Сопряжение ригеля с колонной

Режим Сопряжение ригеля с колонной предназначен для проектирования и оценки несущей способности конструктивных решений узлов сопряжений ригелей с колонной. По условиям восприятия действующих на узел усилий и по возможности взаимного поворота ригеля относительно колонны рассматриваемые узлы подразделяются на следующие типы:

жесткие, обеспечивающие практическую неподвижность ригеля относительно колонны (рис. 1);
шарнирные, которые практически не препятствуют повороту ригеля относительно колонны (рис. 2).

На рис. 1 приведены реализованные в программе типы конструктивных решений жесткого сопряжения ригеля с колонной: на сварке (см. рис. 1, а) и на высокопрочных болтах (см. рис. 1, б…ж). Типы конструктивных решений сопряжений балок с колоннами, которые решены с использованием опорного фланца без опорного столика (см. рис. 1, в…ж), чаще всего проектируют как фрикционные соединения на высокопрочных болтах. Для случая, когда в узле сопряжения действует значительный изгибающий момент, величина которого превышает несущую способность ригеля, в программе предусмотрены типы конструктивных решений с вутами (см. рис. 1, е, ж).

а	б	в

г д

е ж

Рис. 1. Типы конструктивных решений жесткого сопряжения ригеля с колонной

а	б	в

Рис. 2. Типы конструктивных решений шарнирного сопряжения ригеля с колонной

При работе этого режима в соответствии с EN 1993-1-8:2005 выполняются следующие проверки:

прочности фланцев, подкрепляющих ребер и вутов;
прочности болтовых и сварных соединений, присутствующих в узле;
ряда конструктивных и сортаментных ограничений.

Главное окно режима Сопряжение ригеля с колонной включает пять страниц: Конфигурация, Соединения, Усилия, Ригель 1, Ригель 2 и Чертеж.

Работа в режиме Сопряжение ригеля с колонной начинается с определения конфигурации сопряжения на странице Конфигурация. При сопряжении ригеля с колонной слева необходимо включить флажок () возле маркера Ригель 1, при сопряжении ригеля с колонной справа необходимо включить флажок маркера Ригель 2. Для случая, когда в сопряжении присутствуют оба ригеля (слева и справа), оба маркера (Ригель 1 и Ригель 2) должны быть отмечены флажками. Группа кнопок Положение ригеля предназначены для определения положения ригелей в сопряжении с колонной. Верхнее положение ригелей соответствует узлу сопряжения с оголовком колонны балок покрытия, а среднее положение – узлу сопряжения с колонной балок перекрытия.

Группа элементов управления Колонна предназначены для описания типа поперечного сечения колонны и стали, которая для нее используется. Выбор стали для колонны осуществляется нажатием кнопки Сталь. Если тип поперечного сечения колонны является сварным двутавровым, необходимо отметить флажком маркер Сварное сечение и нажать кнопку Выбор профиля. При этом в появившемся диалоговом окне Размеры сечения необходимо определить размеры поперечного сечения колонны: высоту h_w и толщину t_w стенки колонны, ширину b_f и толщину t_f полки колонны и нажать кнопку ОК.

Толщины полок и стенки можно ввести вручную или же выбрать из выпадающих списков, в которых содержится набор сортаментных размеров листовой стали. В случае, если тип поперечного сечения колонны является прокатным, необходимо нажать кнопку Выбор профиля (при этом маркер Сварное сечение не должен быть отмечен флажком). В древовидном списке нового диалогового окна Выбор профиля необходимо выбрать сортамент и номер профиля в данном сортаменте для сечения колонны, после чего нажать кнопку ОК.

Обеспечена возможность графического контроля заданного поперечного сечения колонны в специальном информационном окне, которое становится доступным после нажатия кнопки Предварительный просмотр ().

Аналогично определяется сталь и тип поперечного сечения для ригелей узла сопряжения, для чего предусмотрены элементы управления, объединенные в соответствующие группы (Ригель 1 и Ригель 2). Кроме того, для каждого из ригелей сопряжения необходимо назначить статический тип сопряжения, что реализуется выбором соответствующих селективных кнопок: Жесткое сопряжение или Шарнирное сопряжение. Нажатие кнопки в группе Ригель 1 приводит к тому, что тип и размеры поперечного сечения, выбранные для ригеля 1 (ригеля, расположенного слева), автоматически присваиваются ригелю 2 (ригелю, расположенному справа). При нажатии кнопки в группе Ригель 2 тип и размеры поперечного сечения, определенные для ригеля 2, автоматически присваиваются ригелю 1.

В выпадающем списке Коэффициент надежности по ответственности предусмотрена возможность ввести значения соответствующего коэффициента надежности.

При действии значительных изгибающих моментов в узлах сопряжений ригелей с колонной часто возникает необходимость в дополнительном подкреплении стенки колонны поперечными ребрами жесткости. Схема расположения поперечных ребер жесткости в стенке колонны задается нажатием кнопок Схема ребер, которые отвечают за расположение ребер в уровне верхней полки балки, в уровне нижней полки балки, а также за косое расположение ребра.

Размеры ребер жесткости b_r и t_r необходимо задать в соответствующих полях ввода. В случае расчета и проектирования согласно EN 1993-1-8:2005 указанные размеры подбираются самой программой. Кроме того, предусмотрена возможность подкрепления стенки колонны пластинами, которые навариваются по контуру на стенку колонны. Количество навариваемых пластин (с одной стороны стенки колонны или с двух сторон – соответственно, одна или две пластины) задается в выпадающем списке Количество пластин. Размеры навариваемых пластин (высота h_sp, ширина b_sp и толщина t_sp), а также толщина сварного шва e_sp задаются пользователем в соответствующих полях ввода или же подбираются программой автоматически в случае, когда данное подкрепление выбрано, а размеры заданы равными нулю.

Нажатие кнопки Основная надпись обеспечивает доступ к диалоговому окну, предназначенному для заполнения штампа чертежа, который будет автоматически генерироваться после выполнения проектирования конструктивного решения соединения ригеля с колонной. Принципы работы в диалоговом окне Основная надпись описаны в разделе Жесткие базы колонн.

На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в узле соединения ригеля с колонной. В общем случае в каждом сопряжении со стороны ригеля на узел действуют продольная сила N, изгибающий момент M и соответствующая ему поперечная сила Q. Заметим, что в шарнирных сопряжениях ригеля с колонной изгибающий момент M должен равняться нулю. Кроме того, в расчетных сечениях колонны действуют продольное усилие N, изгибающие моменты в обеих плоскостях M_z, M_y и соответствующие им поперечные усилия Q_y и Q_z. Усилия, действующие в расчетных сечениях колонны, задаются для поперечных сечений, расположенных выше и ниже проектируемого узла.

Заметим, что в таблице задания значений внутренних усилий для одной или нескольких расчетных комбинаций нагрузок предусмотрен дополнительный столбец Группа предельных состояний, в котором необходимо определить группу предельных состояний текущей комбинации нагрузок (первая или вторая).

При нажатии кнопки Добавить в таблице усилий появляется новая строка, в которую необходимо ввести значения внутренних усилий для текущей расчетной комбинации нагрузок. Количество расчетных комбинаций нагрузок произвольно. По умолчанию единицами измерения продольных и поперечных усилий приняты тонны, изгибающих моментов – тонны×метры. Правило знаков усилий принимается по рисунку, приведенному в левом верхнем углу страницы, на котором указано их положительное направление.

На странице Ригель 1 размещена группа кнопок для выбора конструктивного решения сопряжения ригеля с колонной (ригеля, расположенного слева от колонны). Если для ригеля 1 на странице Конфигурация было задекларировано жесткое сопряжение, то на странице Ригель 1 будут отображены конструктивные решения жесткого сопряжения ригеля с колонной.

Для некоторых типов сопряжений ригеля с колонной (рис. 1, д, ж) в программе предусмотрена возможность задания уклона ригеля с помощью задания значений для безразмерных параметров a и b (см. рис. 1, д, ж) в группе Наклон.

На странице Соединения необходимо задать информацию относительно особенностей сварных и болтовых соединений узлов сопряжений ригелей с колонной, а именно: класс болтов и тип отверстия под болты, определить систему высокопрочных болтов и т.д. Подробно функциональные возможности страницы Соединения рассмотрены при описании режима Стыки балок. В дополнение к уже заданным ранее на странице Конфигурация маркам сталей для несущих элементов (колонны и ригелей) узлов сопряжений предусмотрена возможность задать марки сталей вспомогательных элементов узла (накладок и фланцев) нажатием кнопок Сталь накладок и Сталь фланца на странице Ригель 1.

Кроме того, предусмотрена возможность задать усиление полки колонны подкрепляющей пластиной с помощью постановки флажка на кнопке-маркере Усиление полки колонны. Размеры подкрепляющей пластины (высота h_bp, ширина b_bp, толщина t_bp), а также привязку размещения отверстий под болты в этой пластине e_bp можно задать в соответствующих полях ввода. В том случае, когда значения этих параметров останутся не определенными пользователем программа подберет их значение автоматически.

На странице Ригель 2 размещена группа кнопок для выбора конструктивного решения сопряжения с колонной ригеля 2 (ригеля, расположенного справа от колонны). Если для ригеля 2 на странице Конфигурация было задекларировано шарнирное сопряжение, то на странице Ригель 2 будут отображены только конструктивные решения шарнирного сопряжения ригеля с колонной. Шарнирные сопряжения элементов выполняются с использованием болтов обычной прочности (для типов сопряжений с опорным столиком и высокопрочных болтов (для типа сопряжения без опорного столика).

Для фиксации положения ригеля относительно колонны, а также в качестве опорного столика в некоторых типах шарнирных сопряжений (рис. 2, а, б) используются равнополочные уголки по ГОСТ 8509-86. Если пользователю известны размеры этих уголков, их можно задать в специальных выпадающих списках L₁ и L₂.

Необходимо заметить, что автоматизированный расчет шарнирных сопряжений ригеля с колонной на накладках предусматривает, что размеры поперечного сечения накладок принимаются максимально приближенными к размерам поперечного сечения ригеля (речь идет, в частности, о высоте накладки на стенке ригеля). В программе не учтены дополнительные напряжения от концентраций напряжений, которые могут возникнуть в том случае, если высоту накладки на стенках балок принять меньшей, чем расчетная высота стенки балки.

Для оценки несущей способности известного (заданного) конструктивного решения узла сопряжения ригеля с колонной необходимо задать все расчетные параметры узла. К таким параметрам относим размеры и толщины конструктивных элементов, входящих в состав узла, диаметры болтов, размеры, регламентирующие расположение элементов относительно друг друга, катеты сварных швов, количество болтов, количество рядов болтов и др. Параметры узла вводятся в таблице, расположенной на странице Ригель 1 или/и Ригель 2. По умолчанию единицами измерения линейных размеров проектного решения узла приняты миллиметры.

При нажатии кнопки Проектирование появляется меню. Если выбран первый пункт Все параметры не заданы, то выполняется автоматизированный подбор всех параметров конструктивного решения узла и при этом предполагается, что параметры конструкции узла не заданы, а заданные ранее их значения игнорируются. Если же выбран пункт меню Некоторые параметры заданы, то для незаданных параметров (тех, которые в списке параметров равны нулю) программа автоматически определит их значения из условий обеспечения необходимой несущей способности и конструктивных ограничений, регламентированных нормами, при фиксированных значениях заданных параметров.

Кроме того, выводится значение максимального фактора K_max (коэффициента использования ограничений) и указывается вид нормативной проверки, при котором этот максимум реализовался, а также выполняется генерация чертежа узлового решения стадии КМ.

При нажатии кнопки Вычислить программа выполняет проверку несущей способности элементов, входящих в состав узлового решения, с заданными параметрами, а также их соединений в соответствии с требованиями EN 1993-1-8:2005 и EN 1993-1-1:2005. В результате выводится значение максимального фактора K_max (коэффициента использования ограничений) и указывается вид нормативной проверки, при котором этот максимум реализовался. Полный перечень проверок и значения соответствующих коэффициентов использования ограничений доступен по нажатию кнопки Факторы.

Список выполняемых программой проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений узлов жестких и шарнирных сопряжений ригелей с колонной представлен в табл. 1 и 2.

При переходе на страницу Чертеж выполняется проверка узла аналогично режиму Вычислить. Если результаты анализа параметров элементов узла не противоречат конструктивным и нормативным требованиям, то выполняется генерация чертежа узлового решения стадии КМ.

Функциональные возможности кнопки Отчет, а также элементов управления, расположенных на странице Чертеж, аналогичны тем, которые предусмотрены в режиме Жесткие базы колонн.

Табл. 1. Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений жестких сопряжений ригеля с колонной при проектировании по EN 1993-1-1:2005 и EN 1993-1-8:2005

Название фактора	Тип стыка	Ссылка на EN 1993-1-8:2005	Ссылка на EN 1993-1-1:2005
Изгибная прочность узла	рис. 1	п. 6.2.5.1, (6.23), (6.24), (6.25)
Несущая способность сварного шва стенки балки с учетом упрочнения сварки для случая пластического анализа системы	рис. 1, а	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность сварного шва полки балки с учетом упрочнения сварки для случая пластического анализа системы	рис. 1, а	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность сварного соединения между стенкой ригеля и плитой фланца	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность сварного соединения между полкой ригеля и плитой фланца	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность стенки колонны на срез	рис. 1	п. 6.2.4.1, (6.7), (6.8)
Несущая способность стенки колонны на поперечное сжатие	рис. 1	п. 6.2.4.2, (6.9)- (6.14)
Несущая способность стенки колонны на поперечное растяжение	рис. 1	п. 6.2.4.3, (6.15)- (6.19а), (6.19b)
Несущая способность полки колонны на поперечный изгиб	рис. 1	п. 6.2.4.4, табл. 6.4, табл. 6.5, (6.20)
Несущая способность сварного соединения между опорным столиком и полкой колонны	рис. 1, б	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность опорного ребра (фланца) на местное торцевое смятие	рис. 1, б
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления срезу для соединения сминаемого типа	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления смятию для соединения сминаемого типа	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления трения для второй группы предельных состояний для фрикционного соединения при расчетах по второй группе предельных состояний	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления срезу для первой группы предельных состояний для фрикционного соединения при расчетах по второй группе предельных состояний	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления смятию для первой группы предельных состояний для фрикционного соединения при расчетах по второй группе предельных состояний	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления трению для первой группы предельных состояний для фрикционного соединения при расчетах по первой группе предельных состояний	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления смятию для первой группы предельных состояний для фрикционного соединения при расчетах по первой группе предельных состояний	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе пластического сопротивления сечения нетто с учетом ослабления отверстиями для первой группы предельных состояний для фрикционного соединения при расчетах по первой группе предельных состояний	рис. 1, в, г, д, е, ж	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления растяжению для соединения с ненапрягаемыми болтами	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	п. 3.4.2 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления среза при пробивке для соединения с ненапрягаемыми болтами	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	п. 3.4.2 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления растяжению для соединения с напрягаемыми болтами	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	п. 3.4.2 (3), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе сопротивления срезу при пробивке для соединения с напрягаемыми болтами	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	п. 3.4.2 (3), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцем и полкой колонны, вычисленная на основе комбинации сопротивления срезу и растяжению соединения	рис. 1, б, в, г, д, е, ж	табл. 3.4
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие поперечной силы	рис. 1		п. 6.2.6, (6.12)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента	рис. 1		п. 6.2.5, (6.10)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие растягивающего усилия	рис. 1		п. 6.2.3, (6.5)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие сжимающего усилия	рис. 1		п. 6.2.4, (6.9)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и поперечной силы	рис. 1		п. 6.2.8, (6.25)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и продольной силы	рис. 1		п. 6.2.9.1, (6.26)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента, поперечной и продольной сил	рис. 1		п. 6.2.10
Примечания: см. Примечания табл. 1 (Жесткие базы колонн).

Табл. 2. Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений шарнирных сопряжений ригеля с колонной при проектировании по EN 1993-1-1:2005 и EN 1993-1-8:2005

Название фактора	Тип стыка	Ссылка на EN 1993-1-8:2005	Ссылка на EN 1993-1-1:2005
Несущая способность стенки колонны на срез	рис. 2	п. 6.2.4.1, (6.7), (6.8)
Несущая способность болтового соединения между накладкой и стенкой ригеля, вычисленная на основе сопротивления срезу, для соединения сминаемого типа	рис. 2, в	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между накладкой и стенкой ригеля, вычисленная на основе сопротивления смятию, для соединения сминаемого типа	рис. 2, в	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между накладкой и стенкой ригеля для фрикционного соединения при расчетах по второй группе предельных состояний	рис. 2, в	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между накладкой и стенкой ригеля при расчетах по первой группе предельных состояний	рис. 2, в	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность сварного соединения между накладкой и полкой колонны на действие приведенных напряжений	рис. 2, в	п. 4.5.3, (4.1)
Несущая способность сварного соединения между накладкой и полкой колонны на действие нормальных напряжений	рис. 2, в	п. 4.5.3, (4.1)
Несущая способность сварного соединения между накладкой и полкой колонны, рассчитанная в запас прочности не принимая во внимание ориентацию швов	рис. 2, в	п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность сварного соединения между уголком консоли и стенкой колонны на действие приведенных напряжений	рис. 2, а, б	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие поперечной силы	рис. 2, в		п. 6.2.6, (6.12)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента	рис. 2, в		п. 6.2.5, (6.10)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие растягивающего усилия	рис. 2, в		п. 6.2.3, (6.5)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие сжимающего усилия	рис. 2, в		п. 6.2.4, (6.9)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и поперечной силы	рис. 2, в		п. 6.2.8, (6.25)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и продольной силы	рис. 2, в		п. 6.2.9.1, (6.26)
Несущая способность сечения накладки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента, поперечной и продольной сил	рис. 2, в		п. 6.2.10
Несущая способность накладки на срез по сечению, ослабленному блоком отверстий	рис. 2, в	п. 3.10.2, (3.9), (3.10)
Несущая способность балки на срез по сечению, ослабленному блоком отверстий	рис. 2, в	п. 3.10.2, (3.9), (3.10)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие поперечной силы	рис. 2		п. 6.2.6, (6.12)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента	рис. 2		п. 6.2.5, (6.10)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие растягивающего усилия	рис. 2		п. 6.2.3, (6.5)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие сжимающего усилия	рис. 2		п. 6.2.4, (6.9)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и поперечной силы	рис. 2		п. 6.2.8, (6.25)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и продольной силы	рис. 2		п. 6.2.9.1, (6.26)
Несущая способность сечения ригеля, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента, поперечной и продольной сил	рис. 2		п. 6.2.10
Примечания: см. Примечания табл. 1 (Жесткие базы колонн).