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 сочетанием Q 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 при и 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