Металич. констр / BALOChNAYa_KLETKA-4_09_13

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………… 4

1.Компоновка балочной клетки……………………………………………... 7

2.Расчет вспомогательных балок……………………………………………. 10

3.Расчет и конструирование главных балок составного сечения…………... 17

3.1.Выбор расчетной схемы………………………………………… 17

3.2.Подбор сечения главной балки…………………………………. 20

3.3.Выбор сопряжения вспомогательных балок с главными……... 27

3.4.Проверка общей устойчивости главной балки………………… 28

3.5.Проверка местной устойчивости элементов главной балки….. 30

3.5.1.Местная устойчивость стенки…………………………. 30

3.5.2.Местная устойчивость сжатого пояса…………………. 41

3.6. Расчет опорных частей главных балок………………………… 42

3.6.1Узел опирания на колонну крайнего ряда…………….. 42

3.6.2.Узел опирания на колонну среднего ряда…………….. 47

3.7.Расчет поясных сварных швов………………………………….. 50

3.8.Расчет и конструирование сопряжения вспомогательных балок с главными………………………………………………... 52

3.8.1.Этажное сопряжение…………………………………… 52

3.8.2. Сопряжение в один уровень…………………………… 52

Литература……………………………………………………………… 56

Приложение…………………………………………………………...... 57

Условные обозначения………………………………………………… 74

3

ВВЕДЕНИЕ

В настоящих методических указаниях систематизирован материал по расчету и конструированию металлических балочных клеток нормального типа перекрытий промышленных зданий.

Целью курсовой работы является ознакомление студентов с расчетом и конструированием балок прокатного и составного профилей, а также их узлов.

Приводимые рекомендации даны из предположения использования для строительства в районе с расчетной температурой t ≥ -30 .

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки объемом

30…35 страниц и графической части, состоящей из одного листа формата А2

(420 x 594 мм). Расчетно-пояснительная записка состоит из титульного листа,

заполненного преподавателем бланка задания, оглавления и пронумерованных разделов в последовательности их выполнения. В конце расчетно-

пояснительной записки приводится список использованной литературы.

Задание к курсовой работе выдается преподавателем и содержит следующие исходные данные:

1.габариты балочной клетки;

2.пролет главных балок ( L );

3.пролет вспомогательных балок ( l );

4.высота этажа ( H );

5.строительная высота балочной клетки ( hстр );

6.характеристическое значение временной нагрузки ( pn );

7.материал конструкций: a) настила;

b) вспомогательных балок; c) главных балок.

4

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

1.схему балочной клетки;

2.расчет вспомогательных балок (прокатного профиля);

3.расчет главных балок (составного сечения);

4.расчет и конструирование соединений балок;

5.эскизы узлов и деталей вспомогательных и главных балок.

Графическая часть должна содержать:

1.монтажную схему балочной клетки с видом сверху, поперечными разрезами и монтажными узлами;

2.рабочий чертеж главной балки с поперечными разрезами и деталями;

3.рабочий чертеж вспомогательной балки;

4.спецификацию на одну главную и одну вспомогательную балку;

5.таблицу отправочных марок балочной клетки;

6.примечания.

Классификация балок

По статической схеме различают однопролетные (разрезные),

многопролетные (неразрезные) и консольные балки. Разрезные балки проще неразрезных в изготовлении и монтаже, нечувствительны к осадкам опор, но уступают последним по расходу металла на 10…12 %. Неразрезные балки разумно применять при надежных основаниях, когда нет опасности перегрузки балок вследствие резкой разницы в осадке опор. Консольные балки могут быть как разрезными, так и неразрезными. Консоли разгружают пролетные сечения балок и тем самым повышают экономические показатели последних.

По способу изготовления балки могут быть прокатными либо составными, выполненными при помощи сварки, заклепок или болтов (рис.

1.а). В строительстве наиболее часто применяют балки двутаврового сечения.

Они удобны в компоновке, технологичны и экономичны по расходу металла.

5

а

б

в

Рис. 1.а. Прокатные и составные сечения балок: а – прокатные;

б– составные сварные; в – составные клепаные и составные болтовые

Уметаллических балок основным типом является двутавровое симметричное сечение. Мерой эффективности, т.е. выгодности сечения балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию ρ=W/A.

Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное на рис. 1.б, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового сечения, чему также способствует хорошая работа стали на касательные напряжения, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.

Рис. 1.б. Сравнение типов сечений балок:

круглого, прямоугольного, двутаврового

6

1. КОМПОНОВКА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Для размещения в помещении цеха промышленного здания производственного оборудования на определенной высоте служат рабочие площадки. В конструкцию площадки входят колонны и опертая на них балочная клетка, представляющая собой систему несущих балок.

Стальная балочная клетка нормального типа включает в себя вспомогательные балки, по верхнему поясу которых монтируется железобетонный или стальной настил. Вспомогательные балки опираются непосредственно на главные балки, которые в свою очередь передают нагрузку на стены или колонны здания. Пространственная устойчивость обеспечивается системой вертикальных связей по колоннам (рис. 1.1).

На основании исходных данных задания необходимо разработать схему балочной клетки с указанием ее основных размеров: пролетов главных и вспомогательных балок, привязки вспомогательных балок к осям, отметки верха площадки.

Компоновку балочной клетки следует начинать с разбивки осей. Главные балки ( Б1, Б2 ) необходимо располагать по направлению большего пролета ( L ),

а вспомогательные балки ( Б3 ) – в перпендикулярном направлении, по направлению меньшего пролета ( l ). Характеристическое значение временной нагрузки pn передается через железобетонный или стальной настил, толщиной tn.

Для упрощения и унификации узлов сопряжения вспомогательных балок с главными, необходимо сместить крайние вспомогательные балки на половину шага от осей опор главных балок, что приводит к необходимости размещения в торцах балочной клетки дополнительных балок Б4, представляющих собой прокатные швеллеры и принимаются конструктивно (Б4 на рис. 1.1).

7

Исходные данные для проектирования (пример)

1.габариты балочной клетки 3L x 3l;

2.пролет главной балки L = 11,4 м;

3.пролет вспомогательной балки l = 7,1 м;

4.высота этажа (от пола до площадки) H = 8,2 м;

5.строительная высота балочной клетки hстр = 1,7 м;

6.характеристическое значение временной нагрузки pn = 16 кН/м2;

7.материал конструкций:

a)настил сборные железобетонные плиты;

b)вспомогательные балки сталь С245;

c)главные балки сталь С245.

Рис. 1.1. Балочная клетка нормального типа

8

Максимальный шаг аmax вспомогательных балок составляет:

				аmax l / 2;			(1.1)
а	L		11,4 м	2,85 м а		l		7,1 м	3,55 м.
	n		4	max	2		2

а– шаг вспомогательных балок (Б3 на рис.1.1) принимается постоянным:

а = 1,5…3,0 м при железобетонном настиле;

а = 0,6…1,8 м при стальном настиле.

Это условие дает возможность рассматривать нагрузку, действующую на вспомогательную балку, как равномерно распределенную.

Принимая количество (n = 4…7) вспомогательных балок, определяем их шаг (а) по длине главной балки (L).

Толщина железобетонного настила tn принимается по рекомендациям таблицы 1.1, стального настила – таблицы 1.2.

Принимаем толщину железобетонного настила tn = 14 см.

								Таблица 1.1.
Расчетный		Толщина железобетонного настила tn в см,
пролет	при характеристическом значении временной нагрузки pn в кН/м								2
плиты а, м
	15…20			21…25		26…30		31…35
1,5…2,0	10			12		12		14
2,1…2,5	12			12		14		16
2,6…3,0	14			14		16		18
								Таблица 1.2.
Характеристическое значение					Толщина стального настила tn, см
временной нагрузки pn, кН/м2
	< 10					0,6
	10…20					0,8…1,0
	> 20					1,2…1,4
				9

2.РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ БАЛОК

Вкурсовой работе следует запроектировать вспомогательную балку среднего ряда.

Вспомогательную балку принято рассматривать как однопролетную шарнирно опертую (рис. 2.1). Нагрузка на вспомогательную балку определяется заданным характеристическим значением временной нагрузки pn

и весом железобетонных плит или стального настила gm. Эти нагрузки являются равномерно распределенными.

gт tn 25кН/м3 0,14 м=3,5кН/м2 ,

(2.1)

где, tn – толщина настила, м;

ρ– плотность материала настила:

для тяжелого железобетона – 25 кН/м3;

для стали – 78,5 кН/м3.

Рис.2.1. Расчетная схема,

эпюры изгибающих моментов и поперечных сил вспомогательной балки

10

Расчет заключается в определении сечения балки и ее проверки по требованиям прочности, жесткости и общей устойчивости.

Для определения нагрузки на вспомогательную балку определяем грузовую площадь балки. На рис. 1.1 грузовая площадь 1 вспомогательной балки (одинарная штриховка) имеет ширину а (шаг вспомогательной балки) и

длину l (пролет вспомогательной балки).

Нагрузка на погонный метр участка шириной а на вспомогательную балку (двойная штриховка на рис. 1.1):

 расчетная эксплуатационная

			qе pn fe gт fe a;					(2.2)
	qе 16кН / м2 1,0 3,5 кН / м2 1,0 2,85 м 55,6кН / м;
	расчетная предельная
			q fm pn fm gт a;					(2.3)
	q	1,2 16кН / м2 1,1 3,5кН / м2			2,85 м 65,7 кН / м,
где,	qе	расчетная	эксплуатационная			погонная	нагрузка	на
		вспомогательную балку, кН/м;
	q расчетная		предельная погонная			нагрузка на	вспомогательную
		балку, кН/м;

pn характеристическое значение временной нагрузки, (приведено в задании), кН/м2;

gт характеристическая постоянная нагрузка от собственного веса настила, кН/м2;

fe коэффициент надежности по нагрузке для эксплуатационного значения, определяется по п. 5.2. [2], fe 1;

11

fm коэффициент надежности по предельной нагрузке, определяется по п. 5.2, т. 5.1 [2] (для характеристической временной нагрузки –

fm 1,2 , для железобетонных конструкций – fm 1,1 ; для стальных конструкций – fm 1,05);

а шаг вспомогательных балок, м.

Определяем максимальные усилия.

Опорные реакции:

	Rвсп.б .						q l				65,7 кН / м 7,1м			233,2 кН .	(2.4)
		A					2	2
Максимальный изгибающий момент:
Mтax	q l2				1			65,7 кН / м 7,1м 2					1,02 422,3кН м.		(2.5)
								8
		8
Максимальная поперечная сила:
Q			q l							65,7 кН / м 7,1м		1,02 237,9 кН ,			(2.6)
тax				2			1	2

где, α1=1,02 … 1,04 – эмпирический коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса вспомогательных балок.

Перед определением требуемого момента сопротивления Wтр необходимо в соответствии с условиями п.1.1.3.6 и 1.1.3.7 [1] определить к каким категориям по назначению и по напряженному состоянию относится рассматриваемая нами вспомогательная балка.

1.1.3.6 По назначению относится к категории А (достижение предельных состояний может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения).

По напряженному состоянию III категория (т. В1 Приложения [1]).

12