, так как плита во много раз жестче кирпичной стены.

Для решения данной проблемы команда авторов создала несколько расчетных схем на которых и будут представлены варианты возможного моделирования сопряжения пластинчатых элементов по шарнирной схеме.

Общий вид расчетной схемы, где q- единичная распределенная нагрузка, представлен на рисунке 1.

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\NoPi_XnjjzE.jpg$

Рис.1. Общий вид расчётной схемы

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\Сохр\киске2(1).jpg$

Рис.2. В расчетной схеме используется жесткая заделка

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\4UCdpPTGNMk.jpg$

Рис. 3. Объединение и перемешивание смежных узлов

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\33.bmp$

Рис. 4. Моделирование шарнирного соединения с помощью введения дополнительных стержневых элементов с жесткостью эквивалентной жесткости стены, где1 — Плита перекрытия; 2 — Введенные стержневые элементы; 3 — Стены

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\LzaZwhTJTvw.jpg$

Рис. 5. Моделирование шарнирных сопряжений осуществляется путем задания жесткости крайним элементам плиты перекрытия втри раза большей, чем у самой плиты, где 1- EI₁ =2750000 (т/м 2 ); 2- EI₂=2750000 (т/м 2 ); 3-EI₃=2750 (т/м 2 ); EI₁=EI₂=3EI₃

$Описание: D:\Documents and Settings\Admin\Мои документы\Мои рисунки\LzaZwhTJTvw.jpg$

Рис. 6. Где 1- EI₁ =2750000(т/м 2 ); 2- EI₂ =2750000(т/м 2 ); 3-EI₃= 2750000000 (т/м 2 ); EI₁=EI₂= 3

Был произведен расчет, по которому получены характерные эпюры напряжений и деформаций данных расчетных схем. Их анализ будет проводиться в следующих статьях.

1. Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н., Агеева И. Ю. Современные тенденции развития проектирования в строительстве [Текст] // Молодой учёный (№ 10(45) Октябрь 2012 г.) С.31–33.

2. Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н, Агеева И. Ю.. Экономическая эффективность проектирования в комплексе Аllplan по сравнению с существующими CAD-системами [Текст] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 32–35.

Основные термины (генерируются автоматически): кирпичная стена, расчетная схема, шарнирное опирание, жесткая заделка, общий вид, плита, шарнирная схема.

Влияние податливости узлов на напряженно-деформированное состояние каркаса

Приведены исследования влияния податливости узлов баз колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса. Цель исследования — определить влияние фактической работы опорных узлов колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса. Цель достигалась путем моделирования работы узлов сопряжения колонн с фундаментами в программе IdeaStatica и статическим расчётом пространственного каркаса здания в программе SCAD Office. За контролируемые параметры приняты сопротивление узла изгибу, начальная вращательная жесткость узла и вращательная деформация узла. В результате расчёта определено, что фактическая работа каркаса здания существенно отличается от заложенной в проекте идеализированной расчетной схемы.

Ключевые слова: расчетная схема, пластический шарнир, перераспределение усилий, деформации, закручивание каркаса, расчетные длины.

Необходимость учета податливости узлов при статическом расчете каркаса обусловлена тем, что в ряде случаев конструкции узлов сопряжения элементов не в полной мере или сосем не реализует идеализированную модель узла, принятую в проекте, в связи с чем и каркас работает по-другому.

В данной работе представлены результаты исследования влияния податливости узлов баз колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса промышленного здания. В качестве модели исследования принято реально существующее здание, проектная документация которого получила положительное заключение экспертизы. Здание одноэтажное каркасного типа, прямоугольной формы в плане с габаритными размерами по наружным осям 36,35х119,5 м. Каркас стальной, двухпролетный: 24 и 12 метров, рамно-связевого типа. Шаг колонн в продольном направлении составляет 6,0 м. Колонны каркаса выполнены сплошного сечения из двутавров 30Ш1 и 40 Ш1 по СТО АСЧМ-93. Несущими конструкциями покрытия являются стропильные фермы с поясами из швеллеров и стропильные балки сечением из двутавров 50Ш1. Узлы сопряжения ригелей с колоннами приняты шарнирными и соответствуют по конструктивному решению шарнирным. Геометрическая неизменяемость и жесткость каркаса в поперечном направлении обеспечивается жесткими узлами сопряжения стоек рам с фундаментами. В продольном направлении геометрическая неизменяемость и жесткость каркаса обеспечивается совместной работой жесткого диска покрытия и системой связей по колоннам. Расчетная схема каркаса представлена на рис. 1.

Здание обслуживается тремя подвесными электрическими кранами грузоподъемностью 6,3 т: двумя кранами в осях А-Б/10–21 и одним краном в осях Б-В/10–21.

Рис. 1. Расчетная схема исследуемого каркаса

Целью данного исследования является определение влияния податливости опорных узлов баз колонн на напряженно-деформированное состояние каркаса.

Задачами исследования являются:

− создать расчетную модель здания;

− вычислить жесткости узлов баз колонн;

− классифицировать полученные жесткости узлов по категориям: жесткий, полужесткий или шарнирный;

− выполнить расчет каркаса с учетом фактического состояния узлов баз колонн;

− определить расчетные длины колонн и напряжения в них.

Исследования выполнялись на моделях узлов в программном комплексе IdeaStatica, а также на расчётной схеме каркаса в программном комплексе SAP2000. Конструкция опорного узла по осям А и Б колонн принята по рисунку 2.

геометрические характеристики элементов узла приняты по рис. 2.
опорная плита из стали С345–5;
колонна каркаса и ребра жесткости из стали С245;
анкерные болты из стали Ст3пс2 Ø36 мм, заделка анкерных болтов — химические анкеры на глубину 400 мм;
геометрические характеристики элементов каркаса и их прочностные параметры приняты согласно проектной документации.
в исследовании рассмотрено расчетное сочетание нагрузок, которое приводит к максимальным поперечным деформациям каркаса: два подвесных крана в осях А-Б/10–21 расположены на оси 11, один подвесной кран в осях Б-В/10–21 расположен в на оси 20.

Рис. 2. Конструкция базы колонны

Для расчета каркаса при опорных узлах с конечной жесткостью определим жесткость баз колонн для принятого в п. 6 расчетного сочетания усилий. Жесткости узлов определены моделированием узлов в программе IDEA StatiCa и представлены в таблице 1.

Читайте также: