Классификация балок – 35. Железобетонные балки покрытий, их конструктивные решения, типы поперечных сечений, применяемые классы бетона и арматуры.

12.Общая характеристика балочных конструкций. Типы балок.Балочная клетка. Компановка балочных конструкций.

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях.

Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.В конструкциях небольших пролетов длиной до 15-20 м наиболее рационально применять сплошные балки. При увеличении нагрузки длина пролетов увеличивается, известны примеры применения сплошных подкрановых балок пролетом 36 м и более. Такие балки часто бывают двустенчатыми, т. е. имеют коробчатое сечение.В автодорожных и городских мостах пролеты сплошных балок достигают 200 м и более.У металлических 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

p=W/A. Металлические балки конструируют главным образом двутаврового се­чения, чему способствует хорошая работа металла на касательные на­пряжения, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой. В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные или составные — сварные, болтовые или клепаные .Предпочтение отдается прокатным балкам как менее трудоемким, но ограниченность сортамента делает невозможным их применение при больших изгибающих моментах

Компоновка балочных конструкцийПри проектировании конструкции балочного покрытия рабочей пло­щадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балоч­ной клеткой.Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный. В упрощенной балочной клетке нагрузка на пере­крытие передается через настил на балки настила, располагаемые обыч­но параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограни­чивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах их. При частом размещении длинных ба­лок возникает противоречие между получаемой мощностью и требуемой жесткостью, что неэкономично; в нормального же типа балочной клетке нагрузка с настила передается на балки настила, ко­торые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие пло­щадку. Балки настила обычно принимают прокатными. В усложненной балочной клетке вводятся еще дополнительные, вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкость перекрытия, балки настила и вспо­могательные балки обычно принимаются прокатными.Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении ба­лок между собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное. При этажном сопряжении бал­ки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на глав­ные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строи­тельной высоты. При сопряжении в одном уровне верх­ние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уров­не, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но су­щественно усложняет конструкцию опирания балок.Пониженное сопряжение применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно уклады­вают балки с настилом, которые располагаются над главной балкой. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позво­ляет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строитель­ной высоте перекрытия.Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т. е. пол­ные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, высота помещения под перекрытием и отметка верха насти­ла (разница между которыми определяет возможную строительную вы­соту перекрытия), обычно задаются технологами или архитекторами ис­ходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний. Расстояние между балками настила определяется несущей способностью настила и обычно бывает 0,6—1,6 м при стальном и 2—3,5 м при железобетонном настиле.Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2—5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, причем прокатных. Установив направле­ние, пролет главных балок и расстояние между балками настила, вы­бирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия.

При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.

18. Расчет и конструирование узлов сопряжения балок с колоннами.Сопряжение бывает либо сбоку либо сверху колонны. Может быть шарнирное соединие или жесткое. Конец балки в месте опирания укрепляют опорными ребрами, через которые передается вся нагрузка на колонну. Ребро либо строгают либо плотно пригоняют. Размер опорнах ребер определяют из расчета на смятие торца

,гдеF-опорная реакция балки, А- площадь опорного ребра. Ширина выступающей части не должна превышатьВыступающую часть вниз принимают 15-20мм. Проверяют опорный участок балки на устойчивостьφ-коэф прод изгиба относит оси совпадающей с профильной осью балки. Прикрепление опорных ребер сварными швами рассчитывают на полную опорную реакцию балки с учетом макс. длины сварного шва

Классификация балок покрытия.

Балки покрытия-конструкции , к-е употребляются в строит-ве одноэтажных зданий пролетами 12, 18м и тд.

Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.

По материалу конструкции покрытия делят: железобетонные, металлические, деревянные.

По очертанию поясов:

-с параллельными поясами для односкатных крыш

-трапецевидные для двухскатных крыш (криволинейный/сплошной пояс)

По виду стенки:

-со сплошной стенкой

-с решетчатой стенкой

По форме поперечного сечения:

-тавровое при пролете до 12м (железобетонные)

-двутавровое сечение при пролете 18, 24м (дерев. балки)

-коробчатое сечение (стальные балки)

Железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции отличаются легкостью, относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите – приемлемой огнестойкостью и долговечностью.

Железобетонные балки (рис.13.11) применяют при пролетах до 18 м. Они могут быть одно- и двухскатными. Для их изготовления используют предварительно напряженное армирование. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления панелей покрытия или прогонов. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей (рис.13.11, д).

а, г — односкатные и плоские двухтаврового сечения; б — то же, для многоскатных покрытий; в — решетчатая для многоскатных покрытий; д — узел опирания балки на колону; 1 — анкерный болт; 2 — шайба; 3 — опорная плита

Более эффективны по сравнению с балками железобетонные фермы, которые используют в зданиях пролетом 18, 24, 30 и 36 м (рис.13.12). Они могут быть сегментные, арочные с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм размещают систему стоек и раскосов. Решетку ферм предусматривают таким образом, чтобы плиты перекрытий шириной 1,5 и 3,0 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов.

а — сегментная; б — арочная безраскосная; в — с параллельными поясами; г — трапецеидальная; д — фрагмент разреза покрытия здания с применением подстропильных ферм

Широкое применение получили сегментные безраскосные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м. Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе таких ферм специальных стоек, на которые опирают панели покрытия. Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов.

При шаге стропильных ферм и балок 6 м и шаге колонн средних рядов 12 м используют подстропильные железобетонные фермы и балки.

.

 

 

Рис.13.13 – Стальные стропильные фермы:

а — основные типы ферм; б — узел опирания на колонну фермы с параллельными поясами при «нулевой» привязке; в — то же, полигональной при привязке 250 и 500 мм; г — то же, треугольной при «нулевой» привязке; 1 — надопорная стойка; 2 — колонна; 3 — ригель фахверка

-Для устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют большепролетные и пространственные конструкции покрытий. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висящие.

Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы (рис.13.15). Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона М500 с предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.

Рис.13.15 – Большепролетные плоскостные покрытия:

а — с железобетонными фермами пролетом 96 м; б — с металлическими рамами пролетом 80 м

Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов, монолитно связанных между собой и работающих как цельная конструкция, или в виде оболочек (рис.13.16). Оболочки, которые могут перекрыть большие пролеты, имеют незначительную толщину 30-100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие. Оболочки могут быть цилиндрические, купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12х24 м и более.

Устраивают также висячие покрытия, которые работают на растяжение (рис.13.17). Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висящие.

Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют алюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые панели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.

 

Рис.13.16 – Примеры покрытий в виде оболочек:

а — шедовое с диафрагмами в виде железобетонных арок; б – то же, в виде стальных ферм криволинейного очертания

Рис.13.17 – Висящие покрытия:

а — однопоясное пролетом 12+78+12 м; б — двопоясное пролетом 9+50+9 м

В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мембраны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки.

В промышленном строительстве широко используют и пневматические конструкции. Принцип возведения их основан на том, что во внутреннее замкнутое пространство мягких оболочек нагнетают атмосферный воздух, который растягивает оболочку, придавая ей заданную форму, устойчивость и несущую способность. Материал оболочек этих зданий должен быть воздухонепроницаемым, эластичным, прочным, легким, долговечным и надежным в эксплуатации

.

 



Курсовая работа №1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщений»

Кафедра «Мосты»

«Содержание и реконструкция мостов»

Выполнила студентка Vкурса

Дорохова Л.Н.

Группы: МТ

Шифр: 09-МТ-4201

Проверил __________________

Подпись и дата

Инв. № дубл.

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. №

Санкт-Петербург

2014 Г. Оглавление

Оглавление 2

Задание I: Расчет и конструирование ограждения котлована опоры моста. 5

СОДЕРЖАНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ 9

Курсовая работа №1 9

1.Исходные данные 5

2.Классификация элементов пролетного строения. 6

2.1Классификация балки проезжей части. 6

2.2Классификация элементов главной фермы. 9

3.Список использованной литературы. 15

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Взам. инв. №

Подп. и дата

Курсовая работа №1

Инв. № подл.

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Выполнила

Дорохова Л.Н.

07.11.14

СОДЕРЖАНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ

КУРСОВАЯ РАБОТА №1

Стадия

Лист

Листов

07.11.14

2

ПГУПС

Заочный факультет

Кафедра «МОСТЫ»

Задание I: Расчет и конструирование ограждения котлована опоры моста.

1. Исходные данные

1. Схема пролетного строения №1

Схема пролетного строения

Рис.1

2. Расчетный пролет l = 56м;

3. Расчетная высота главных ферм:

посередине пролета h = 9,5м;

у опор h_o = 9,5м;

4. Величина панели проезжей части d= 7м;

5. Число панелей n = 8шт.

6. Расстояние между осями:

главных ферм b = 5,6м;

продольных балок c = 1,8м;

7. Балка проезжей части, подлежащая классификации и усилению: Продольная схема сечения по (вар. №1 см схему.)

8. Элементы главной фермы, подлежащие классификации и усилению:

верхний «сжатый пояс» 2’-3’ схема сечения по (вар. №1 см схему.)

раскос (элемент решетки) 2-3’ схема сечения по (вар. №1 см схему.)

9. Основное допускаемое напряжение [σ] = 1,4 тс/см²;

10. Постоянная нагрузка:

на продольные балки p_б = 1,4 тс/м пути;

на поперечные балки p_п = 1,6 тс/м пути;

на главные фермы p = 4,4 тс/м пути.

11. Величина на которую должен быть повышен класс элемента, ∆K = 1,4.

2. Классификация элементов пролетного строения.

   1. Классификация балки проезжей части.

      1. Геометрические характеристики сечения.

Площадь сечения:

вертикального листа: ;

горизонтальных листов: ;

уголков: ;

• площадь уголка F₁ является табличным значением, принимаемым по [1, прил. 1]

суммарное брутто: ;

Момент инерции площади сечения:

вертикального листа: ;

горизонтальных листов: ;

уголков: ;

• площадь уголка F₁ и момент инерции J₁ является табличными значением, принимаемыми по [1, прил. 1]

суммарное брутто: ;

Статический момент половины площади сечения относительно нейтральной оси:

вертикального листа: ;

горизонтальных листов: ;

уголков: ;

суммарное брутто: ;

Результаты вычислений для наглядности сводим в таблицу №1:

Таблица 1.

Геометрические характеристики сечения балки

Вид сечения	Срстав сечения	Площадь сечения, см2	Момент иннерции, см4	Статический сосент, см3
	ВЛ 970х10	97	76056	1176
	2ГЛ 220х12	52,8	128851	1304
	4∟ 100+100х12	90,92	192377	2087
		Fбр = 240,72	Jбр = 397284	Sбр = 4567
На основании полученных данных вычисляем момент сопротивления брутто: Расчетный момент сопротивления:

2. Допускаемая нагрузка на балку по нормальным напряжениям.

Допускаемая по нормальным напряжения временная вертикальная эквивалентная нагрузка в тс/м пути определяется по формуле:

где: = 1,4 (согласно исходных данных) – допускаемое напряжение в тс/см², и так как рассматриваемая балка является продольной то данное значение дополнительно умножается на коэффициент равный 1,1 = 1,4*1,1=1,54 тс/см²

= 6357 – полученный ранее расчетный момент сопротивления балки;

= 1,4 тс/м. пути — постоянная нагрузка на балку, принятая согласно исходных данных (для продольной балки).

= площадь линии влияния изгибающего момента, которая для продольной балки вычисляется по формуле:

где: = 7м (согласно исходных данных) – величина (длина) панели проезжей чпсти, м;

В итоге:

3. Допускаемая нагрузка на балку по касательным напряжениям.

Допускаемая по касательным напряжениям в стенке балки временная вертикальная эквивалентная нагрузка в тс/м пути определяется по формуле:

где: = 1,0 см (согласно исходных данных) – толщина стенки балки (см. схему)

= 397284 – полученный ранее расчетный момент инерции площади сечения балки брутто;

= 4567 – полученный ранее расчетный статический момент половины площади сечения балки брутто;

— в данной формуле это площадь линии влияния поперечной силы, которая для продольной балки равна половине длины панели проезжей части, т.е в данном случае 7/2 = 3,5м:

4. Классы балки.

Класс балки вычисляется по формуле:

где: = вычисленная ранее допускаемая временная вертикальная эквивалентная нагрузка соответственно Кн = 30,57 тс/м пути – по нормальным напряжениям и Кк = 56.01 тс/м пути – по касательным напряжениям.

–эталонная эквивалентная временная вертикальная нагрузка для схемы НI, принимаемая в данной курсовой работе по данным [1, прил. 2] для продольной балки при λ = d и α = 0,5 равной 2,26 тс/ м пути.; Для классификации по касательным напряжениям значение принимаем равным 2,71 тс/м пути.

— динамический коэффициент для продольной балки вычисляется следующим образом:

Результаты классификации заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

Классификация балки.

Наименование проверки	Допускаемая эквивалентная нагрузка К, тс/м	Эталонная нагрузка с динамикой , тс/ м	Класс балки К
По нормальным апряжениям	30,57	3,9098	7,8188
По касательным напряжениям	56,01	4,6883	11,9468

11.2. Балочные конструкции покрытия

Большепролетные балочные покрытия обычно используют при пролетах 50…100 м. Преимущество таких систем — их безраспорность, т.е. возникают только вертикальные реакции.

Основными элементами балочных покрытий являются плоские, спаренные в блоки или трехгранные фермы. Фермы соединяются между собой горизонтальными и вертикальными и прогонами, этим обеспечивается пространственная жесткость покрытия и устойчивость отдельных стержней ферм, как и в покрытиях малых пролетов.

Балочные покрытия применяются в зданиях прямоугольной формы или близкой к ней. Компоновка покрытия больших пролетов выполняется по нормальной или усложненной схеме (рис.11.1.а) при шаге в 12 м. При шаге главных ферм 18, 24 м и более переходят на усложненную схему компоновки (рис. 11.1.б) со вспомогательными фермами. Индустриальными являются покрытия из объемных блоков (рис. 11.1. в, г), при монтаже которых не требуются связи.

При больших пролетах рациональны полигональные, сегментные и параболические фермы (рис.11.1. д, е) с ромбической и крестовой решеткой.

Главный недостаток балочных конструкций — большая строительная высота. Высота ферм с параллельными поясами h =(1/8… 1/16) l,

трапециевидных h =(1/7… 1/11) l, сегментных h =(1/8…1/12) l, где l — пролет фермы. Часто применяется шпренгельная решетка, позволяющая уменьшить длину панелей и повысить устойчивость сжатого пояса в плоскости фермы.

Сечения тяжелых ферм приведены на рис. 11.1 ж. Узлы ферм выполняют с двумя фасонками (рис. 11.1 з), для уменьшения концентрации напряжений в фасонках устраивают выкружки для плавного перехода к стержням. При пролетах более 40 м необходимо обеспечивать беспрепятственный поворот опорных частей неподвижной опоры и горизонтальное перемещение подвижной опоры. В качестве шарнирно-неподвижной опоры пролетах до 40 м применяют тангенциальные плиты, при больших пролетах — балансирные опоры. Подвижная опора выполняется на катках.

Расчет усилий в стержнях тяжелых ферм выполняются также, как и для легких. Плоскостные балочные системы наиболее металлоемки из всех видов большепролетных конструкций (расход до 200 кг/м²). Для сокращения затрат стали и уменьшения строительной высоты применяется предварительное напряжение, а также трехгранные или спаренные в пространственные блоки плоские фермы.

11.3. Рамные конструкции

Рамные конструкции отличаются большой жесткостью и чаще применяются в зданиях промышленного и специального назначения — цехах заводских производств, эллингах, оборудованных подвесными кранами. Большепролетные рамы могут выполняться бесшарнирными со стойками, заделанными в фундаменты (рис. 11.2 а), двухшарнирными с шарнирами в уровне фундаментов (рис. 11.2. б) или в узлах сопряжения ригеля и стоек (рис. 11.2 в) — так называемые гибкие рамы. К разновидностям схем однопролетных рам относятся схемы с жесткой и гибкой стойками (рис.11.2 г), однопролетная рама с консолью (рис. 11.2 д), вспорушенная рама с криволинейным ригелем.

Бесшарнирная схема применяется при пролетах 120…130 м. Такие рамы имеют небольшую высоту и мощные ригели.

Наиболее распространены двухшарнирные рамы пролетом до 120 м с шарнирами в уровне фундаментов.

Рамы с жесткой и гибкой стойками и однопролетные рамы с консолью применяются в ангаростроении. Наличие консольного вылета длиной 40…60 и позволяет устраивать ворота шириной во весь фасад здания.

Схема со вспорушенным ригелем целесообразна для применения в конструкциях рынков и вокзалов (рис. 11.2 ж).

При пролетах рам 100…130 м ригели обычно выполняются сквозными и конструируются по типу тяжелых ферм (см. параграф 11.2). Высота ригелей принимается l/12. .1/20 пролета.

Компоновка рамных покрытий также, как и балочных, может выполняться по нормальной или усложненной схеме (см.рис.11.1 а,б).

Статически определимые многопролетные балки. Способы их образования, классификация и аналитический расчет.

1. Способы образования и классификация статически определимых многопролетных балок.

Многопролетные статически определимые балки представляют собой совокупность однопролетных (с консолями и без консолей) балок, соединенных между собой шарнирами. В практике строительства этот вид балок применяется для перекрытия нескольких смежных пролетов. Преимущество консольно-балочных систем по сравнению с несколькими последовательно уложенными однопролетными балками — меньший расход материала и вес конструкции, так как при равной нагрузке усилия в однопролетных балках больше, чем в многопролетных шарнирных балках. А по сравнению с неразрезными многопролетными балками они менее чувствительны к неравномерным осадкам. Сравним, например, эпюры изгибающих моментов в двухпролетной балке (рис. 229,а) и двух однопролетных бaлкax(рис. 229,б), перекрывающих одни и те же два смежных пролета и одинаково нагруженных. Как видно, наибольшие изгибающие моменты в двухпролетной балке в 1,5 раза меньше наибольших моментов в однопролетных балках.

Т еория расчета многопролетных шарнирных балок была разработана русским инженером Г. С. Семиколеновым в 1871 г.

В зависимости от расположения шарниров возможны различные схемы. На практике наиболее часто используются балки двух видов: или только с шарнирными опорами, или с одной защемленной и остальными шарнирными опорами (рис. 230). В каждом виде балок различают три типа балок:

1

а) б)

Рис. 229.

-вый тип характеризуется тем, что пролеты с двумя шарнирами чередуются с безшарнирными пролетами.

2-ой тип характеризуется тем, что в каждом пролете устанавливают по одному шарниру.

3-тий тип характеризуется тем, что пролеты с одним и двумя шарнирами чередуются.

Число промежуточных шарниров Ш, при котором балка может быть статически определимой и геометрически неизменяемой, определяют по формуле:

.

Для решения вопроса о неизменяемости многопролетной балки, а также для более наглядного представления о работе её элементов, изображают схему взаимодействия отдельных элементов балки, так называемую поэтажную схему.При этом мысленно удаляя промежуточные шapниры, расчленяют балку на элементарные балки, и выделяют среди них так называемые основные, подвесные и передаточные балки.

Основнойназывают балку, которая способна воспринять действующую на нее нагрузку и передать её через опоры полностью на основание (землю) даже в том случае, когда шарниры в пролетах разрезаны.

Подвеснойназывают балку, шарнирно опирающуюся на консоли двух смежных с ней балок.

Передаточнойназывают балку, которая частично передает нагрузку через опору на основание, а частично через промежуточный шарнир на консоль смежной поддерживающей балки.

2. Аналитический расчет многопролетных шарнирных балок.

Аналитический расчет многопролетных статически определимых балок заключается в последовательном расчете, составляющих ее, элементарных балок. Для этого, на основе структурного анализа исходной балки, составляют поэтажную схему её. Далее вычерчивают основные, а затем последовательно в восходящем порядке подвесные и передаточные балки по этажам (уровням). При необходимости для придания геометрической неизменяемости к опорам балок с двумя цилиндрическими подвижными опорами добавляют по одному опорному стержню.

Этажные схемы для балок 1, 2, и 3 типов показаны на рис.231,а, 231,б, и 231,в соответственно.

Расчет многошарнирной балки начинают с подвесных или самых верхних передаточных элементарных балок на действие нагрузок непосредственно к ним приложенным. Основные или нижележащие передаточные элементарные балки рассчитывают на совместное действие заданных нагрузок и сил, передаваемых в шарнирах от вышерасположенных подвесных и передаточных балок. Силы, передаваемые в шарнирах, противоположны по направлению и равны по модулю опорным реакциям в вышерасположенных балках.

Определение опорных реакций и построение эпюр внутренних усилий Q иМпроизводится по обычным правилам, известным из курса сопротивления материалов для однопролетных балок. Окончательные эпюрыQиМстроятся для всей многопролетной балки путем объединения соответствующих эпюр, построенных для каждой элементарной балки в отдельности, или сразу для всей балки, после определения опорных реакций во всех опорах.

В заключение на основании условия прочности при изгибе

выполняют один из трех видов расчета: проверочный, проектный и определение грузонесущей способности балки. Последовательность и содержание этих трех видов расчетов те же, что и в курсе сопротивления материалов. Но расчет многопролетной балки дополняют кинематическим анализом, который предшествует этапу построения поэтажной схемы исходной балки.

Таблица П1.

Сталь прокатная угловая равнополочная

ГОСТ 8509-72

Продолжение табл. П1.

Окончание табл. П1.

Таблица П2.

Сталь прокатная угловая неравнополочная

ГОСТ 8510-72

Окончание табл. П2.

Таблица П3.

Сталь горячекатаная.

Балки двутавровые. ГОСТ 8239-72

Таблица П4.

Сталь горячекатаная.

Швеллеры с уклоном внутренних граней полок

ГОСТ 8240-72

Таблица П5.

Сталь горячекатаная.

Швеллеры с параллельными гранями полок

ГОСТ 8240-72

14.Компоновка балочных конструкций. Сопряжение балок в балочных клетках.

Балки явл-ся основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.

При проектировании конструкции балочного покрытия необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой. Балочные клетки подразделяются на 3 основных типа:

1. Упрощенный. Нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно парал-но меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены ли др. несущие кон-и, огран-ие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах их. При частом размещении длинных балок возникает противоречие между получаемой мощностью и требуемой жесткостью, что неэкономично;

2. Нормальный. Нагрузка с настила передается на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие кон-и, ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными.

3. Усложненный. Вводятся еще дополнительные, вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкость перекрытия, балки настила и вспомогательные балки обычно принимают прокатными.

Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение балок м.б.:

1. Этажное. Балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные и вспомогательные. Это наиболее удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует большой строительной высоты.

2. В одном уровне. Верхние полки балок настила и вспомогательных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

3. Пониженное. Применяется в балочных клетках услож-го типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладываются балки с настилом, которые располагаются над главной балкой. Позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной высоте перекрытия.

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте (полные размеры площадки, расстояние м/у колоннами и т.д.) задаются технологами или архитекторами (размещ-е обор-я, удобная эксплуатация помещений). Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний. Расстояние м/у балками настила опред-ся несущей способностью настила и обычно бывает 0,6-1,6 м при стальном настиле и 2-3,5 м при ж/б.

Расстояние м/у вспомог-ми б. обычно назначается в пределах 2-5 м и д.б. кратно пролету главной балки. При выборе этого расст-я надо стремится получить мин. число вспом-х б. причем прокатных. Установив направление, пролет главных б и расст-е м/у б. настила выбирают тип и компонуют балочную клетку т.о., чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения м/у балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия. При этом следует принимать самый простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.

15. Подбор сечения прокатных балокпро устойчивость??? общую

Исходными данными для подбора сечения прокатной балки являются геометрические и силовые параметры, а также дополнительные факторы. Геометрические параметры – это схема расположения балок, их пролет, шаг. Силовые – это интенсивность постоянной и технологической нагрузок. К дополнительным факторам относятся условия эксплуатации, координаты и виды опорных связей, тип профиля поперечного сечения и др. Проектирование и расчет начинают с анализа предполагаемой конструктивной схемы сооружения или его фрагмента. В результате формируется расчетная схема балки с указанием типов, мест приложения и интенсивности нагрузок. Далее определяют расчетные усилия в форме изгибающих моментов перерезывающих сил, а так же характерные максимальные перемещения (прогибы). Расчетные усилия вычисляют в сечениях, где каждое из них в отдельности достигает максимальных значений (Мmax. Qmax), а так же в сечениях, где их совместные сочетания неблагоприятны для работы конструкции.

Расчет на прочность прокатных балок, изгибаемых в одной из главных плоскостей, производится по формуле

Поэтому требуемый момент балки «нетто» определяют по формуле

R- расчетное сопротивление стали по изгибу,γ – коэф- усл-й работы кон-и.

Выбрав тип профиля балки (двутавр, швеллер) по по сортаменту подбирают ближайший номер балки. Принимая во внимание , что при определении расчетных усилий нагрузка от собственного веса балки либо не учитывалась, либо принималась приближенно, следует выполнить корректировку расчета с учетом собственного веса балки. Для разрезных балок из стали с пределом текучести до 580МПа, несущих статическую нагрузку, обеспеченных от потери общей устойчивости и ограниченной величине касательных напряжений в одном сечениис наиболее неблагоприятным сочетаниемQ и М, следует использовать упругопластическую работу материала и проверять их прочность по формулам:

при изгибе в в одной из главных плоскостей и τ ≤0.9 Rср:

при изгибе в в двух из главных плоскостях и τ ≤0.5 Rср:

М – значения изгиб-х моментов, Rср – расчетное сопротивление срезу, с – принимается по таблицам.

Для случая учета упругопластической работы при изгибе балки в одной из главных плоскостей подбор сечения можно производить по формуле

Где с₁≈ 1,1 а затем уточняется.

Подобронное сечение проверяют на прочность от действия касательного напряжения

Q – наибол. поперечная сила на опоре; S и I – статический момент и момент инерции сечения; tст – толщина стенки балки.

Помимо проверок прочности балки необходимо в местах с большими нормальными напряжениями проверять их общую устойчивость. Устойчивость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также при отношении расчетной длины участка балки между связями, препятствующим поперечным смещением сжатого пояса балки l₀ к его ширине b, не превышающим 1≤ h/b≤6 и b/t≤35.

b и t – ширина и толщина сжатого пояса; h₀ – высота между осями поясных листов.

При недостаточном закреплении сжатого пояса балки ее общую устойчивость проверяют по формуле:

Wc – момент сопротивления сжатого пояса, γ_с – коэф-т усл. работы при проверке общей уст-ти.

Для балок двутаврового сечения с 2 осями симметрии прии при

В этом случае крит. напр-я потери уст-ти нах-ся в зоне упругопластической работы мат-ла

Ψ – в зав-ти от закрепления балки, вида и места прил-я нагрузки и т.д. по таблицам

Если при проверке выясняется, что общая устойчивость балки не обеспечена, то следует уменьшить расчетную длину сжатого пояса, изменив схему связей. Проверка местной устойчивости поясов и стенки прокатных балок не требуется, так как она обеспечивается их толщинами, принятыми из условий проката.

Проверка второго предельного состояния (обеспечение условий для нормальной эксплуатации сооружения) ведется путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки

Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле

Если проверка не выполняется, то нужно увеличить сечение балки, взяв менее прочный материал, или допустить недоиспользование прочности балки, что менее выгодно.

16. Изменение сечений балок по длине. Эпюра материалов.

Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в местах снижения моментов (в разрезных балках – у опор). Изменение сеч-я повышает трудоемкость, поэтому целесообразно только для балок пролетом 10-12 м и более.

Изменить сечение балки можно, уменьшив ее высоту или сечение поясов.

1. Изменение сечения уменьшением высоты стенки балки: более сложно, может потреб-ть увел-я толщины стенки для восприятия касательных напряжений, прим-ся редко.

2. Изменение ширины пояса, распространено в сварных балках. Высота балки остается постоянной.

3. Изменением толщины пояса, менее удобно, т.к. балка оказывается неодинаковой высоты, усложняется заказ стали.

4. В клепаных балках и балках с поясными соединениями на высокопрочных болтах сечение изменяют путем уменьшения или увеличения числа горизонтальных листов.

5. В разрезных сварных балках пролетом до 30м изменяют 1 раз, т.е. балку составляют из 3 элементов, средний из которых проектируют по моменту в середине пролета, а два крайних по моменту изменения сечения.

6. Непрерывное изменение ширины поясов, получаемое диагональным раскроем широкополосной стали кислородной резкой. Значительная экономия.

При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расст-и ≈ 1/6 пролета от опоры. Действующий в этом сечении момент м.б. найден графически по эпюре моментов или по формуле

В балках переменного сечения развитие пластических деформаций следует учитывать только в одном сечении с наиб. неблагоприятным сочетанием М и Q, в остальных сечениях развитие пластических деф-й не допускается.

Определив изгибающий момент М₁ можно найти требуемый момент сопротивления сечения балки исходя из упругой работы и подобрать новое сечение поясов. Ширина поясов при этом д. отвечать след-м условиям: ;;

Возможен и другой подход. Задают ширину постоянного листа уменьшенного сечения и определяют изгибающий момент, кот. может воспринять сечение:

;

При М(х) = М₁ находят расстояние х от опоры, где изменяется сечение пояса. Стык различных сечений пояса может быть прямым и косым. Прямой шов удобнее, но он будет равнопрочен основному металлу в растянутом поясе только при обязательном выводе концов шва на подкладки и автоматической сварке или при ручной сварке с применением физических методов контроля.

Эпюры материалов

Металлические балки перекрытия – классификация, опорные части, способы соединения и сопряжения

Доброго времени суток, уважаемый читатель проекта SoproMats, с вами снова Игорь Захаров, инженер-конструктор металлоконструкций и постоянный автор сайта. В этой статье хочу поделиться информацией по металлическим балкам перекрытия, расскажу про классификацию этих элементов, о балочных клетках, опорных частях, способах соединения и сопряжения балок.

Классификация металлических балок перекрытия

Металлические балки перекрытия можно подразделить по следующим свойствам:

• статической схеме;
• типу поперечного сечения;
• способу сопряжения составляющих элементов.

По статической схеме подразделяются на следующие виды:

• разрезные;
• консольные;
• неразрезные.

В типовом строительстве наиболее популярны — разрезные, свободно опертые.

По методу формирования поперечного сечения эти конструкции можно разделить на прокатные и составные. Составные профили используются в случаях невозможности подбора сечения необходимых размеров из ассортимента предлагаемых сортовых профилей заводского изготовления. Составные формируют, в основном, в форме двутавра, доказавшего свою рациональность, конструктивность и минимальную затратность. В некоторых случаях, в целях исключения деформаций под действием крутящего момента применяют коробчатую форму сечения.

По способу крепления между собой отдельных составляющих, составные могут быть сварными или клепаными. Клепаные применяются под тяжелые динамические или вибрационные воздействия (например, в мостостроении).

МК на основе прокатных профилей получили наибольшее распространение при строительстве объектов различного назначения.

Балочные клетки

Совокупность несущих составляющих, образующих перекрытие, называется клеткой. Балочные клетки (далее по тексту — БК) могут быть: упрощенными, нормальными или сложными.

• В упрощенных, с пола нагрузка передается на настильные (НБ) и с них на ограждающие конструкции.
• В нормальных, нагрузка с НБ передается на главные балки (ГБ), а те, в свою очередь, передают нагрузку на стены или колонны.
• Схема усложненных, отличается от предыдущей, наличием в схеме, между НБ и ГБ, вспомогательных балок (ВБ).

Сопряжение отдельных деталей в одной БК может быть: «этажное»; «в одном уровне»; или «пониженным». Наиболее простым в исполнении является этажное расположение, но нецелесообразным, с точки зрения использования полезной высоты здания. Наиболее рациональным, с точки зрения экономии строительного объема здания, будет использование типов сопряжения «в одном уровне» либо «пониженного».

В качестве настила могут служить: стальные (плоские, рифленые, просечно-вытяжные) листы; сборные ЖБК, монолитные ЖБ плиты, а также деревянные настилы. Наибольшее практическое исполнение при возведении коммерческих зданий различного назначения у настила из монолитной железобетонной плиты. Такой вариант намного экономичнее, чем применение сборного железобетона как с точки зрения материальных затрат, так и с точки зрения экономии полезной высоты возводимого здания. В индивидуальном жилищном строительстве также широко применимо устройство деревянных перекрытий.

Опорные части

На эти области воздействуют большие сосредоточенные нагрузки. При существенных нагрузках как прокатные, так и составные детали обязательно укрепляют на опоре торцовым ребром. Этот способ укрепления опорной части имеет наибольшее практическое применение. Достоинством этого способа является четкая передача нагрузки через строганный торец опорного ребра. При расчете, особое внимание необходимо обратить на расчет ребер на смятие и крепление ребер к стенке, а опорных узлов в целом на устойчивость.

Способы соединения

Различают два вида стыков: заводские и монтажные (укрупнительные). Заводские — выполняются на заводе изготовителе МК, в случае когда длина товарного металлопроката меньше требуемой длины изготавливаемого элемента. Заводские стыки выполняют сварными. Монтажные (укрупнительные) — выполняются на месте монтажа МК путем скрепления между собой отправочных частей. В типовом строительстве самыми распространенными видами монтажных стыков являются сварной и на болтовом соединении.

Самые характерные виды стыков это: «встык» и «встык с усилением полок накладками».

При устройстве стыков как заводских, так и монтажных, необходимо учитывать, что стык можно располагать в местах, где действующий изгибающий момент (при полном использовании напряжений) не менее чем на 15% ниже максимального.

Сопряжения

Элементы БК на опорах соединяют между собой или с колонной, болтовыми соединениями используя болты грубой или нормальной точности с зазором. Важно, чтобы торец детали имел плотное опирание на опорную часть исключая, работу болтов на срез. По высоте соединения болты желательно располагать в нижней трети соединительной планки.

Крепление вспомогательных элементов к главным осуществляется посредством соединительной планки (накладки). В большинстве случаев соединительные планки крепятся к ГБ на сварное соединение в условиях завода-изготовителя МК, а ВБ крепятся к главной на месте монтажа через болтовое соединение. Кроме соединительных планок (накладок) при сопряжении вспомогательных и главных элементов может использоваться опорный столик, закрепленный на сварку к стенке ГБ в месте крепления вспомогательной.

Перекрытия по металлическим балкам

Чаще всего в практике используются два их вида. При возведении коммерческих объектов (промышленных, общественных и жилых) это монолитное железобетонное перекрытие металлическим балкам, а при строительстве объектов ИЖС и хозяйственных построек различного назначения это деревянное перекрытие металлическим балкам.

В целях экономии полезной высоты сооружений оба эти варианта выполняются по схемам сопряжения — «в одном уровне» или «пониженном».

Монолитное железобетонное — может выполняться с применением съемной и несъемной опалубки.

В настоящее время существует множество вариантов по выбору материалов для устройства опалубки — от использования в ее качестве досок и фанеры до установки инвентарной, которая состоит из нескольких составляющих: телескопических стоек, вилок универсальных, ригелей и щитов настила. При использовании инвентарной опалубки нижняя поверхность готовой плиты межэтажного перекрытия по металлическим балкам получается гладкой и ровной и потребует минимум отделки. При применении листовых материалов (фанеры, ОСП) нижняя поверхность будет менее гладкой – остается отпечаток текстуры настила опалубки. При применении досок – поверхность потребует оштукатуривания.

В качестве несъемной опалубки, в большинстве случаев используют кровельный профлист. В зависимости от шага настильных конструкций выбирают высоту волны профилированного листа. При применении несъемной технологии посредством профилированного листа, существенно снижается расход бетонной смеси на устройство конструкции с требуемой несущей способностью. При использовании профилированного листа в качестве несъемной опалубки, несущая способность залитого настила повышается за счет несущей способности самого листа и образовавшихся в результате заливки ребер жесткости.

Деревянное. В ИЖС, при незначительных пролетах используют упрощенную схему, то есть металлические составляющие опираются напрямую на стены помещения (в редком случае колонны). В качестве материала, чаще всего используется профиль двутаврового сечения. Высота профиля принимается в зависимости от пролета. По нижним полкам элементов БК укладывается черный пол с устройством по нему пароизоляции и слоя теплозвукоизоляции. По верхним полкам, перпендикулярно их направлению, укладываются лаги, а по ним чистый пол.