Тема 4. Балки и балочные конструкции

Схемы и конструкции перекрытий

Балки применяют в качестве несущих конструкций покрытий, перекрытий, площадок под оборудование и др. Перекрытия состоят из системы балок - балочная клетка и настил. Как правило, балочная клетка состоит из главных и второстепенных балок (рис.4.3). Главные балки опираются непосредственно на стены и колонны, второстепенные - на главные. По балкам устраивают настил из железобетонных плит или стальных листов (рис.4.6).

Второстепенные балки выполняются из прокатных профилей, а главные - из прокатных двутавров больших профилей (номеров) или изготавливаются сварными, составными из трех листов стенка и два пояса. (рис.2.3).

При эксплуатации перекрытия в условия возможных ударов настил изготавливают из стальных рифленых листов (рис.4.6).

Рис. 4.1. Балочная клетка

Рис. 4.3. Типы балочных клеток

а – нормальный с верхним расположением вспомогательных балок; б – то же, со вспомогательными балками в одном уровне с верхней полкой главной балки; в – то же, с пониженным расположением вспомогательных балок; г – усложненный; 1 – главная балка; 2 – вспомогательная балка; 3 – настил; А₁, А₂, А₃ – грузовые площади для второстепенной, главной балок и для колонны.

Рис. 4.4. Схема балочной клетки.

1 – балки настила, 2 – настил, 3 – габарит оборудования, 4 – главные балки, 5 – вспомогательные балки.

Листы съемного настила могут быть приварены к балкам, они усиливаются ребрами из уголков (рис.4.6). Стальной настил большой толщины может быть использован как верхний пояс сварных балок перекрытий.

Рис. 4.5

Сопряжение второстепенных и главных балок

Рис. 4.6. Настилы балочных клеток

1 – железобетонная плита, 2 – стальной рефленный настил, 3 – стальной листовой настил, 4 – ребра жесткости.

Рис. 4.7. Типы сечений металлических балок: а – и – стальные или алюминиевых сплавов, г, д – прессованные из алюминиевых сплавов, ж – стальные из гнутых профилей, е, к – сварные; ж, и, л – болтовые, 1 – ламель.

Рис. 4.8. К расчету плоского стального настила: а – крепление настила к балкам и его расчетная схема; б – зависимость I/t от нагрузки и относительного прогиба; I – сварные швы.

Сопряжение второстепенных балок с главными дано на рис.4.5 и может быть: в разных уровнях (второстепенные балки расположены над главными или под ними), в одном уровне (верхний пояс второстепенных и главных балок лежат в одной плоскости).

Сопряжения в одном уровне возможны для железобетонного и стального настилов. Пониженное, как правило, применяется при железобетонном настиле, при этом толщина настила должна быть не менее разницы отметок верха главных и второстепенных балок (рис.4.3).

На рис. приведены конструкции опирания главных балок на колонны и стену. Все виды показанных опираний можно рассматривать как шарнирные из-за небольшого количества болтов, соединяющих балки между собой.

Расчет балок

Расчет проводят по двум предельным состояниям: несущей способности и прогибам. Расчет прокатных балок начинают с нахождения номера профиля по сортаменту и его проверке на прочность, общую устойчивость и жесткость.

Прокатные балки.

Прочность проверяют по формулам:

σ =М/W_{n, min} < τ = QS/I·t < R_sγ _c , (4.1)

где М - изгибающий момент от расчетных нагрузок; W_{n, min} - минимальный момент сопротивления нетто (с учетом ослаблений); Q - расчетная поперечная сила; S - статический момент сдвигаемой части относительно нейтральной оси; t - толщина стенки; I - момент инерции всего сечения относительно нейтральной оси.

При расчете с учетом развития пластических шарниров по формуле W_{n, min} = М/С₁ R_y·γ _c ,

где С₁ - коэффициент, определяемый по табл. 66 приложения V СниП II-23-81*, зависящий от формы сечения и степени развития пластических деформаций.

При расчетах предварительно С₁ = 1, 12 с дальнейшим уточнением. В сечениях, где касательные напряжения τ ≤ 0, 5 R_s коэффициент С₁ = С, а при 0, 5 R_s < τ < 0, 9 R_s коэффициент С₁ принимают по формуле

С₁ = 1, 05β ^.с = 1, 05^.с , (4.3)

где α - коэффициент, равный 0, 7, изгибаемых в плоскости наибольшей жесткости стенки (для других типов сечений α = 0).

В случаях, когда верхняя полка не гарантирована от потери устойчивости или отношение расчетной длины балки l_ef к ширине сжатого пояса “b” превышает допускаемые (СНиП II-23-81* табл. 8 пункты 5.15 и 5.16) проверку осуществляют по формуле

М/φ _b W < R_уγ _с (4.4)

Значения φ _b определяются с учетом развития пластических деформаций по приложению 7 СниП II-23-81* по коэффициенту φ ₁ .

На практике достаточно часто предусмотрена связь балок с плоским настилом. Поэтому достаточная жесткость обеспечивает надежное крепление сечения балок и проверка устойчивости не требуется. Устойчивость балок можно не проверять, если отношение расчетной длины участка балки между связями, препятствующими поперечным смещением сжатого пояса l_ef к его ширине “b”, не превышает значений (1 < h/b < 6 и b/t < 35), вычисляем по формуле

l_ef/b = δ ·[0, 41 + 0, 0032b/t + (0, 73 - 0, 016 b/t] b/h₀ . (4.5)

b, t - соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки; h₀ - расстояние между полок; δ = [1-0, 7(С₁-1)/С-1] для балок, работающих в упругой стадии δ = 1.

Предельные значения относительных прогибов приведены ниже в табл.(4.1)

Таблица (4.1)

Наименование элементов конструкций	Относительные прогибы элементов (к пролету l)
Балки и фермы путей под краны: . легкого режима работы (включая ручные краны, тельферы, тали) . среднего режима работы . тяжелого и весьма тяжелого режимов работы	1/400 1/500   1/600
Балки рабочих площадок производственных зданий при наличии рельсовых путей: . ширококолейных . узкоколейных	1/600 1/400
Балки рабочих площадок производственных зданий при отсутствии рельсовых путей и балки междуэтажных перекрытий: . главные балки . прочие балки и косоуры лестниц . стальной настил	1/400 1/250 1/150
Балки и фермы покрытий и чердачных перекрытий: . несущее подвесное и подъемно-транспортное или технологическое оборудование . не несущие подвесное оборудование . прогоны . профилированный настил	1/400 1/250 1/200 1/150
Элементы фахверка: . ригели . прогоны остекления	1/300 1/200

 

Относительный прогиб балки однопролетной, загруженной равномерно распределенной нормативной нагрузкой qⁿ, вычисляется по формуле

f/l = 5/384(qⁿl³/ЕI) < 1/n₀ , (4.6)

где 1/n₀ - предельный относительный прогиб; Е - модуль упругости (МПа).

Составные сварные балки.

Составные балки применяются в случаях, когда прокатные профили не удовлетворяют требования конструкций по жесткости и несущей способности. Они изготавливаются в основном сварными. Наибольшее применение имеют балки двутаврового симметричного сечения (рис.2.3), реже - несимметричного. Балки состоят из верхнего и нижнего поясов, объединенных стенкой.

Рис. 4.9. К расчету сечения сварной балки

Жесткость балки зависит от ее высоты. Пояса, как правило, рассчитываются на момент, а стенка - на перерезывающую силу. Компоновка сечения начинается с установления высоты балки.

Подбор сечений сварных балок производится в следующем порядке. Высота балки назначается исходя из строительных h_st, экономических h_opt и деформативных требований h_min. Строительная высота h_st определяется с учетом габаритов здания. Оптимальную (экономически выгодную) высоту балки устанавливают по формуле

h_opt = k , (4.7)

где t_w - толщина стенки балки, предварительно можно определить по формуле t_w = (7+3h), где h _~ (1/8 - 1/15)l, l - пролет балки (м) или принять в пределах 0, 8-1, 2 см; k - коэффициент, равный для сварных балок постоянного сечения 1, 2-1, 15, переменного - 1; для клепаных соответственно - 1, 25 и 1, 2.

W = M_max/R_у·γ _с - момент сопротивления.

Минимальная высота h_min из условия обеспечения жесткости должна быть, например, для разрезной балки

h_min = . (4.8)

Рис. 4.10. Конструкция составных балок: а – сварной, б – болтовой, 1 – горизонтальные листы, 2 – стыки горизонтальных листов, 3 – опорные ребра жесткости, 4 – вертикальный лист, 5 – заводской стык вертикального листа, 6 – горизонтальное ребро жесткости, 7 – промежуточные вертикальные ребра жесткости, 8 – поясные уголки, 9 – прокладки.

Рис. 4.11. Эпюры материалов и места изменения сечения поясов балок: а – сварной, б – болтовой, 1 – место изменения сечения, 2 – место действительного обрыва, 3 – место теоретического обрыва, 4 – поясные уголки, 5 – горизонтальные листы.

Высота стенки балки h_w принимается так, чтобы соблюдалось условие h_min < h_w < h_opt ; h_min < h_w < h_st . Далее проверяют прочность стенки на срез от максимальной поперечной силы и определяют минимальную толщину стенки и сравнивают с ранее принятой

t_{w, min} = k^.Q_max/h_wR_sγ _с и τ = Q/t_wh_w < R_sγ _с ,

k = 1, 5 при работе на срез без учета поясов и k = 1, 2 - с учетом работы поясов; Q - расчетная поперечная сила.

При отношении h_w /t_w > 3, 2 стенка должна быть укреплена от потери устойчивости поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии 2h_w друг от друга, а также в местах передачи сосредоточенной нагрузки. При отсутствии подвижной нагрузки и отношения меньшим 3, 2 ребра жесткости можно не ставить. Подбор сечения поясов может быть проведен следующим образом. Для одного пояса площадь равна

А_f = , (4.9)

где I = - требуемый момент инерции балки А_f = b_f t_f .

Ширину пояса принимают b_f = (1, 3...1, 5)h, но не менее 180 мм, и находят толщину пояса t_f = A_f/b_f . При b_f/h > 1/3 проявляется неравномерность распределения напряжений по ширине пояса; при b_f/h > 1/5 уменьшается боковая жесткость пояса; при b_f < 180 мм трудно выполнить сопряжение и узлы опирания от вышележащей конструкции. В табл. 4.2 приведены практические соотношения h_w и t_w для наивыгоднейшего распределения площади сечения симметричной двутавровой балки при h_w/t_w=100 – 150. (рис. 4.10)

Чем тоньше стенка, тем экономичнее балка. Это объясняется тем, что изгибающий момент на 85% воспринимается работой полок и лишь на 15% - стенкой. Поперечная же сила, возникающая в балке, почти полностью воспринимается работой стенки.

Соединение стенки с поясом осуществляется с помощью двухстороннего сплошного шва, толщину которого k_f определяют из двух величин (наибольшую)

k_{f f}= T/(2β _f R_wfγ _wsγ _с) и k_fz = T/(2β _z R_wzγ _wzγ _с), (4.10)

где T = QS_f/I -сдвигающее усилие на единицу длины шва.

Толщину шва, как правило, принимают не менее половины толщины стенки и не менее 6 мм. Опорные ребра балок проверяют на центральное сжатие от действия опорной реакции балки

N/φ A < R_уγ _с . (4.11)

Поперечное сечение условной стойки в этом случае принимают состоящим из сечения опорных ребер жесткости и части стенки балки длиной не более 0, 65 t_w √ Е/R_у с каждой стороны опорного ребра.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. ПОЧЕМУ СИСТЕМА МАКАРЕНКО НЕ РЕАЛИЗУЕТСЯ
2. I. Теоретические основы использования палочек Кюизенера как средство математического развития дошкольников.
3. II. Система обязательств позднейшего права
4. II. Соотношение — вначале самопроизвольное, затем систематическое — между положительным мышлением и всеобщим здравым смыслом
5. II.2.6. Методы математической статистики
6. IV. Тематика и перечень курсовых работ и рефератов.
7. MS Word. Работа с математическими формулами
8. VI. ОБСЛЕДОВАНИЕ БОЛЬНОГО ПО ОРГАНАМ И СИСТЕМАМ
9. VIII. Общение и система взаимоотношений
10. А. Титков УМК ЭТ Тема 08. Совершенная конкуренция и чистая монополия
11. А. Титков УМК ЭТ Тема 09. Несовершенная конкуренция.
12. Автоматизированная информационная система «Обслуживание заказов клиентов»