Расчет настила и прокатных балок балочной клетки

Расчет настила заключается в правильном назначении его толщины и выборе оптимального (наибольшего унифицированного) пролета (или шага балок, на которые он опирается, – балок настила).

Из прокатных профилей (как правило двутавров) в курсовой работе подбираются балки настила и вспомогательные балки (поддерживающие балки настила). Их расчет заключается в определении номера профиля, обеспечивающего прочность и жесткость балок.

Расчет стального настила

При полезной нагрузке на настил не более 50 кПа (50 кН/м²) его толщина t_n и пролет регламентируются обычно только жесткостью. При этом толщина обычно назначается в зависимости от величины полезной нагрузки p_o (см. табл. 1).

Таблица 1. Рекомендуемые толщины стального настила

Полезная нагрузка po , кПа	10	11…20	21…25	26…30	> 30
Толщина настила tn , мм	6…8	8…10	10…12	12…14	14…16

Для стального настила используется рифленая сталь по ГОСТ 8568-77* (толщиной 6, 8, 10 или 12 мм) или толстолистовая сталь по ГОСТ 19903-74* (толщиной от 6 мм через 2 мм до 16 мм).

Предельное отношение пролета настила к его толщине при p_o < 50 кПа и заданном отношении пролета настила к его допускаемому прогибу [n_o] (принимаемому по [9] или табл. 2) определяется по [1, 7, 10] или по формуле

,

где - нормативная нагрузка на настил, кПа , ;

- расход стали от настила, кг/м² (здесь t_n в см);

- коэффициент надежности по назначению (или уровню ответственности здания, в котором устраивается рабочая площадка), принимаемый по заданию;

0,01 – коэффициент перевода “кг” в “кН”;

Е – модуль продольной упругости стали, Е=20600 кН/см².

Требуемый пролет в свету (между балками настила) равен . (1)

Таблица 2.Отношение пролета настила к его вертикальному допускаемому прогибу (n_o) для конструкций балочной клетки рабочей площадки по [9]

Пролет настила или балки, м	≤ 1
no = ℓ/[f]

Примечание : Для промежуточных значений ℓ отношение n_o следует определять линейной интерполяцией.

Окончательное расстояние между балками настила принимается кратным длине вспомогательной балки (или шагу главных балок), т. е. величина должна укладываться целым числом раз на расстоянии между осями главных балок. При этом, если окончательный пролет настила получился более, чем , то необходимо уточнить его толщину по формуле (1), заменив в ней на .

Расчет балки настила

Оптимальный пролет балок настила (или шаг вспомогательных балок), м, определяется с учетом весовых и стоимостных показателей листового настила и прокатных вспомогательных балок и балок настила по [6] или по формуле

,

где - расчетное сопротивление материала балок настила и вспомогательных балок, кН/см²;

В – шаг главных балок в балочной клетке рабочей площадки, м.

С целью типизации конструкций шаг вспомогательных балок увязывается с длиной главной балки L= , т. е. должен укладываться на ней целым числом раз.

Примечание: При значительном размере плана рабочей площадки для удобства сопряжения балок разного типа между собой на промежуточных ячейках клетки (LxB) вспомогательные балки не размещаются на разбивочных осях, а смещаются с них на 0,5 шага названных балок (см. рис. 1).

Балки настила опираются на вспомогательные как правило шарнирно, поэтому их расчетная схема представляется однопролетной балкой с равномерно распределенной по всей ее длине нагрузкой (рис. 2).

Нормативная нагрузка на балку, кН/м,

,

где - коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса балки настила, , ℓ_n – пролет настила, м .

Рис. 2. Расчетная схема балки настила

Расчетная нагрузка на балку, кН/м,

,

где - коэффициент надежности по полезной нагрузке (он задается заданием на проектирование);

- коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса стальных конструкций, он принимается равным 1,05.

Для подбора сечения балки необходимы усилия:

- максимальный расчетный изгибающий момент, кН∙м, ;

- максимальный нормативный изгибающий момент, кН∙м,

;

- максимальное расчетное перерезывающее усилие (опорная реакция балки), кН, .

Требуемый (минимальный) из условия прочности момент сопротивления сечения балки настила, см³, при этом будет равен ,

где с – коэффициент, учитывающий частичное развитие в сечении балки пластических деформаций. Для конструкций зданий I уровня ответственности и выше (при ) с = 1, для других уровней (II и III) с = 1,08…1,12 (первое значение принимается для двутавров № 10 и 12 второе – для двутавров № 60 и более);

100 – коэффициент перевода “м” в “см”.

R_y – расчетное сопротивление материала балки, кН/см²;

- коэффициент условия работы балки, определяемый по [2]. В курсовом проекте он может быть принят равным 1.

Требуемый (минимальный) из условия жесткости момент инерции сечения балки, см⁴, равен , где n_o – определяется по табл. 2 для пролета , 10⁴ - коэффициент перевода “м∙м” в “см∙см”.

По требуемым величинам и из сортаментов на прокатные двутавры (обыкновенные - по ГОСТ 8239-89 и балочные или широкополочные - по ГОСТ 26020-83 или СТО АСЧМ 20-93) выбирается двутавр с минимальной погонной массой . В нашем случае он принимается за оптимальное сечение балки настила.