Шарнирное опирание балки на стену

Обновлено: 16.08.2022

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).

Видео-курсы от Ирины Михалевской

В этой статье я хочу рассмотреть выбор расчетной схемы для однопролетной балки, но всю эту информацию можно перенести и на однопролетную плиту.

В самом начале работы проектировщиком сложно бывает разобраться именно с выбором расчетной схемы. Есть шарнирное опирание, есть жесткое (так называемое защемление). На каком остановить свой выбор?


Я предлагаю вам рассмотреть работу балок с точки зрения их деформации. Это самый наглядный способ понять, как все устроено и к чему может привести наш выбор.

Что представляет собой шарнирное опирание? Это такие условия, когда концы балок не закреплены от поворота (условно, конечно).

Что представляет собой жесткая заделка (защемление)? Это такие условия, когда концы балок жестко зафиксированы на опоре и повернуться не могут.

Как это выглядит в реальности (естественно, перемещения на рисунке сильно утрированы, на самом деле они составляют миллиметры или даже доли миллиметров).


При шарнирном опирании балка под весом нагрузки прогибается вниз от опоры до опоры – ее ничто не сдерживает. В итоге мы получаем железобетонный элемент с растянутой нижней зоной (выделено на рисунке синим) и сжатой верхней. Растянутая зона в железобетоне всегда требует армирования. Поэтому в шарнирно опираемых балках основное армирование (рабочая арматура) устанавливается внизу – от опоры и до опоры.

При защемлении концы балки зафиксированы так, что она не может прогнуться вниз. В итоге возле опор балка остается как бы горизонтальной (поворот запрещен), а ближе к середине пролета уже начинает прогибаться вниз. В итоге прогиб такой балки намного меньше, чем прогиб шарнирно опертой. Этот прогиб проявляется где-то в средней трети пролета (показано на рисунке синим), а приопорная часть балки получается выгнутой в другую сторону (растянутая приопорная зона балки показана красным). По результатам анализа деформаций балки мы видим, что у нее три растянутых зоны: нижняя в пролете и верхние возле опор. А значит и армировать балку нужно не только в нижней зоне, но и в верхних приопорных. Зато, расходуя усилия на организацию защемления балки и на дополнительное армирование верхней зоны, мы получаем лучшую несущую способность: защемленные балки по сравнению с шарнирно опираемыми могут вынести бОльшую нагрузку и перекрыть больший пролет.

Когда применяют однопролетные железобетонные балки, защемленные на опорах? Когда не проходят по расчету шарнирные и нет возможности изменить как-то конструктивную схему так, чтобы принять более простое решение. Ведь защемить балки не всегда просто и не всегда дешево. Это нужно учитывать, принимая окончательное решение. И конечно же, нужно правильно их законструировать, чтобы получилось действительно жесткое соединение, а не серединка на половинку.

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).

Не нашел похожих серийных узлов. Что скажете о таком варианте? Опорная реакция 3 тонны, уклон 3%.

Ага строгать под всякую хрень.
Строгают толстые листы под 1 группу конструкций.

Offtop: Подложите швеллер 6.5 под балку - 3 тонны - энто не нагрузка.
А Вы там еще сварили из листа t10 нечто "впечатляющее".
Offtop: Как развести "стриптиз" на 10 страниц - энто Вы умеете, а с узлами плохо дело обстоит.

Нитонисе
Зачем так сложно?
Делаешь бетонную подушку, в балке ребра, пару клиньев под балку для выверки уровня, после выверки подлить под балку или раствор или бетон на мелком заполнителе. Нишу заштукатурить или забетонировать

Порубить на гильотине ребра, отфрезеровать, приварить сваренный тавр к нижней части балки 23Б1, где ее еще найти - давно по СТО АСМЧ работаем.
Это по технологии.

Без технологии подложить, что под рукой есть из металла на стройке, приварить к нижней полке балки и забыть.

Подложить - это как?

А разве это сложная конструкция? Я стремился сделать просто))

Делаешь бетонную подушку, в балке ребра, пару клиньев под балку для выверки уровня, после выверки подлить под балку или раствор или бетон на мелком заполнителе.

Честно говоря не понял идею.

Без технологии подложить, что под рукой есть из металла на стройке, приварить к нижней полке балки и забыть.

3%- это уклон 3см./1 метр. tg=0,03/1=0.03=1градус48минут. Строгануть пластину под 1 грудус наверное не проблема.

Добавил:
О! Еще есть такая идея: положить раствор толщиной 20мм. и на этот раствор пластину класть с уклоном 0,03. И потом просто приварить балку к пластине.

узел конечно смех и грех. Опорная рекция передается через изгиб полок двутавра, полки то посчитали на изгиб?

Сделать бетонную подушку и туда заложить закладную и к ней приварить вашу балку. Помойму проще не придумать.

Сделать бетонную подушку и туда заложить закладную и к ней приварить вашу балку. Помойму проще не придумать.

Нитонисе, будь нагрузка посерьезнее - надо одну вертикальную пластину посередине полки и поперечные ребра в зазоре 60 мм, и в балке тоже не помешают. Но в вашем случае просто поставить балку на горизонтальную пластину и приварить, выбирая уклон коротышами или мелкми пластинками - и все, нефиг мудрить!

+1
Только опорную пластину потолще надо будет по расчету сделать.
Хотя вариант с монолитной опорной подушкой и закладной с уклоном мне тоже по душе.

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.

uzlibalki01

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 🙂

uzlibalki02

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

uzlibalki03

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

uzlibalki04

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.

uzlibalki05

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

uzlibalki06

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.

uzlibalki07

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

uzlibalki08

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.

uzlibalki09

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

uzlibalki10

При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.

uzlibalki11

Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

Читайте также: