При расчете конструкций принимают определенные условия присоединения элементов друг к другу, например шарнирное или жесткое.
В процессе конструирования необходимо предусматривать такие решения, которые бы в наибольшей степени соответствовали принятой расчетной схеме. Несоответствие конструктивного решения и расчетной схемы приводит к появлению дополнительных усилий и напряжений в элементах (конструкций, что в отдельных случаях может привести к разрушению. Иногда такое соответствие обеспечить очень трудно или невозможно. В этом случае конструктор должен выявить эти дополнительные усилия и учесть их при конструировании. Рассмотрим ряд примеров.
В настоящее время многопролетные промышленные здания, как правило, проектируют с шарнирным опиранием однопролетных ферм на колонну. В этом случае должна быть предусмотрена возможность поворота опорного сечения фермы, что достигается свободным перемещением верхнего опорного узла фермы по стойке (рис. 28, а). Для свободного перемещения необходимо образование овальных отверстий для болтов в горизонтальных полках опорных уголков 1 рассматриваемого узла. В типовых фермах вертикальные полки этих уголков имеют отверстия для крепления надколонников по крайним рядам здания. В эти отверстия по средним рядам здания болты ставить нельзя, иначе создается неразрезность ферм. В случае не предусмотренной проектом неразрезности ферм опорная реакция ферм на колонну существенно возрастает, а вместе с ней возрастают усилия в сжатых опорных раскосах. В нижнем поясе могут появиться сжимающие усилия, что может вызвать потерю устойчивости крайних панелей нижнего пояса.
При проектировании промежуточных узлов ферм предполагают, что линии центров тяжести стержней, примыкающих к узлу, сходятся в одной точке — центре узла. Нарушение этого условия вызывает в стержнях дополнительные напряжения. В некоторых случаях полностью избежать эксцентрицитетов весьма трудно. Элементы решетки фермы всегда можно центрировать на центр узла; гораздо сложнее центрировать стержни пояса.
Стремление к экономии металла заставляет менять площадь сечения панелей поясов в соответствии с изменением действующих в них усилий. В этом случае к узлу подходят стержни с разной площадью сечения и часто разной шириной полки в (рис. 28, б), а следовательно, и с разным расстоянием от обушка уголка до линии центров тяжести z. Совмещение наружных плоскостей этих полок вызывает эксцентрицитет с. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при эксцентрицитете с, не превышающем 5% ширины полки меньшего из поясных уголков, сходящихся в узле, дополнительные напряжения не опасны для прочности фермы. Большие эксцентрицитеты нормами проектирования не допускаются.
Важное значение имеет решение узлов опирания подкрановых балок на колонны. В этих узлах с подкрановых балок на колонну передаются большие динамические усилия, а опорные части балок претерпевают значительные перемещения и деформации. Для рассматриваемых узлов имеются решения, которые позволяют обеспечить соответствие расчетных и конструктивных схем.
Разрезные подкрановые балки опираются на колонны строгаными или фрезерованными торцами опорных ребер, совпадающих с осью колонны (рис. 29, а). При таком опирании опорные реакции от подкрановых балок на колонны передаются соосно, без эксцентрицитетов.
Подкрановая балка часто выполняет функции распорки вертикальных связей. В этом узле диагональ связи должна быть соединена с подкрановой балкой, однако такое соединение не должно препятствовать прогибу балки. Конструктивно это решают следующим образом. Опорную плиту колонны 1 выпускают в сторону той подкрановой балки, которая выполняет функцию распорки связей. Фасонку связей 2 конструируют так, чтобы ее размер вдоль опорной плиты 1 был невелик. Нижний пояс подкрановой балки приваривают на монтаже к прокладке 3, которая приварена к опорной плите U. Таким образом, диагональ связей оказывается соединенной с подкрановой балкой. Расстояние от кромки фасонки 2 до края прокладки 3 принимают не менее 150 мм. При прогибе подкрановой балки свободно прогибается и плита 1, вертикальная опорная реакция балки передается на колонну по ее оси опорными ребрами.
Под воздействием крановых нагрузок подкрановые балки прогибаются, а их опорные сечения поворачиваются относительно вертикальной оси, при этом открывается зазор между балками ,в зоне верхнего пояса. Для свободного поворота опорных сечений балок на опорах болты, соединяющие опорные ребра соседних балок, сосредоточивают на участке, примерно равном 2/з высоты балки, считая от нижнего пояса.
Опорная реакция балки сжимает ее опорное ребро и заставляет его укорачиваться. Чтобы не создавать препятствия этой деформации, балку в зоне верхнего пояса следует крепить к колонне только горизонтальной планкой 4, привариваемой на монтаже к коротышам 5 колонны и к верхнему поясу балки. Планка может изгибаться в вертикальной плоскости. В ряде случаев роль планки выполняет фасонка тормозных ферм (см. вид узла сверху). Уголки 6, соединяющие эти фасонки с колонной, к последней не прикрепляют. При опускании верхнего пояса балки опускается и уголок. Горизонтальные усилия поперечного торможения с балок на колонну передаются при таком решении благодаря плотному прилеганию уголков 6 к полке колонны. Колонна как бы охватывается и зажимается уголками. Аналогичное решение разработано и для колонн крайнего ряда.
Не рекомендуется соединять подкрановые балки с колонной диафрагмами 7. При осадке балки на опоре диафрагма 7 под влиянием опорной реакции поворачивается и отрывается от полки колонны, а иногда происходит разрыв поясных швов колонны на участке а. Вместе с подкрановой балкой прогибаются и тормозные устройства. Поскольку уголки 6 не прикреплены к колонне, они могут перемещаться в любом направлении и не препятствуют прогибу тормозных устройств.
При конструировании неразрезных подкрановых балок необходимо учитывать, что на опорах могут возникать отрицательные опорные реакции, стремящиеся оторвать балку от колонны. Крепление неразрезной балки к колонне при наличии отрицательной опорной реакции показано на рис. 29, б. В накладках 8, соединяющих балку с колонной, должен быть участок 150—200 мм без швов, который необходим для свободного развития в накладках упругих деформаций. Без него может произойти хрупкое разрушение накладок. Опирание подкрановой балки, показанное на рис. 29, б, может создать внецентренное приложение опорной реакции к верхней части колонны. Это необходимо учитывать при расчете колонны и при конструировании опорной части балки.
Во время разработки чертежей решетчатых колонн следует строго следить за центрированием стержней решетки в точке, совпадающей с осью ветви колонны (рис. 29, в). Нарушение этого правила вызывает в ветви изгибающий момент, равный Ndc. В плоскости действия этого изгибающего момента момент сопротивления ветви колонны обычно невелик и, следовательно, при сравнительно небольшом изгибающем моменте дополнительные напряжения в ветви могут быть значительными. Если эксцентрицитета избежать невозможно, при расчете колонны необходимо учитывать дополнительные напряжения в ветвях.
В междуэтажных перекрытиях и в рабочих площадках обычно принимают шарнирное опирание вспомогательных балок на главные. Однако в рассматриваемых узлах соединение балок выполняют, как показано на рис. 29, г, с помощью болтов. Такое соединение препятствует повороту опорного сечения вспомогательной балки и в некоторой степени служит заделкой. В этих условиях опорное давление балки может возрасти на 20—30%. Поскольку шарнирное соединение балок конструктивно не выполняется, необходимо учитывать возможное увеличение опорной реакции и рассчитывать узел на опорное давление при шарнирном стирании, увеличенное на 20—30%.
В практике часто применяют опирание балок на колонны по типу, показанному на рис. 29. д. Такое опирание в расчете полагают шарнирным. Для приближения конструктивного решения к расчетному необходимо болты, прикрепляющие опорное ребро балки к полке колонны, сосредоточивать в нижней части ребра, а именно в зоне, равной 2/з высоты балки. При указанном расположении болтов опорное сечение балки может поворачиваться сравнительно свободно.
Опорное ребро балки передает опорное давление на столик. При установке столика на колонну возможно некоторое его смещение, и опорное давление балки будет приложено к столику и швам, прикрепляющим столик к колонне, с эксцентрицитетом, что вызовет неравномерное распределение опорного давления между швами. Поскольку исключить это явление практически невозможно, конструктор должен рассчитывать швы на опорное давление, увеличенное в 1,5 раза.