Узлы металлических конструкций
Приведу примеры всех проектируемых узлов металлоконструкций, которые проектируя во всех своих проектах от простых до сложных. А это значит можно познакомиться с вариантами соединений всех основных конструкций сооружений: колонны, стойки, балки, фермы, прогоны. Каждый тип мной был изучен на стадии становления, а значит выполнены ручные расчёты. Именно поэтому я их уверенно применяю в своих рабочих чертежах и прикладываю по требованию в отчётах. Поспешный подход к сопряжениям во-первых увеличивает заметно расход металлопроката от 5% и выше, а во-вторых теряет эстетичность. Некоторые серийные варианты как раз, как правило, с небольшим запасом.
Все проектируемых мной типы узлов металлических конструкций
Крепление стоек к фундаменту
В основном жесткая работа в одном направлении, а в другом, для существенной экономии уже податливая. И для устранения этого минуса в этой плоскости применяются связи, расщепляющие все стойки. Расчёт сводиться к определению толщины опорной пластины с учётом рёбер жёсткости или без них,а также проверка прочности на растяжение анкерных болтов. Исключение база с траверсами, для которая требует дополнительных проверкой анкерной плитки и траверсы на изгиб. Другие проверки это несущая способность сварных швов и прочность участков анкерной плиты
| Жёсткая база колонны | |
|---|---|
 | Устанавливается в крайних рядах строения. Профиль используется прямоугольный, для оптимальной работы. А именно воспринимает в одном направлении ветровую нагрузку. Применяется при одноэтажных сооружениях в рамно-связевых системах |
 | Это уникальный случай, который не требует абсолютно связевых элементов. Абсолютно устойчива в обоих направлениях. Также применяется в одноэтажных зданиях |
 | Основная колонна зданий многоэтажных или высоких производственных помещений. Из плоскости обязательно скрепляется системой связей для устойчивости. Без дополнительных рёбер опорная плита по расчёту будет большей толщиной |
 | Двутавр типа «Б» облегчает расход металла при наличии грузоподъёмного оборудования при высоких объектах. Имеет развитое по высоте сечение, что уменьшает перемещения. На опоре в таких случаях повышенные изгибающие моменты, для чего и конструируется база с траверсами. Которые обычно выходят за пределы анкерной плиты |
Податливое соединение применяются когда стойки обеспечены устойчивостью за счет системы связей металлокаркаса. Толщина пластина в общем применяется интуитивно-конструктивно, а болты подбираются из условия на срез!
| Шарнирная опора стоек | |
|---|---|
 | Такой вид справедлив видимо только для фахверковых стоек, производственных сооружений |
 | Применяются в полностью связевых системах малогабаритных одноэтажных домов. (Пр. каркасно тентовый ангар) |
Сопряжение основных балок колоннам
Подобные узлы металлоконструкций перекрытий конструируем при много этажном строительстве. А также для одноэтажных объектов, но у меня они исключительно с профильными прокатами.
| Податливые сопряжения балки с колонной | |
|---|---|
 | Стандартный , простой способ крепления конструкции перекрытия |
 | Более надёжный, ввиду большей длины сварного шва, при этом требуется дополнительная прокладка между балкой и колонной для свободного монтажа. Минусом же является больший расход листового проката и трудоёмкость |
| Рамное соединение балки и колонны | |
|---|---|
 | Применяю единственный способ жёсткого узла сопряжения, так считаю он оптимально сочетает надёжность и эстетичность |
Прогоны покрытия здания
Проверка прочности узлов отсутствует так такое, главное подобрать конструктивно соединительные детали и диаметр болтов, который как правило М16. Исключения малые и большепролётные здания, где в прогонах, как в связях могут быть дополнительные усилия!
 | Применяю исключительно при сэндвич панелях. Профильная труба хорошо работает на косой изгиб |
 | При сэндвич панелях а также при профилированном настиле коньковые прогоны соединяются между собой планками. Кроме всего для сэндвич необходимы дополнительные затяжки для их устойчивой работы. |
Элементы связей каркаса
Расчет таких узлов сводиться, для средних по габаритам сооружений, в определения сечения по гибкости, а так же проверка несущей способности болтов
 | Связь примыкает к стенке двутавра и для некой жёсткости от горизонтальной нагрузки необходимо установить дополнительное рёбра |
 | Упор идет непосредственно на стенку двутавра и в этом варианте нет необходимости в дополнительных деталях. |
 | Особенность данного решения — наличие дополнительной торцевой пластины, которая служит для распределения давления при тонкостенной профильной трубе |
 | Соединительная пластина должна пронизать поперечную трубу для передачи через неё продольных усилий, который возникают от действия ветра обычно |
Балки перекрытия
Проверка прочности сводиться проверка болтов на срез и смятие, а также прочность сварных швов
 | Распространённый тип, когда швеллер крепиться к косынке через болты, без дополнительных пластин |
 | Виду того что поперечное усилие передаваемой от балки из двутавра больше чем от швеллера. Возникает необходимость применять усиленное её примыкание. Такую задачу можно решить путём приварки дополнительной пластины с весомой толщиной |
Стропильные фермы
Данные узлы металлоконструкций весьма ответственные. Расчёт необходим для определения толщины фланцевой пластины и диаметра болтов
| Соединения отправочных марок ферм покрытия | |
|---|---|
 | Самый популярный основной узел фермы — стыка нижнего пояса |
 | Для лёгкий видов стропильных конструкций применяется вот такое сопряжение, которое в общем разработал самостоятельно. Подходит для сечений нижнего профиля 80 и 100мм. (Пр. каркасно тентовый ангар) |
Стандартные узлы примыкания ферм я уже не применяю в своих проектах!
| Опирание стропильной фермы на колонну | |
|---|---|
 | Пользуюсь разработанным самостоятельно видом узла, который обеспечивает передачу продольных усилий на стойку. Цель уменьшить усилия на конструкцию стойки и её базу. |
 | Другой вариант для большепролётных фермы, здесь уже колонны из двутавра |
| Подвижная крепление фахверковой стойки к ферме | |
|---|---|
 | Овальные отверстия необходимы, что бы компенсировать прогиб стропильной фермы покрытия |
Расчёты узлов
Все эти виды и другие узлы металлоконструкций проходят стадию конструирования. То есть расчет всех его основных элементов и деталей, примеры привожу на своём давнем первом сайте в категории расчёт металлических конструкций, где можно поискать мои решения. И неважно какое здание производственное, промышленное, общественное или сельскохозяйственное проектируется из таких вот решений.
Источник
Узел сопряжения фундамента и колонны
Изобретение относится к строительству зданий на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях. Узел сопряжения фундамента и колонны включает фундамент, двухветвевую колонну и анкерные болты, жестко соединяющие колонну с фундаментом. Новым является то, что фундамент выполнен из трех элементов: обоймы и двух поршней, вложенных в обойму с зазором 
по контуру, причем полость обоймы под поршнями заполнена щебнем или песком, при этом анкерные болты размещены на обойме симметрично, каждая из ветвей колонны снабжена двухконсольной анкерной балкой, опирающейся средней частью на поршень фундамента, а консоль каждой анкерной балки выступает за грань поршня, надета на анкерный болт, опирается на его нижнюю опорную гайку, далее через стержень болта на обойму фундамента и закреплена сверху гайкой. Технический результат заключается в том, что перемещение происходит плавно без рывков в течение нескольких дней вследствие сжатия грунтового основания под поршнем, причем скорость осадки легко регулируется соотношением площадей сечений поршня и обоймы, выравнивание осадки всех фундаментов происходит автоматически при действии массы здания, поэтому нулевую отметку здания необходимо назначить с учетом ожидаемой осадки здания, ускорение осадки колонн достигается вымыванием песчаной засыпки из-под поршня фундамента подаваемой под поршень водой под давлением. 2 табл., 4 ил.
Изобретение относится к строительству зданий на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях. В этих случаях основной причиной наступления предельного состояния конструкций является неравномерная осадка фундаментов и всего каркаса здания, исключающая его нормальную эксплуатацию.
Известен способ рихтовки каркаса здания, размещенного на просадочных грунтах, посредством рычагов и силовых домкратов [1]. Указанный способ является наиболее близким к изобретению.
Недостаток известного способа состоит в том, что для реализации технологического процесса рихтовки фундаментов и колонн каркаса необходимо изготавливать мощные силовые рычаги и выполнить значительный объем монтажных работ для сопряжения конца рычага с колонной, осадку которой необходимо ликвидировать. Второй недостаток — трудность применения способа рихтовки каркаса при выполнении колонн железобетонными.
Задачей настоящего изобретения является снижение трудоемкости рихтовки фундаментов и колонн каркаса до минимума.
Задача решается за счет того, что в узле сопряжения фундамента и колонны, включающем фундамент, двухветвевую колонну и анкерные болты, жестко соединяющие колонну с фундаментом, согласно изобретению, что фундамент выполнен из трех элементов: наружного — обоймы и внутренних поршней, вложенных в обойму с зазором Г по контуру, причем полость обоймы под поршнями заполнена щебнем или песком, при этом анкерные болты размещены на обойме симметрично, каждая из ветвей колонны снабжена двухконсольной анкерной балкой, опирающейся средней частью на поршень фундамента, а консоль каждой анкерной балки выступает за грань поршня, надета на анкерный болт, опирается на его нижнюю опорную гайку, далее через стержень болта на обойму фундамента и закреплена сверху гайкой.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в том, что перемещение происходит плавно без рывков в течение нескольких дней вследствие сжатия грунтового основания под поршнем, причем скорость осадки легко регулируется соотношением площадей сечений поршня и обоймы, выравнивание осадки всех фундаментов происходит автоматически при действии массы здания, поэтому нулевую отметку здания необходимо назначить с учетом ожидаемой осадки здания, ускорение осадки колонн достигается вымыванием песчаной засыпки из-под поршня фундамента подаваемой под поршень водой под давлением.
На фиг.1 показан узел сопряжения фундамента и колонны в разрезе; на фиг. 2 — вид А-А на фиг.1; на фиг.3 — вид Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — расчетная схема узла сопряжения фундамента и колонны (для примера конкретной реализации). Фундамент состоит из обоймы 1 и поршней 2. Полость обоймы заполнена песком, щебнем или шлаком 3 и т.п. В обойме 1 замоноличены анкерные трубы 4, работающие как на растяжение, так и на сжатие. К верхнему торцу анкерной трубы 4 приварена гайка 5. В последнюю ввернут анкерный болт 6, снабженный опорной рихтующей гайкой 7. Эта же гайка 7 обеспечивает работу анкерных болтов 6 на сжатие. Гайка 8 анкерного болта 6 обеспечивает его работу на растяжение. Фундамент предназначен для опирания на него, например, двухветвевой колонны 9, каждая из ветвей которой снабжена анкерной двухконсольной балкой 10. Каждая из балок 10 опирается средней своей частью на поршень 2 фундамента, а каждая из консолей опирается на опорные гайки 7 и далее через анкерные болты 6, работающие на сжатие как сваи, на обойму 1. Каждая из консолей фиксируется анкерным болтом 6 и гайками 7 снизу. Трубки 11 предназначены для подачи воды под напором под поршень и вымывания наполнителя из-под него. Столики 12 (железобетонные или стальные) устанавливаются дополнительно после выравнивания осадки каждого из фундаментов.
Работает узел следующим образом. При неравномерной осадке фундаментов и колонн выравнивание осадок 
каждой из колонн производится посредством сообщения отставшей в осадке колонне дополнительной осадки , определенной геодезической съемкой. Для этого нижние опорные гайки 7 навинчивают на анкерные болты 6 на величину дополнительной осадки . Этим самым обойма 1 фундамента разгружается, а поршень 2 догружается. Давление поршня 2 на грунтовое основание увеличивается до критического, поршень 2 осаживается вниз, уплотняя грунт и скользя по стенкам обоймы 1, а консоли балок 10 скользят по анкерным болтам. Осадка поршня 2 происходит на величину до тех пор, пока консоли балок 10 не упрутся в опорные гайки 7. В этот момент в работу включается обойма 1 фундамента. Усилия между поршнем и обоймой перераспределяются и напряжения в грунте выравниваются по всей площади подошвы фундамента как поршня, так и обоймы. Осадка колонны автоматически останавливается на проектной отметке. Рихтовка фундаментов и колонн каркаса производится периодически, например, раз в год.
Экономический эффект достигнут уменьшением трудоемкости рихтовки до минимума и использованием для рихтовки массы здания.
Пример конкретной реализации рихтовки фундамента и колонн каркаса здания.
Эффективность разработанного устройства и способа рихтовки покажем на примере, приведенном в учебнике под редакцией проф. Беленя Е.И. [2, с. 363]. Максимальное расчетное сжимающее усилие в колонне Nmax=2108 кН=21080 гH (100%), минимальное усилие Nmin=576 кН=5760 гН (27,3%). Поршень фундамента должен передавать на грунтовое основание Nmm = 5760 гН (57,6 тс).
Фундамент рассчитаем на нормативные силы [2, c. 300]: q p /q н =1,59/1,34= 1,19 Nmах H =21080/1,19=17765,5 гН; Nmin H =5760/1,19=4854,3 гH.
Пусть здание построено на просадочных лессовидных суглинках, залегающих на глубину 10 м от поверхности земли. Передаваемая на грунт равномерно-распределенная нагрузка Pсоор=0,25 МПа=2,5 кгс/см 2 .
Площадь подошвы всего фундамента: A=Nmax/Pcoop=17765,5 гН/0,25 гН/см 2 =70902 см 2 (100%) Примем фундамент 400
180=72000 см 2 .
Напряжения под подошвой фундамента: Pсоор.ф=17765,5/72000=0,247 МПа.
Площадь подошвы двух поршней: 2Aпор=Nmin/Pсоор.ф=5760/0,247=23344 см 2 ; Aпор=23344/2=11672 см 2 Примем каждый из поршней квадратным в сечении. Тогда сторона квадрата равна: 
Примем поршень 120-100 = 12000 см 2 .
Лессовидные грунты залегают до глубины 10,0 м и подстилаются водоупорными глинами. Уровень грунтовых вод находится на глубине 9,0 м.
После подтопления уровень грунтовых вод поднялся на 3,0 м, то есть поднялся до глубины 6,0 м.
Предполагается, что распределение влажности в толще лессовидных суглинков выше уровня грунтовых вод остается прежним, то есть 5% у поверхности земли и равномерно нарастая вблизи уровня грунтовых вод составит 29%. Необходимо определить полную осадку фундамента.
Производим разбивку толщи основания на расчетные слои.
Мощности слоев назначим по 1,0 м.
Увеличение влажности: 
Влажность середины каждого слоя.
для слоя 1 h1=2+0,5=2,5 м,
W1 = WH+h1W = 5+2,5-3 = 12,5%;
для слоя 2 h2=2+1+0,5=3,5 м,
W2=5+3,5-3=15,5%;
для слоя 3 h3=2+1+1+0,5=4,5 м,
W3=5+4,5-3=18,5%;
для слоя 4 h4=2+1+1+1+0,5=5,5 м,
W4=5+5,5-3=21,5%;
для слоя 5 h5=2+1+1+1+1+0,5=6,5 м,
W5=5+6,5-3=24,5%.
Природная влажность лессовидного суглинка: 
w = 1,5 т/м 3 .
Приращение влажности после подпора грунтовых вод: 
для слоя 1 h1=2,5 м,
W1=5+2,5-4 15% и т.д.
Для середины слоя 7 природное давление составляет: 
Для 8 го слоя Рz=0,066 МПа 2 =0,375 МПа.
Результаты представлены в табл.1 и 2.
Таким образом, следует ожидать осадку фундаментов стальных колонн до 480 мм. Для увеличения осадки отстающих в осадке фундаментов поступаем следующим образом:
— замеряем осадку всех фундаментов;
— в летнее время и при отсутствии временной нагрузки передаем всю опорную реакцию колонны на поршень фундамента. Для этого осаживаем опорные гайки на анкерных болтах на величину дополнительной осадки колонны доп.
— загружаем два крана максимальным грузом и размещаем их над колонной, осадку которой хотим увеличить. Напряжения в грунте на отметке подошвы фундамента под поршнем возрастают в 3. 4 раза достигают критических и колонна в течение некоторого времени осаживается. Осадка продолжается до тех пор, пока зазор между низом базы колонны и опорными гайками не закроется.
Литература
1. RU 2139390 C1, Е 02 D 35/00, 10.10.1999.
2. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1986-560 с.
3. Котов М.Ф. Механика грунтов в примерах. Высшая школа, М., 1968./Под ред. Н.Н. Маслова.
Узел сопряжения фундамента и колонны, включающий фундамент, двухветвевую колонну и анкерные болты, жестко соединяющие колонну с фундаментом, отличающийся тем, что фундамент выполнен из трех элементов: обоймы и двух поршней, вложенных в обойму с зазором по контуру, причем полость обоймы под поршнями заполнена щебнем или песком, при этом анкерные болты размещены на обойме симметрично, каждая из ветвей колонны снабжена двухконсольной анкерной балкой, опирающейся средней частью на поршень фундамента, а консоль каждой анкерной балки выступает за грань поршня, надета на анкерный болт, опирается на его нижнюю опорную гайку, далее через стержень болта на обойму фундамента и закреплена сверху гайкой.
Источник