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.
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 🙂
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.
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.