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;
шарнирные, которые практически не препятствуют повороту ригеля относительно колонны.

В программе реализованы 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

Шарнирные сопряжения ригелей с колоннами, реализованные в программе, представлены на рис. 8.5.5-2, и конструктивно оформлены с использованием опорного столика (рис. 2, а и 2, б), а также с использованием накладки на стенке ригеля (рис. 2, в).

При работе этого режима выполняются следующие нормативные 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 следующие страницы: Конфигурация, Усилия, Ригель 1, Сварка (Ригель 1), Ригель 2, Сварка (Ригель 2), Чертеж и Кривые взаимодействия.

Работа в режиме Сопряжение ригеля с колонной начинается с определения конфигурации сопряжения на странице Конфигурация. При сопряжении ригеля с колонной слева необходимо включить флажок ( $image\ebx_-1459260362.gif$ ) 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 предназначена 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 предназначена для описания типа поперечного сечения колонны и марки стали, которая для нее используется. Выбор стали для колонны выполняется 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. По умолчанию единицами измерений размеров поперечного сечения колонны приняты миллиметры.

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 должен быть не отмеченным 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 ( $image\ebx_630612231.gif$ ).

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 $image\ebx_-488506153.gif$ 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 $image\ebx_-1751293102.gif$ в группе Ригель 2 тип и размеры поперечного сечения, определенные для ригеля 2, автоматически присваиваются ригелю 1.

Предусмотрена возможность ввести значения коэффициентов условий работы колонны и ригелей в сопряжении в соответствующих одноименных окнах ввода. Выбор значений этих коэффициентов можно сделать и в специальном диалоговом окне Коэффициенты условий работы, для чего необходимо нажать на расположенную рядом кнопку.

$image\ebx_-2082316416.gif$

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 выпадающем списке Коэффициент надежности по ответственности пользователем задается соответствующий коэффициент, на значение которого будут умножены все расчетные значения внутренних усилий, действующих в сечениях элементов (колонн и ригелей), сопрягаемых в рассматриваемом узле, для всех расчетных комбинаций нагружений. В том случае, когда значения внутренних усилий были получены пользователем в результате статического анализа уже с учетом коэффициента надежности по ответственности (например, когда расчетные значения нагрузок задавались умноженными на данный коэффициент), тогда в этом выпадающем списке необходимо выбрать значение коэффициента равное единице.

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 страницах Сварка (Ригель 1) и Сварка (Ригель 2) задаются параметры сварных соединений для узла. В группе Параметры соединения в специальных выпадающих списках необходимо назначить тип и вид сварки, а также определить положение шва. В режиме Узлы ферм реализованы виды сварки, соответствующие табл. 34* СНиП II-23-81* (табл. 36 СП 53-102-2004, табл. 38 СП 16.13330, табл. 1.112.2 ДБН В.2.6-163:2010 или табл. 16.2 ДБН В.2.6-198:2014), а именно: ручная, полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при диаметре сварочной проволоки менее 1.4 мм, автоматическая и полуавтоматическая при диаметре сварочной проволоки 1.4…2.0 мм, автоматическая при диаметре сварочной проволоки 3…5 мм и полуавтоматическая порошковой проволокой. При этом положение сварных швов может быть в лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное. В группе Свойства материалов для сварки отображаются значения расчетного сопротивления угловых швов на условный срез по металлу шва R_wf и нормативного сопротивления металла шва R_wun. Определить эти значения можно в диалоговом окне Материалы для сварки, которое становится доступным после нажатия на кнопку $image\ebx_-227029061.gif$ .

На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в узле сопряжения 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_x, M_y и соответствующие им поперечные усилия Q_y и Q_x. Усилия, действующие в расчетных сечениях колонны, задаются для поперечных сечений, расположенных выше и ниже проектируемого узла.

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. Заметим, что жесткие сопряжения несущих элементов выполняются с использованием фланцевых соединений на высокопрочных болтах или с использованием сварного соединения на угловых швах. Для фланцевых сопряжений ригеля с колонной предусмотрена возможность задать класс стали фланцев нажатием одноименной кнопки.

Для некоторых типов сопряжений ригеля с колонной в программе предусмотрена возможность задать уклон ригеля с помощью значений безразмерных параметров a и b в группе Наклон.

При использовании высокопрочных болтов в специальных выпадающих списках, объединенных в группу Болты, необходимо задать марку стали болтов, их черноту (разницу между диаметром отверстия и диаметром болта), способ регулирования натяжения болтов, а также способ обработки (очистки) поверхностей элементов в соединении. Если известен диаметр высокопрочных болтов, используемых в сопряжении, в выпадающем списке необходимо задать их марку (диаметр). При использовании в сопряжении болтов обычной прочности в выпадающих списках необходимо задать класс прочности болтов, а также в случае, если диаметр болтов известен, задать их марку (диаметр).

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 используются равнополочные уголки по ГОСТ 8509-86. Если пользователю известны размеры этих уголков, их можно задать в специальных выпадающих списках L₁ и L₂.

Для шарнирного сопряжения ригеля с колонной на накладке предусмотрена возможность задать класс стали накладки нажатием одноименной кнопки.

Необходимо заметить, что автоматизированный расчет шарнирного сопряжения ригеля с колонной на накладке предусматривает, что размеры поперечного сечения накладки принимаются максимально приближенными к размерам поперечного сечения ригеля (речь идет в частности, о высоте накладки на стенке ригеля). В том случае, когда высота накладки будет задана пользоваиелем меньшей, чем расчетная высота стенки ригеля, в проверочном расчете такого узла необходимо учитывать концентрации напряжений. Вследствие отсутствия каких-либо нормативных методик выполнения такого уточняющего расчета, данная возможность в программе не реализована. Таким образом, если пользователем будет задана высота накладки, не соответствующая расчетной высоте стенки ригеля, программа выдаст сообщение об ошибке.

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 появляется выпадающее меню. Если выбран первый пункт меню Все параметры не заданы, то выполняется автоматизированный подбор всех параметров конструктивного решения узла и при этом предполагается, что параметры конструкции узла не известны, 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 при фиксированных значениях заданных параметров.

Автоматизированный подбор проектного решения узла сопряжения ригеля с колонной совершался на базе анализа его чувствительности по отношению к варьированию управляемых параметров узла с учетом условий обеспечения необходимой несущей способности и конструктивных ограничений, регламентированных нормами. При нажатии кнопки программа выполняет проверку несущей способности сечений элементов, примыкающих к узлу (колонны и ригелей), конструктивных элементов узла (фланцев, накладок, плит опорных столиков и т.д.) и их соединений (болтовых и сварных) при заданных (или ранее подобранных) значениях всех параметров узла в соответствии с требованиями норм.

Как при нажатии кнопки Проектирование, так и при нажатии кнопки Вычислить в поле K_max, расположенном в нижней части окна, выводится максимальное из всех коэффициентов использования ограничений значение фактора (наиболее опасного) и указывается вид нормативной проверки (прочность, устойчивость, местная устойчивость и т.п.), при котором этот максимум реализовался, а также выполняется генерация чертежа конструктивного решения узла сопряжения ригеля с колонной стадии КМ.

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 таблицах ниже.

На странице Кривые взаимодействия строятся кривые, ограничивающие область несущей способности заданного (или подобранного) конструктивного решения узла сопряжения ригеля с колонной при действии в нем различных пар внутренних усилий, которые могут возникнуть в примыкающих к узлу элементах (в колонне и ригелях). Для получения такой кривой необходимо нажать кнопку Показать.

При этом, выбор пары варьируемых внутренних усилий выполняется в выпадающем списке, а все остальные усилия полагаются равными тем значениям, которые заданы в группе Фиксированные значения усилий.

С помощью курсора можно обследовать представленную на графике область несущей способности узла сопряжения ригеля с колонной. Каждому положению курсора соответствует определенная пара числовых значений варьируемых усилий, величины которых отображаются в соответствующих полях. Нажатие правой кнопки мыши позволяет увидеть список выполненных проверок и значений факторов для того набора усилий, который соответствует текущему положению курсора на построенной области кривой взаимодействия.

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.

Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений жестких сопряжений ригеля с колонной

Название фактора	Тип стыка	Ссылка на СНиП II-23-81*	Ссылка на СП 53-102-2004	Ссылка на СП 16.13330	Ссылка на ДБН B.2.6-163:2010	Ссылка на ДБН B.2.6-198:2014	Ссылка на ШНК 2.03.05-13
Прочность опорного ребра из условия смятия торцевой поверхности	рис. 1, б	п. 5.38	п. 16.12.2	п. 15.12.2	п. 1.8.1	п. 9.5.13, п. 8.1.1, (8.1)	п. 7.38
Прочность опорного ребра из условия общей устойчивости	рис. 1, б	п. 7.12	п. 9.5.13	п. 8.5.17, п. 7.1.3, (7)	п. 1.5.5.13, п. 1.4.1.3, (1.4.3)	п. 9.5.13, п. 8.1.3, (8.3)	п. 9.13
Прочность опорного ребра из условия местной устойчивости свеса полки	рис. 1, б	п. 7.12	п. 9.5.13	п. 8.5.17, п. 7.1.3, (7)	п. 1.5.5.13, п. 1.4.1.3, (1.4.3)	п. 9.5.13, п. 8.1.3, (8.3)	п. 9.13
Прочность фланца при изгибе с учетом ослабления отверстиями	рис. 1, б-ж	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п. 8.2.1, (41)	п. 1.5.2.1, (1.5.1)	п. 9.2.1, (9.1)	п. 7.12, (24)
Прочность сварного соединения ригеля с полкой колонны	рис. 1, а	п. 11.2, (120), (121), п. 11.3, (122), (123)	п. 15.1.16, (155), (156), п. 15.1.17, (157), (158), п. 15.1.19, (161), (162)	п. 14.1.16, (176), (177), п. 14.1.17, (178), (179), п. 14.1.19, (182), (183)	п. 1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3), п. 1.12.1.17, (1.12.4), (1.12.5), п. 1.12.1.19, (1.12.8), (1.12.9)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3), п. 16.1.17, (16.4), (16.5), п. 16.1.19, (16.8), (16.9)	п. 13.2, (129), (130), п. 13.3, (131), (132)
Прочность сварного соединения ригеля с опорным ребром (фланцем)	рис. 1, б-ж	п. 11.2, (120), (121), п. 11.3, (122), (123)	п. 15.1.16, (155), (156), п. 15.1.17, (157), (158), п. 15.1.19, (161), (162)	п. 14.1.16, (176), (177), п. 14.1.17, (178), (179), п. 14.1.19, (182), (183)	п. 1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3), п. 1.12.1.17, (1.12.4), (1.12.5), п. 1.12.1.19, (1.12.8), (1.12.9)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3), п. 16.1.17, (16.4), (16.5), п. 16.1.19, (16.8), (16.9)	п. 13.2, (129), (130), п. 13.3, (131), (132)
Прочность болтового соединения опорного ребра (фланца) ригеля с полкой колонны	рис. 1, б-ж	п. 11.13, (131), (132)*	п. 15.3.3, (170), п.15.3.4, (171)	п. 14.3.3, (191), п. 14.3.4, (192)	п. 1.12.3.3, (1.12.17), п. 1.12.3.4, (1.12.18)	п. 16.3.3, (16.17), п. 16.3.4, (16.18)	п. 13.13, (140), (141)
Прочность крепления опорного столика к полке колонны	рис. 1, б	п. 11.2*, (120), (121)	п. 15.1.16, (155), (156)	п.14.1.16, (176), (177)	п. 1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3)	п. 13.2, (129), (130)
Прочность стенки колонны по нормальным напряжениям	рис. 1, а-ж	п. 5.25*, (50)	п. 10.1.1, (91)	п. 9.1.1, (106)	п. 1.6.1.1, (1.6.2)	п. 10.1.1, (10.2)	п. 7.25, (48)
Прочность стенки колонны по касательным напряжениям	рис. 1, а-ж	п. 5.12, (29)	п. 9.2.1, (36)	п. 8.2.1, (42)	п. 1.5.2.1, (1.5.2)	п. 9.2.1, (9.2)	п. 7.12, (25)
Прочность стенки колонны по местным напряжениям	рис. 1, а-ж	п. 5.13, (31)	п. 9.2.2, (40), (41)	п. 8.2.1, (46), (47)	п. 1.5.2.2, (1.5.6), (1.5.7)	п. 9.2.2, (9.6), (9.7)	п. 7.13, (27)
Прочность стенки колонны по приведенным напряжениям	рис. 1, а-ж	п. 5.14*, (33)	п. 9.2.1, (38)	п. 8.2.1, (44)	п. 1.5.2.1, (1.5.4)	п. 9.2.1, (9.4)	п. 7.14, (29)
Местная устойчивость стенки колонны	рис. 1, а-ж	п. 7.4, (74), 7.6, (79), п. 7.2 (72), (73)	п. 9.5.2, (71), (72), п. 9.5.3, (73)	п. 9.4.2, (125), (126), п. 9.4.3, (131)	п. 1.6.4.2, (1.6.20), (1.6.21), (1.6.22)	п. 10.4.2, (10.20), (10.21), (10.22)	пп. 9.5, (81), 9.7, (86), пп. 9.2, 9.3 (79), (80)
Примечания: см. таблицу в разделе Жесткие базы колонн.

Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений шарнирных сопряжений ригеля с колонной

Название фактора	Тип стыка	Ссылка на СНиП II-23-81*	Ссылка на СП 53-102-2004	Ссылка на СП 16.13330	Ссылка на ДБН B.2.6-163:2010	Ссылка на ДБН B.2.6-198:2014	Ссылка на ШНК 2.03.05-13
Прочность плиты опорного столика из условия смятия торцевой поверхности	рис. 2, а, б	п. 5.38	п. 16.12.2	п. 15.12.2	п. 1.8.1	п. 12.1	п. 7.38
Прочность плиты опорного столика при изгибе	рис. 2, а, б	п. 5.12, (28)	п. 9.2.1, (35)	п. 8.2.1, (41)	п. 1.5.2.1, (1.5.2)	п. 9.2.1, (9.2)	п. 7.12, (24)
Прочность накладки с учетом ослабления отверстиями на срез	рис. 2, в	п. 5.12, (29)	п. 9.2.1, (36), (39)	п. 8.2.1, (42), (45)	п. 1.5.2.1, (1.5.2), (1.5.5)	п. 9.2.1, (9.2), (9.5)	п. 7.12, (25)
Прочность болтового соединения ригеля с полкой колонны через накладку	рис. 2, в	п. 11.13, (131), (132)*	п. 15.3.3, (170), п. 15.3.4, (171)	п. 14.3.3, (191), п. 14.3.4, (192)	п. 1.12.3.3, (1.12.17), п. 1.12.3.4, (1.12.18)	п. 16.3.3, (16.17), п. 16.3.4, (16.18)	п. 13.13, (140), (141)
Прочность крепления опорного столика к полке колонны	рис. 2, а, б	п. 11.2*, (120), (121)	п. 15.1.16, (155), (156)	п. 14.1.16, (176), (177)	п. 1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3)	п. 13.2, (129), (130)
Прочность крепления накладки к полке колонны	рис. 2, в	п. 11.2, (120), (121), п. 11.3, (122), (123)	п. 15.1.16, (155), (156), п. 15.1.17, (157), (158), п. 15.1.19, (161), (162)	п. 14.1.16, (176), (177), п. 14.1.17, (178), (179), п. 14.1.19, (182), (183)	п. 1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3), п. 1.12.1.17, (1.12.4), (1.12.5), п. 1.12.1.19, (1.12.8), (1.12.9)	п. 16.1.16, (16.2), (16.3), п. 16.1.17, (16.4), (16.5), п. 16.1.19, (16.8), (16.9)	п. 13.2, (129), (130), п. 13.3, (131), (132)
Примечания: см. таблицу в разделе Жесткие базы колонн.