Опирание металлической фермы кирпичную стену

Классические узлы опирания несущих металлических балок на кирпичные стены.

В данном посте рассмотрены схемы классических конструктивных решений узлов опирания несущих металлических балок перекрытий (покрытий) на кирпичные стены зданий. Использование данных схем при конструировании балочных перекрытий избавит проектировщика от множества рутинных вычислений, связанных с компоновкой опорных узлов балок, подбором сечений отдельных элементов (обеспечивающих работоспособность узлов) и расчетом их монтажных соединений.

Принятие решения о выборе одного из предложенных ниже вариантов конструктивного исполнения узлов опирания балок на стены производится исходя из величины опорной реакции (опорного давления под концом балки).

Согласно требованиям действующих норм, стальные балки должны опираться на несущие каменные стены через стальные или железобетонные распределительные подушки, основной функцией которых является выравнивание давления под концами балок и предотвращение местного смятия кладки (локального разрушения кладки под опорными участками балок от смятия).

Узлы №№1, 2, 3, 4 предусматривают шарнирное опирание балок непосредственно на кирпичную кладку стен через слой цементно-песчаного раствора толщиной 15 мм. Опорное давление под заделанным в стену концом балки передается на кладку через опорные металлические плиты толщиной 20 мм, размеры которых назначены таким образом, чтобы среднее давление под плитой (в пределах площади сжатия) не превосходило минимально допустимую нормами величину расчетного сопротивления кладки при условии, что кладка выполнена из полнотелого керамического кирпича нормальной прочности на жестком цементном растворе.

В случае, если величина опорного давления превышает 100 кН (≈10 тонн), то тогда, в соответствии с требованиями СНиП ll-22-81*, необходимо устройство железобетонной распределительной подушки толщиной не менее 100 мм, армированной двумя сетками по расчету (опирание несущей стальной балки перекрытий непосредственно на кирпичную кладку стен в этом случае не допускается). При этом опорные узлы балок выполняются жесткими – см. Узлы №№4, 5.

опирание металлической балки на стену

Узел №1 (шарнирный)

Толщина кирпичной стены b=380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,6 т.

металлические балки узлы

Узел №2 (шарнирный)

Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,7 — 3,0 т.

стальные балки узлы

Узел №3 (шарнирный)

Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=3,1 — 5,0 т.

шарнирный узел опирания балки

Узел №4 (шарнирный)

Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=5,1 — 7,0 т.

заделка балки в стену

Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=10,1 — 18,0 т.

опирание металлических балок

Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=18,1 — 20,0 т.

Все фрикционные соединения элементов (во всех узлах) выполняется на анкерных болтах класса точности В, классов прочности 5.8 и 8.8. Допускается также использование высокопрочных болтов.

Катеты всех угловых швов (во всех узлах) принимать по наименьшей толщине свариваемых элементов, но не менее значений, указанных в таблице 38 СНиП II-23-81*.

В случае, если режим эксплуатации здания характеризуется наличием динамических нагрузок, — все элементы и детали узлов должны быть проверены расчетом на выносливость.

Марка стали всех металлических элементов и деталей узлов принимаются по таблице 50х СНиП II-23-81*, как для конструкций 2-ой группы (при отсутствии динамических, вибрационных и подвижных нагрузок).

Источник

Узел опирания металлической фермы на кирпичную стену

Представлены шесть схем классических конструктивных решений в вопросе опирания несущих металлических балок перекрытий на кирпичные стены строений.

● Проект зданий включает в себя процесс конструирования балочных перекрытий, связанный со множеством математических вычислений — расчёт монтажных соединений, компоновка опорных узлов балок, подбор сечений отдельных элементов, которые призваны обеспечивать работоспособность узлов.

● Выбор одного из представленных вариантов должен исходить из величины опорного давления под концом балки — т. е. опорная реакция является основополагающим фактором при выборе решения. Стальные балки перекрытия должны не просто быть уложены на несущие кирпичные стены, а должны опираться через железобетонные или стальные распределительные подушки. В число основных задач этих подушек входят:
— выравнивание давления под концами балок;
— предотвращение местного разрушения кирпичной кладки под опорными участками балок.

● Первые четыре узла (из шести) предполагают шарнирный способ опирания балок непосредственно на кирпичную стену через слой раствора толщиной в 15 мм. Опорное давление передаётся на кирпичную кладку через опорные металлические плиты толщиной 20 мм. Размеры опорных плит выбираются с таким расчётом, чтоб среднее давление под ними — т. е. на площади сжатия — не было больше величины расчётного сопротивления кирпичной кладки на жёстком цементном растворе. Несущая кирпичная стена должна быть выполнена из полнотелого кирпича с хорошими характеристиками по прочности.

• Если величина опорного давления превышает 10 тонн, то необходимая толщина железобетонной распределительной подушки уже должна составлять не менее 100 мм., причём сама подушка должна быть снабжена двумя армирующими сетками. В этом случае опорные узлы металлических балок должны быть обязательно жёсткими и категорически не допускается опирание балки перекрытий сразу на кирпичную стену. Руководством в этом вопросе являются требования СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции.

● Узел опирания №1 шарнирный. Толщина кирпичной стены b=380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,6 т.

● Узел опирания №2 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,7-3,0 т.

● Узел опирания №3 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=3,1-5,0 т.

● Узел опирания №4 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=5,1-7,0 т.

● Узел опирания №5 жёсткий. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=10,1-18,0 т.

● Узел опирания №6 жёсткий. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=18,1-20,0 т.

• Во всех узлах все фрикционные соединения элементов выполняются на анкерных болтах класса точности В, с классами прочности 5.8 и 8.8.

• Во всех узлах катеты всех угловых швов следует принимать по наименьшей толщине свариваемых элементов. Минимальны значения указаны в таблице 38 СНиП II-23-81* Стальные конструкции.

Минимальный шов по обушку и по перу составляет 5 см, коэффициенты к_ш по обушку min 0,6; по перу – 0,4.

3.2 Расчёт кирпичной стены.

3.2.1.Конструктивная схема здания .

Так как расстояние между поперечными стенами l_ст=6 м то проектируемое сооружение( согласно табл. 8 и 9 /14/) по характеру работы относится к жёсткой конструктивной схеме.

3.2.1.2 Основные параметры кирпичной стены.

Т.к. нагрузка от перекрытия сосредоточена на отдельных участках (опирание фермы) сечение проектируемой стены представляет собой в виде тавра (пилястры).

Высота стены ( согласно проекту ) равна Н = 4,9 м.

Уровень низа стены над уровнем чистого пола равен 10,800.

Ширина пилястры =510 мм.

Толщина стены h=510 мм.

Ширину полки таврового сечения зависит от наличия размеров проёмов: b_п=6000 мм

Рис. 3.9. План нагружения на простенок

3.2.2. Статический расчёт.

Расчётная схема стены представляет собой в виде однопролётной балки с шарнирными опорами на уровне опирания перекрытий (см. рис 2.1):

Рис. 3.10 Расчетная схема стены.

3.2.2.1. Сбор нагрузок

На балку действуют следующие нагрузки:

— нагрузка от собственного веса кровли, фермы и стены;

— снеговая нагрузка в соответствии со снеговым районом;

Все нагрузки рассматриваются в соответствии с коэффициентами надёжности.

Определим действующие на раму расчётные вертикальные и горизонтальные нагрузки.

· Постоянные нагрузки (см. расчет фермы):

Полная нагрузка снеговая, от покрытия и фермы, действующая на стену P₁= (g_d+q_s.d)∙cos ά ∙L/2=33,306∙14,705/2=244,88 кН

от собственного веса стены:

На стену также учитываем вес наслонной стропильной системы с шагом стропил 1,5 м:

P₄= ((3,391-0,1)+1,296)∙6,7/2∙1,5=23,05 кН (0,1-собственный вес фермы )

Произведём расчет стены (результаты статического расчёта показаны на эпюрах):

Рис.3.11 Построение эпюр.

3.2.3.Расчёт кирпичной кладки на внецентренное сжатие.

Требуется рассчитать стену по оси Б здания на уровне мансардного этажа. Раствор необходимо подобрать. Район строительства — г. Витебск . Здание относится ко I степени долговечности (надежности).

Для стен зданий I степени долговечности марка раствора должна быть не менее согласно табл. 4 Приложение 1 /14/.

Размеры всех сечений стены одинаковы. Разными в них являются лишь расчетные усилия.

Наиболее опастным оказывается сечение, расположенное на расстоянии 1/3 от низа верхнего перекрытия, где изгибающий момент имеет значительную величину:

Подберем необходимые марку кирпича и раствора на уровне низа стены с возникающими там усилиями M= 2/3∙81,3=54,2кН∙м, N=272,02 кН

Расчетная высота стены I =1,25∙Н = 4,9∙1,25 = 6,125 м.( согласно /14/)

. (3.9)

Площадь сечения F=57∙51+(600-51)∙38=20862 cм 2

Расстояние от центра тяжести сечения О до края полки (см. рис. 1 приложения V 1 /5/. при и )

Z =0,35∙h=19,95 см и до края сечения в сторону эксцентриситета у = h — Z = 57-19,95=37,05 cм центральный момент инерции (см. рис. 2 приложения V 1 /5/.)

I=0,031∙600∙57 3 =3,44 ∙10 6 cм 4

и радиус инерции сечения

см (3.10)

Так как r = 12,8см >8,7 см, то.

Предположим, что минимально допустимая для рас сматриваемого здания марка раствора 10 приемлема и

Рис. 3.12 Сечение стены марка полнотелого глиняного кирпича пластического прессования М75. Тогда по табл. 7 приложения II

R=9 кг/см 2 , а по табл. 18 приложения III V 1 /14/.

Приведённая гибкость (3.11)

по табл.1 1 /14/.

(3.12)

Согласно приложению VI 1 / /14/от точки приложения силы до условной нейтральной оси будет:

(3.13)

(т.к. , где , условие не выполняется)

Тогда высота сжатой зоны сечения:

37,05+20,37=57,42 см и площадь этой зоны:

• АлтГТУ 419
• АлтГУ 113
• АмПГУ 296
• АГТУ 266
• БИТТУ 794
• БГТУ «Военмех» 1191
• БГМУ 171
• БГТУ 602
• БГУ 153
• БГУИР 391
• БелГУТ 4908
• БГЭУ 962
• БНТУ 1070
• БТЭУ ПК 689
• БрГУ 179
• ВНТУ 119
• ВГУЭС 426
• ВлГУ 645
• ВМедА 611
• ВолгГТУ 235
• ВНУ им. Даля 166
• ВЗФЭИ 245
• ВятГСХА 101
• ВятГГУ 139
• ВятГУ 559
• ГГДСК 171
• ГомГМК 501
• ГГМУ 1966
• ГГТУ им. Сухого 4467
• ГГУ им. Скорины 1590
• ГМА им. Макарова 299
• ДГПУ 159
• ДальГАУ 279
• ДВГГУ 134
• ДВГМУ 408
• ДВГТУ 936
• ДВГУПС 305
• ДВФУ 949
• ДонГТУ 497
• ДИТМ МНТУ 109
• ИвГМА 488
• ИГХТУ 130
• ИжГТУ 143
• КемГППК 171
• КемГУ 507
• КГМТУ 269
• КировАТ 147
• КГКСЭП 407
• КГТА им. Дегтярева 174
• КнАГТУ 2909
• КрасГАУ 345
• КрасГМУ 629
• КГПУ им. Астафьева 133
• КГТУ (СФУ) 567
• КГТЭИ (СФУ) 112
• КПК №2 177
• КубГТУ 138
• КубГУ 107
• КузГПА 182
• КузГТУ 789
• МГТУ им. Носова 367
• МГЭУ им. Сахарова 232
• МГЭК 249
• МГПУ 165
• МАИ 144
• МАДИ 151
• МГИУ 1179
• МГОУ 121
• МГСУ 330
• МГУ 273
• МГУКИ 101
• МГУПИ 225
• МГУПС (МИИТ) 636
• МГУТУ 122
• МТУСИ 179
• ХАИ 656
• ТПУ 454
• НИУ МЭИ 640
• НМСУ «Горный» 1701
• ХПИ 1534
• НТУУ «КПИ» 212
• НУК им. Макарова 542
• НВ 778
• НГАВТ 362
• НГАУ 411
• НГАСУ 817
• НГМУ 665
• НГПУ 214
• НГТУ 4610
• НГУ 1992
• НГУЭУ 499
• НИИ 201
• ОмГТУ 301
• ОмГУПС 230
• СПбПК №4 115
• ПГУПС 2489
• ПГПУ им. Короленко 296
• ПНТУ им. Кондратюка 119
• РАНХиГС 186
• РОАТ МИИТ 608
• РТА 243
• РГГМУ 117
• РГПУ им. Герцена 123
• РГППУ 142
• РГСУ 162
• «МАТИ» — РГТУ 121
• РГУНиГ 260
• РЭУ им. Плеханова 122
• РГАТУ им. Соловьёва 219
• РязГМУ 125
• РГРТУ 666
• СамГТУ 130
• СПбГАСУ 315
• ИНЖЭКОН 328
• СПбГИПСР 136
• СПбГЛТУ им. Кирова 227
• СПбГМТУ 143
• СПбГПМУ 146
• СПбГПУ 1598
• СПбГТИ (ТУ) 292
• СПбГТУРП 235
• СПбГУ 577
• ГУАП 524
• СПбГУНиПТ 291
• СПбГУПТД 438
• СПбГУСЭ 226
• СПбГУТ 193
• СПГУТД 151
• СПбГУЭФ 145
• СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
• ПИМаш 247
• НИУ ИТМО 531
• СГТУ им. Гагарина 113
• СахГУ 278
• СЗТУ 484
• СибАГС 249
• СибГАУ 462
• СибГИУ 1654
• СибГТУ 946
• СГУПС 1473
• СибГУТИ 2083
• СибУПК 377
• СФУ 2423
• СНАУ 567
• СумГУ 768
• ТРТУ 149
• ТОГУ 551
• ТГЭУ 325
• ТГУ (Томск) 276
• ТГПУ 181
• ТулГУ 553
• УкрГАЖТ 234
• УлГТУ 536
• УИПКПРО 123
• УрГПУ 195
• УГТУ-УПИ 758
• УГНТУ 570
• УГТУ 134
• ХГАЭП 138
• ХГАФК 110
• ХНАГХ 407
• ХНУВД 512
• ХНУ им. Каразина 305
• ХНУРЭ 324
• ХНЭУ 495
• ЦПУ 157
• ЧитГУ 220
• ЮУрГУ 306

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Вследствие ограниченности длин проката, а также по транспортным условиям фермы больших пролетов (l > 18 м) приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета.

При конструировании стыков необходимо соблюдать основное правило стыкования: площадь сечения стыковых элементов должна быть не меньше площади сечения стыкуемых элементов. Стыки поясов ферм могут располагаться как в узлах, так и в панели. Расположение стыка пояса в узле более удобно, так как при этом часть фасонки используется в качестве стыкового элемента.

Простейшей конструкцией стыка является перекрытие поясных уголков стыковыми уголками того же профиля. На фигуре а показан сварной стык, а на фигуре б — клепаный стык нижнего пояса фермы. В сварном стыке полки стыкового уголка подрезают в целях избежания концентрации швов у перьев, а также для более равномерной передачи усилия.

Стыки нижнего пояса фермы

Стык верхнего пояса, обычно устраиваемый в коньке фермы, можно осуществлять аналогично стыку нижнего пояса, перекрывая его гнутыми стыковыми уголками. На фигуре а показан такой стык, причем фасонка выпущена кверху для прикрепления фонарной конструкции. Этот стык, в котором по существу повторяется идея клепаных стыков, получил также и другое решение, показанное на фигуре б.

Здесь тавровое сечение фасонки полностью компенсирует сечение двух уголков. Желательно только размер h назначать с таким расчетом, чтобы центр тяжести тавровой фасонкй совпадал с осью поясных уголков; в случае несовпадения необходимо проверить фасонку не только на сжатие, но и на изгиб от момента, равного осевому усилию в поясе, умноженному на эксцентриситет е усилия относительно центра тяжести фасонки.

Стыки верхнего пояса фермы

Для удобства наложения швов у обушков уголков пояса ширина горизонтальной планки не должна превышать 2h. Конструкция стыка по фигуре б удобна при монтаже благодаря наличию горизонтального столика, на который устанавливается конструкция фонаря.

Опорные узлы

Стропильные фермы могут опираться на кирпичные стены, железобетонные колонны или элементы стального каркаса промышленного здания — стальные колонны или подстропильные фермы. Конструкция прикрепления ферм к стальным колоннам и подстропильным фермам детально рассмотрена в гл. IX.

Опирание стропильных ферм

Опирание стропильных ферм на железобетонные колонны.

Пример опирания стропильной фермы на железобетонную колонну показан на фигуре. Опорная плита, обычно толщиной 16 — 20 мм, прикрепляется к колонне анкерными болтами диаметром 22 — 24 мм; размеры плиты определяют, исходя из расчетного сопротивления сжатию материала опоры. Отверстия в опорной плите делают в 2 — 3 раза больше диаметра анкерных болтов, учитывая возможные неточности в закладке последних.

Для ферм пролетом до 36 м требование подвижности опорных закреплений обычно не предъявляется.

Детали

Как уже указывалось, сжатые элементы ферм, состоящие из двух уголков, необходимо в промежутках между фасонками соединять друг с другом небольшими соединительными планками.

В противном случае под влиянием продольной сжимающей силы N каждый уголок, воспринимающий усилие N/2, может выгнуться независимо один от другого, так как у одиночного уголка минимальный радиус инерции относительно оси ξ значительно меньше, чем радиус инерции сечения из двух уголков относительно оси х.

Расстановка соединительных планок

Расстановка соединительных планок в элементах ферм.

Эти планки по длине сжатых стержней располагаются на расстояниях l₁ ≤ 40r_x (где r_х — радиус инерции сечения относительно оси х —х). С целью обеспечения большей слитности работы обоих уголков в растянутых элементах ферм также ставятся соединительные планки, но на расстояниях l₁ ≤ 80r_х друг от друга.

Планки обычно делают шириной 60 — 100 мм.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Источник