Соответствие конструктивного решения расчетной схеме

При расчете конструкций принимают определенные условия присоединения элементов друг к другу, например шарнирное или жесткое.

В процессе конструирования необходимо предусматривать такие решения, которые бы в наибольшей степени соответствовали принятой расчетной схеме. Несоответствие конструктивного решения и расчетной схемы приводит к появлению дополнительных усилий и напряжений в элементах конструкций, что в отдельных случаях может привести к разрушению. Иногда такое соответствие обеспечить очень трудно или невозможно. В этом случае конструктор должен выявить эти дополнительные усилия и учесть их при конструировании. Рассмотрим ряд примеров.

В настоящее время многопролетные промышленные здания, как правило, проектируют с шарнирным опиранием однопролетных ферм на колонну. В этом случае должна быть предусмотрена возможность поворота опорного сечения фермы, что достигается свободным перемещением верхнего опорного узла фермы по стойке {рис. 28, а}. Для свободного перемещения необходимо образование овальных отверстий для болтов в горизонтальных полках опорных уголков 1 рассматриваемого узла. В типовых фермах вертикальные полки этих уголков имеют отверстия для крепления надколонников по крайним рядам здания. В эти отверстия по средним рядам здания болты ставить нельзя, иначе создается неразрезность ферм. В случае не предусмотренной проектом неразрезности ферм опорная реакция ферм на колонну существенно возрастает, а вместе с ней возрастают усилия в сжатых опорных раскосах. В нижнем поясе могут появиться сжимающие усилия, что может вызвать потерю устойчивости крайних панелей нижнего пояса.

При проектировании промежуточных узлов ферм предполагают, что линии центров тяжести стержней, примыкающих к узлу, сходятся в одной точке — центре узла. Нарушение этого условия вызывает в стержнях дополнительные напряжения. В некоторых случаях полностью избежать эксцентрицитетов весьма трудно. Элементы решетки фермы всегда можно центрировать на центр узла; гораздо сложнее центрировать стержни пояса.

Стремление к экономии металла заставляет менять площадь сечения панелей поясов в соответствии с изменением действующих в них усилий. В этом случае к узлу подходят стержни с разной площадью сечения и часто разной шириной полки в {рис. 28, б}, а следовательно, и с разным расстоянием от обушка уголка до линии центров тяжести z. Совмещение наружных плоскостей этих полок вызывает эксцентрицитет с. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при эксцентрицитете с, не превышающем 5% ширины полки меньшего из поясных уголков, сходящихся в узле, дополнительные напряжения не опасны для прочности фермы. Большие эксцентрицитеты нормами проектирования не допускаются.

Важное значение имеет решение узлов опирания подкрановых балок на колонны. В этих узлах с подкрановых балок на колонну передаются большие динамические усилия, а опорные части балок претерпевают значительные перемещения и деформации. Для рассматриваемых узлов имеются решения, которые позволяют обеспечить соответствие расчетных и конструктивных схем.

Разрезные подкрановые балки опираются на колонны строгаными или фрезерованными торцами опорных ребер, совпадающих с осью колонны {рис. 29, а}. При таком опирании опорные реакции от подкрановых балок на колонны передаются соосно, без эксцентрицитетов.

Подкрановая балка часто выполняет функции распорки вертикальных связей. В этом узле диагональ связи должна быть соединена с подкрановой балкой, однако такое соединение не должно препятствовать прогибу балки. Конструктивно это решают следующим образом. Опорную плиту колонны 1 выпускают в сторону той подкрановой балки, которая выполняет функцию распорки связей. Фасонку связей 2 конструируют так, чтобы ее размер вдоль опорной плиты 1 был невелик. Нижний пояс подкрановой балки приваривают на монтаже к прокладке 3, которая приварена к опорной плите U. Таким образом, диагональ связей оказывается соединенной с подкрановой балкой. Расстояние от кромки фасонки 2 до края прокладки 3 принимают не менее 150 мм. При прогибе подкрановой балки свободно прогибается и плита 1, вертикальная опорная реакция балки передается на колонну по ее оси опорными ребрами.

Под воздействием крановых нагрузок подкрановые балки прогибаются, а их опорные сечения поворачиваются относительно вертикальной оси, при этом открывается зазор между балками, в зоне верхнего пояса. Для свободного поворота опорных сечений балок на опорах болты, соединяющие опорные ребра соседних балок, сосредоточивают на участке, примерно равном 2/з высоты балки, считая от нижнего пояса.



Рис. 28. Обеспечение соответствия расчетной и конструктивной схем стропильных ферм

Опорная реакция балки сжимает ее опорное ребро и заставляет его укорачиваться. Чтобы не создавать препятствия этой деформации, балку в зоне верхнего пояса следует крепить к колонне только горизонтальной планкой 4, привариваемой на монтаже к коротышам 5 колонны и к верхнему поясу балки. Планка может изгибаться в вертикальной плоскости. В ряде случаев роль планки выполняет фасонка тормозных ферм {см. вид узла сверху}. Уголки 6, соединяющие эти фасонки с колонной, к последней не прикрепляют. При опускании верхнего пояса балки опускается и уголок. Горизонтальные усилия поперечного торможения с балок на колонну передаются при таком решении благодаря плотному прилеганию уголков 6 к полке колонны. Колонна как бы охватывается и зажимается уголками. Аналогичное решение разработано и для колонн крайнего ряда.

Не рекомендуется соединять подкрановые балки с колонной диафрагмами 7. При осадке балки на опоре диафрагма 7 под влиянием опорной реакции поворачивается и отрывается от полки колонны, а иногда происходит разрыв поясных швов колонны на участке а. Вместе с подкрановой балкой прогибаются и тормозные устройства. Поскольку уголки 6 не прикреплены к колонне, они могут перемещаться в любом направлении и не препятствуют прогибу тормозных устройств.

При конструировании неразрезных подкрановых балок необходимо учитывать, что на опорах могут возникать отрицательные опорные реакции, стремящиеся оторвать балку от колонны. Крепление неразрезной балки к колонне при наличии отрицательной опорной реакции показано на рис. 29, б. В накладках 8, соединяющих балку с колонной, должен быть участок 150—200 мм без швов, который необходим для свободного развития в накладках упругих деформаций. Без него может произойти хрупкое разрушение накладок. Опирание подкрановой балки, показанное на рис. 29, б, может создать внецентренное приложение опорной реакции к верхней части колонны. Это необходимо учитывать при расчете колонны и при конструировании опорной части балки.



Рис. 29. Обеспечение соответствия расчетной и конструктивной схем подкрановых балок и балок междуэтажных перекрытий

Во время разработки чертежей решетчатых колонн следует строго следить за центрированием стержней решетки в точке, совпадающей с осью ветви колонны {рис. 29, в}. Нарушение этого правила вызывает в ветви изгибающий момент, равный Ndc. В плоскости действия этого изгибающего момента момент сопротивления ветви колонны обычно невелик и, следовательно, при сравнительно небольшом изгибающем моменте дополнительные напряжения в ветви могут быть значительными. Если эксцентрицитета избежать невозможно, при расчете колонны необходимо учитывать дополнительные напряжения в ветвях.

В междуэтажных перекрытиях и в рабочих площадках обычно принимают шарнирное опирание вспомогательных балок на главные. Однако в рассматриваемых узлах соединение балок выполняют, как показано на рис. 29, г, с помощью болтов. Такое соединение препятствует повороту опорного сечения вспомогательной балки и в некоторой степени служит заделкой. В этих условиях опорное давление балки может возрасти на 20—30%. Поскольку шарнирное соединение балок конструктивно не выполняется, необходимо учитывать возможное увеличение опорной реакции и рассчитывать узел на опорное давление при шарнирном стирании, увеличенное на 20—30%.

В практике часто применяют опирание балок на колонны по типу, показанному на рис. 29. д. Такое опирание в расчете полагают шарнирным. Для приближения конструктивного решения к расчетному необходимо болты, прикрепляющие опорное ребро балки к полке колонны, сосредоточивать в нижней части ребра, а именно в зоне, равной 2/3 высоты балки. При указанном расположении болтов опорное сечение балки может поворачиваться сравнительно свободно.

Опорное ребро балки передает опорное давление на столик. При установке столика на колонну возможно некоторое его смещение, и опорное давление балки будет приложено к столику и швам, прикрепляющим столик к колонне, с эксцентрицитетом, что вызовет неравномерное распределение опорного давления между швами. Поскольку исключить это явление практически невозможно, конструктор должен рассчитывать швы на опорное давление, увеличенное в 1,5 раза.