Рисунок 9.3 - Конфігурації вузлів
Основний компонент вузла - це частина вузла, що впливає на конструктивні властивості.
В залежності від конструктивних рішень какркасів інші вузли повинні проектуватись згідно з ДБН В.2.6-98 або ДБН В.2.6-163.
Розділ 9 застосовується до вузлів, які знаходяться переважно під статичним навантаженням.
Класифікація вузлів
Класифікація за жорсткістю
Як правило, слід враховувати вплив роботи з’єднань на розподіл внутрішніх сил і моментів в конструкції, а також на загальні деформації конструкції. Якщо це вплив незначний, то їм можна знехтувати.
Щоб встановити, чи повинен враховуватися вплив роботи з’єднання на виконання статичного розрахунку, розрізняють три типи спрощених моделей вузлів:
простий (номінально-шарнірний), в якому можна допустити, що вузол не передає згинальний момент;
жорсткий, в якому робота вузла не впливає на результати статичного розрахунку;
напівжорсткий, в якому слід враховувати вплив роботи вузла на статичний розрахунок.
Номінально-шарнірний вузол повинен передавати внутрішні зусилля без появи значних моментів, які могли б несприятливо впливати на окремі елементи або на конструкцію в цілому.
Номінально-шарнірний вузол не повинен стримувати поворот вузла при дії розрахункового навантаження.
Вузли, що класифікуються як жорсткі, повинні мати достатню жорсткість при повороті вузла для підтвердження розрахункової передумови, прийнятої при статичному розрахунку.
Вузли, які не задовольняють критерії для жорстких або номінально-шарнірних вузлів, слід класифікувати як напівжорсткі.
Примітка. Напівжорсткі вузли забезпечують передбачуваний ступінь взаємодії між елементами, заснований на розрахунковій залежності між моментом і кутом повороту вузла.
Напівжорсткі вузли повинні передавати внутрішні зусилля і моменти.
Тип моделі вузла слід визначати за таблицею 9.1, в залежності від класифікації вузла і обраного методу статичного розрахунку.
Таблица 9.1 - Тип моделі вузла
|
Метод розрахунку |
Класифікація вузла |
||
|
Пружний (1-й тип НДС в перерізі сталевої частини) |
Номінально- шарнірний |
Жорсткий |
Напівжорсткий |
|
Жорстко-пластичний (3-й тип НДС в перерізі сталевої частини) |
Номінально- шарнірний |
Рівноміцний |
Частково рівноміцний |
|
Пружно-пластичний (2-й тип НДС в перерізі сталевої частини) |
Номінально- шарнірний |
Жорсткий і рівноміцний |
Напівжорсткий и частково рівноміцний Напівжорсткий и рівноміцний Жорсткий и частково рівноміцний |
|
Тип моделі вузла |
Простий |
Жорсткий |
Напівжорсткий |
9.2.1.7 Межі класифікації вузлів по жорсткості наведені на рисунку 9.4.
Зона 1 - жорсткий вузол, якщо Sy- іпі> kbElb/Lb, де кь = 8 для рам каркасів, в яких система зв'язків зменшує горизонтальні переміщення, принаймні, на 80 %; кь= 25 для решти рам каркасів за умови, що на кожному поверсі кь/кс >0,1*.
Зона 2 - напівжорсткий вузол. Всі вузли зони 2 слід класифікувати як напівжорсткі. Вузли зон 1 або 3 в окремих випадках можуть також розглядатися як напівжорсткі.
Зона 3 - номінально-шарнірний вузол, якщо Sy- іпі < 0,5Elb/Lb.
* При кь/кс >0,1 вузли слід класифікувати як напівжорсткі.
Умовні познаки: кь- середнє значення lb/Lb для всіх балок даного поверху; кс- середнє значення lc/Lc для всіх колон даного поверху; Іь- момент інерції поперечного перерізу балки; /с - момент інерції поперечного перерізу колони; Lb- проліт балок (відстань між центрами колон); Lc- висота колони в межах поверху
Рисунок 9.4 - Класифікація вузлів за жорсткістю
9.2.2 Класифікація вузлів за несучою здатністю
Крім класифікації вузлів по жорсткості вузли класифікують як рівноміцний, номінально- шарнірний або частково рівноміцний, порівнюючи його розрахункову несучу здатність на згин MjRdз розрахунковими несучими здатностями на згин елементів, що з’єднуються. При класифікації вузлів розрахункову несучу здатність елемента слід приймати як для елемента, що примикає до вузла.
Э.2.2.2 Номінально-шарнірний вузол повинен передавати внутрішні зусилля без появи значних моментів, які могли б несприятливо впливати на окремі елементи або на конструкцію в цілому. Номінально-шарнірний вузол повинен стримувати поворот вузла при дії розрахункового навантаження.
9.2.2.3 Вузол можна класифікувати як номінально-шарнірний, якщо його розрахункова несуча здатність на згин MjRd не перевищує 0,25 розрахункового значення несучої здатності на згин, необхідної для рівноміцного вузла, за умови що він також має достатню несучу здатність при крученні.
Э .2.2.4 Розрахункова несуча здатність рівноміцного вузла повинна бути не менше розрахункової несучої здатності елементів що з’єднуються. Вузол можна класифікувати як равнопрочний, якщо він задовольняє умовам, наведеним на рисунку 9.5.
Mj.Rd — ""b.pIRd або
Mj,Rd Mc,pl,Rd
MJ,Rd -^b.pIRd або
M ; Or! — 2 Мг пі о
MbplRd- розрахункова несуча здатність балки на згин у пластичній стадії;
McplRd- розрахункова несуча здатність колони на згин у пластичній стадії
Рисунок 9.5 - Рівномірні вузли: а - верх колони; б - по висоті колони
Э.2.2.5 Вузол, який не відповідає умовам, що пред’являються до рівномірних або номінально- шарнірних вузлів, слід класифікувати як частково рівномірний вузол.
9.3 Моделювання вузлів
При моделюванні деформованого стану вузла слід враховувати деформарії зсуву ділянки стінки колони в місці примикання балки, а також деформарію, обумовлену поворотом вузлового з’єднання.
Вузли слід розраховувати на сприйняття внутрішніх згинальних моментів Mb^ Ed і Mb2Ed, нормальних зусиль Л/Ь1Ed і Nb2Ed і поперечних сил Vb1 Ed і Vb2 Ed від приєднуваних елементів (рисунок 9.6).
Сумарне зусилля зсуву Vwp Ed в ділянрі стінки колони слід визначати за формулою
v _ MbEd ~~Mb2,Ed Vc1-Vc2
vwp.Ed “ 2 ’ '
де z - плече внутрішньої пари сил, див. 9.7.
Для того, щоб модель вузла найбільш точно відображала його дійсну роботу, ділянка стінки колони, що прарює на з’сув, і кожне з кріплень вузлів слід моделювати окремо, враховуючи внутрішні сили і моменти, що діють на периферії ділянки стінки колони (рисунки 9.6,а і 9.7). Напрямок сил і моментів на рисунку 9.6 відповідає позитивним значенням зусиль у формулах (9.1) і (9.2)
Я|І||Я|Я|ЯЯ||а|Я|||||В|^^
а - значення зусиль на периферії ділянки стінки колони; б - значення зусиль в точці перетину осей елементів
Рисунок 9.6 - Внутрішні сили і моменти у вузлі
а - поперечні сили на ділянці стінки колони; б - зусилля у вузлі сполучення балки з колоною
Рисунок 9.7 - Внутрішні зусилля і моменти, що діють на ділянках стінки колони в з'єднаннях
В якості спрощення альтернативи методу, викладеному в 9.3.4, односторонні вузли можна моделювати як одиночні вузли, а двосторонні вузли можна моделювати як два роздільних, але взаємодіючих вузла, по одному з кожного боку. Отже, двостороння конфігурація сполучення балки з колоною має дві залежності "момент - кут повороту": одну - для правого і одну - для лівого сполучення.
При двосторонньому сполученні кожен вузол слід моделювати у вигляді спіральної пружини, як показано на рисунку 9.8, яка характеризується залежністю "момент - кут повороту" і враховує роботу ділянки стінки колони на з’сув, а також вплив відповідних кріплень.
О
дностороння конфігурація
1,2,3- вузли сполучення балок з колонами
Рисунок 9.8 - Моделювання вузла
При визначенні розрахункової несучої здатності на вигин, а також крутильної жорсткості для кожного вузла можливий вплив ділянки стінки колони, що працює на зріз, слід враховувати за допомогою коефіцієнтів трансформації р1 і р2, де Р-і - значення коефіцієнта трансформації для правого боку вузла; р2 - значення коефіцієнта трансформації для лівої сторони вузла.
Наближені значення р1 і р2, засновані на значеннях згинальних моментів у балці Mb1 Ed і ЛЛЬ2Ed , що діють на периферії ділянки стінки колони (рисунок 9.6,а), можна визначити за таблицею 9.2.
Таблица 9.2 - Наближені значення коефіцієнта трансформації р
|
Конфігурація вузла |
Вплив |
Значення p |
||||||||
|
|
|
Мы,Ed |
|
Mb^Ed |
Мы,Ed |
p«1 |
||||
|
|
Mb2.Ed |
|
Мы,Ed |
Мы,Ed = Mb2,Ed |
p »1‘ |
|||||
|
|
J) |
MbEd /Mb2,Ed > 0 |
p«1 |
|||||||
|
|
|
MbEd /Mb2,Ed < 0 |
p«2 |
|||||||
|
Mb2.Ed |
— |
Мы,Ed |
Мы ,Ed +Mb2,Ed = 0 |
p=2 |
||||||
* У даному випадку значення р є точним.
В якості альтернативи 9.3.8 більш точні значення P-j і р2, засновані на значеннях згинальних моментів у балці в точці перетину осей елементів (рисунок 9.6,6), можуть бути визначені за спрощеною моделлю:
Pi b2iEd/^j.bEd - 2 > (9.2,а)
₽2 =^-MjibXEd/Mj<b2,Ed<2, (9.2,6)
де Mjb1 Ed- момент в точці перетину осей елементів з боку правої балки;
Myb2Ed ~ момент в точці перетину осей елементів з боку лівої балки.
При визначенні розрахункової несучої здатності на згин непідсиленого двостороннього сполучення балки з колоною з нерівними по висоті балками слід враховувати фактичний розподіл дотичних напружень на ділянці стінки колони.
9.4 Розрахунок вузлів
Загальні положення
Залежно від класифікації вузла і обраного методу статичного розрахунку тип моделі вузла слід визначати за таблицею 9.1.
Залежність між кутом повороту і моментом у вузлі, що використовується при статичному розрахунку, може бути спрощена і представлена у вигляді відповідної кривої, включаючи лінійну апроксимацію (наприклад, білінійну або трилинейную), за умови, що ця апроксимуюча крива повністю розташована нижче розрахункової кривої залежності між кутом повороту і згинальним моментом.
Пружний розрахунок
Вузли слід класифікувати за їх жорсткістю за крученням, див. 9.2.1.
Э.4.2.2 Вузли повинні мати достатню міцність для передачі діючих у вузлі сил і моментів, отриманих при статичному розрахунку.
9.4.2.3 У разі напівжорсткого вузла в статичному розрахунку слід приймати жорсткість на кручення Sy , відповідну згинальному моменту MjEd. Якщо MjEd не перевищує 2J3MjEd, то в статичному розрахунку можна прийняти початкову жорсткість на кручення Sjini, (рисунок 9.9,а).
Рисунок 9.9 - Крутильна жорсткість, яка приймається при пружному розрахунку
Э.4.2.4 Для спрощення методики, наведеної в 9.4.2.3, розрахункове значення крутильної жорсткості можна прийняти однаковим для всіх значень згинального моменту MjEd, як показано на рисунку 9.9,6, де т| - коефіцієнт переходу до модифікованої жорсткості, що приймається за таблицею 9.2.
Таблица 9.2 - Коефіцієнт переходу до модифікованої жорсткості д
|
Тип з’єднання |
Спряження балки з колоною |
Інши типи спряження (спряження балки з балкою, стики балок) |
|
Зварне з’єднання |
2 |
3 |
|
Болтове з’єднання торцевого опорного листа |
2 |
3 |
|
Болтове з’єднання звисів полиць перерізу |
2 |
3,5 |
Э.4.2.5 Для вузлів з двотаврів значення крутильної жорсткості S; наведено в 9.8.1.
9.4.3 Жорстко-пластичний розрахунок
