Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток
Скачати 0.64 Mb.
|
|
ГЛАВА 5. КОНСТРУКЦІЇ БАЛКОВИХ КЛІТОК 5.1. Загальна характеристика балок і балкових кліток Балками називають елементи, довжина яких значно перевищує розміри перерізу, що працюють на поперечний згин та мають суцільний переріз. Це одні з найпоширеніших конструкцій, які використовують як несучі елементи в перекриттях і покрівлях будівель та споруд, робочих майданчиків, естакад, галерей, у мостах тощо. Балки застосовують як при малих (наприклад, прогони легких покрівель), так і значних навантаженнях (балки мостів, підкранові балки тощо). Найраціональнішими є балки довжиною до 20 м, хоча при інтенсивних навантаженнях ділянка раціональних прольотів збільшується. Так, з успіхом експлуатуються балкові мости з прольотами до кількох сотень метрів. За статичною схемою балки поділяють на однопролітні розрізні, консольні та нерозрізні багатопролітні (рис. 5.1). За витратою металу ефективнішими є нерозрізні та консольні балки. Але трудомісткість їх виготовлення та монтажу вища, ніж однопролітних. Найчастіше проектують металеві балки двотаврового перерізу (рис. 5.2). Такий переріз економічний щодо витрати металу і зручний у конструюванні. Застосування двостінних балок виправдано лише при наявності значних крутних моментів. Легкі балки часто виготовляють зі швелерів (наприклад, прогони). Економічними є й балки з перфорованою стінкою, які виготовляють шляхом розрізування прокатних двотаврів по ламаній лінії з подальшим зварюванням виступних частин. Залежно від прольоту і навантаження балки виготовляють: з прокатних, пресованих та гнутих профілів (рис. 5.2, а, б, в) і складеного перерізу (рис. 5.2, г, д). Проектуючи конструкції, необхідно пам'ятати, що балки складеного перерізу дорожчі й трудомісткіші, їх використання обгрунтоване лише тоді, коли прокатні чи гнуті профілі не задовольняють вимоги міцності, жорсткості, стійкості тощо. Серед балок складених перерізів більш економічними є балки, в яких елементи перерізу з'єднані зварюванням. Трудомісткість виготовлення клепаних балок вища приблизно на 20 %, а металомісткість – на 15 %. Застосування клепаних балок доцільне при значних змінних та динамічних навантаженнях, оскільки вони краще витримують дію таких навантажень. З метою економії рекомендується використовувати у найбільш напружених ділянках поясів сталі підвищеної міцності, виконуючи всі інші частини з менш міцної вуглецевої сталі (так звані бісталеві балки). Знаходять застосування і попередньо напружені металеві балки, які внаслідок внутрішнього перерозподілу зусиль і використання високоміцних сталей мають зменшену металомісткість і вищу жорсткість.  Рис. 5.1 - Найпоширеніші статичні схеми балок: а – однопролітна розрізна; б — консольна; в – багатопролітна нерозрізна Рис. 5.2 - Приклади найпоширеніших перерізів балок: а – прокатних; б – гнутих; в – пресованих; г – з перфорованою стінкою; д – складеного перерізу; 1 – лінія розрізу; 2 – стиковий шов; 3 – точкове зварювання; 4 – болти або заклепки Балки використовують як у вигляді окремих несучих конструкцій (наприклад, підкранові шляхи), так і у вигляді системи перехресних балок (так званих балкових кліток). Поверх балкових кліток влаштовують настил. Розглянемо найбільш поширені типи балкових кліток. Спрощений (рис. 5.3, а) – складається з балок лише одного напрямку, які найчастіше спираються на несучі стіни. Тут корисне навантаження сприймається настилом, передається на балки і далі на стіни. Нормальний тип (рис. 5.3, б) містить дві системи балок: головні балки та балки настилу, що спираються на головні. Корисне навантаження настилом передається на балки настилу, які, в свою чергу, передають його на головні, а ті — на опори. Ускладнений тип (рис. 5.3, в) крім головних балок і балок настилу містить ще й допоміжні. Ланцюжок передачі навантаження такий: настил – балки настилу – допоміжні балки – головні балки – конструкції опор (наприклад, колони).
ше при розрідженій сітці колон і значних навантаженнях. Це найбільш конструктивно складний і трудомісткий тип балкової клітки. Можливі два типи з'єднань балок у системі балкової клітки: спирання зверху (поверхове розміщення балок) – другорядні балки встановлюють на верхній пояс головних. З'єднання найбільш зручне як під час виготовлення конструкцій, так і їх монтажу, але потребує великої конструктивної висоти перекриття (рис. 5.4, а); приєднання збоку — другорядні балки приєднують до основних збоку через ребра жорсткості чи опорні столики (рис. 5.4, б, в, г). Застосовується при обмеженій висоті перекриття.  Рис. 5.4 - Типи спряжень балок: спирання зверху (а), збоку: підвищене (б), на одному рівні (в), знижене (г) 5.2. Настили Основним типом настилів є монолітний і збірний залізобетон. Дерев'яні настили використовують обмежено через малу довговічність. Сталеві настили зумовлюють збільшення витрат металу і тому допускаються лише при належному техніко-економічному обгрунтуванні. Найчастіше їх використовують у металургійній та хімічній промисловостях, для яких характерні підвищена температура і агресивність середовища. Розглянемо лише сталеві настили. Інші вивчають у відповідних курсах. Для настилів найчастіше використовують сталеві листи завтовшки 6...14 мм. При товщинах 6... 10 мм використовують листи з рифами на поверхні (рифлені, ромбічні або чечевичні), а при більших – гладкі. Поверх гладкого сталевого настилу обов'язково влаштовують нековзку підлогу. Настили майданчиків, розміщених у приміщеннях вибухово небезпечних підприємств,, доцільно виконувати наскрізними та з матеріалів, що не дають іскор. При невеликих навантаженнях (3...7 КПа) і прольотах (500...1400 мм) використовують просічно-витяжну сталь. У ряді випадків, коли це зумовлено технологічними вимогами (наприклад, поблизу обладнання та комунікацій), настил роблять знімним. Товщину плоских настилів обчислюють залежно від навантаження, відносних граничних прогинів  (де  прогин, а  проліт настилу) та статичної схеми.У незнімних конструкціях настили приварюють до балки. Під навантаженням у них виникають напруження як від згину, так і від розтягу (рис. 5.5). При співвідношенні  50 (де  товщина настилу) настил жорсткий і напруження від розтягу незначні. Навпаки, при  300 настил гнучкий і незначним є напруження від згину. У будівництві найчастіше використовують настили зі співвідношенням  , коли напруження від розтягу і згину співмірні. У цьому випадку для обчислення потрібної товщини настилу чи найбільшого його прольоту можна скористатися рівнянням Тимошенка-Телояна: , (5.1)де  відношення прольоту настилу до граничного значення його прогину;  нормативне навантаження;  коефіцієнт Пуассона (для сталі  = 0,3).У графічній формі рівняння (5.1) подано на рис. 5.5, г. Горизонтальну опорну реакцію, на дію якої необхідно розрахувати шви кріплення настилу до балок, обчислюють за формулою  . (5.2)^ Найпоширенішими і найекономічнішими типами профілів балок є прокатні двотаври та швелери, гнуті швелери та пресовані профілі, близькі за формою до двотаврів чи швелерів. В умовах плоского згину ефективніші двотаврові та подібні до них профілі. Швелери асиметричні, а тому їх згин супроводжується скручуванням, водночас вони краще працюють на косий згин. Окрім цього, відносно ширша, ніж у двотаврів поличка створює певні конструктивні зручності при спиранні на них настилів. ^ Згідно з чинним сортаментом у профілів, які використовують для балок, місцева стійкість елементів перерізу найчастіше забезпечена. Винятком є лише гнуті профілі. Загальна стійкість балки забезпечується настилом, що спирається і кріпиться до неї по всій довжині. Тому добір перерізу виконують, використовуючи рівняння міцності (3.26). Обчисливши найбільший згинальний момент у балці  та призначивши марку матеріалу і його розрахунковий опір  , визначають потрібний момент опору: . (5.3)Далі, згідно з сортаментом, встановлюють найближчий номер профілю, момент опору якого не менший за потрібний. Визначивши розміри профілю, перевіряють міцність стінки на зріз від дії найбільшої поперечної сили   (5.4)де S та І – відповідно статичний момент половини перерізу та момент інерції всього перерізу відносно центральної осі, перпендикулярної до площини згину;  товщина стінки на рівні центра ваги перерізу. Коли умова міцності (5.4) не задовольняється, необхідно збільшити номер профілю і повторити перевірку.Для допоміжних балок в ускладненому типі балкової клітки необхідно виконати перевірку міцності стінки у місці прикладення зосередженої сили (найчастіше опорної реакції балки настилу):  (5.5)де  сума опорних реакцій балок настилу чи інших конструкцій, що спираються у даному місці на допоміжну балку;  розрахункова довжина, на якій розподіляється місцевий тиск (рис. 5.6);  ширина опори конструкції, спертої на допоміжну балку;  товщина полички допоміжної балки, обчислена у місці її з'єднання зі стінкою (рис. 5.6).Стінка балки у місці з'єднання з поличкою повинна мати достатню міцність щодо дії зведених напружень:  , (5.6)
но-пластичній стадії, трансформувавши (5.3) згідно з рекомендаціями, запропонованими у 3.8.2 і рівнянні (3.33):  (5.9)Тим самим зменшується витрата сталі. Але всі подальші перевірки, а також додаткові умови, викладені у 3.8.2, повинні задовольнятися. Добираючи переріз, треба пам'ятати, що робота у пружно-пластичній стадії можлива лише для балок зі сталей, які мають межу текучості до 580 МПа. Прокатні та пресовані перерізи здебільшого мають таку форму, що місцева стійкість окремих їх елементів (стінки, поличок) забезпечена. Для гнутих профілів необхідно перевіряти місцеву стійкість стінки та стиснутої полички, про що йтиметься нижче. ^
^ Проектуючи будь-яку конструкцію, у тому числі й балку, крім вимог достатньої несучої здатності та жорсткості необхідно задовольняти також вимогу щонайменшої її матеріаломісткості. Розглянемо, як змінюватиметься металомісткість балки зі зміною її висоти  .Загалом витрати металу на балку  дорівнюватимуть сумі витрат на стінку  та полички  : = + , (5.10)де , , – маси, що відповідають 1 м довжини балки.Масу поличок можна обчислити у такій послідовності. Згинальний момент М сприймається одночасно поличками і стінкою, тобто на полички припадає деяка його частина с:  . (5.11)Замінимо згинальний момент  парою сил  , прикладених на рівні центрів поличок. Звідси зусилля в поличках становлять , (5.12)де – плече прикладення сил , що зрівноважують згинальний момент , наближено рівне висоті перерізу (фактичне плече дорівнює  , але через незначну товщину полички порівняно з висотою нею можна нехтувати). Звідси площа кожної з поличок (5.13)та їхня спільна маса  , (5.14)де  густина металу;  конструктивний коефіцієнт, який враховує вплив на загальну масу поличок наявних стиків, накладок, змін перерізу тощо.Підставивши у (5.14) рівняння (5.11)-(5.13), остаточно отримуємо:  . (5.15)Отже, зі збільшенням висоти перерізу маса поличок зменшується (рис. 5.7). Характер зміни не є лінійним, оскільки від зміни висоти залежить розподіл згинального моменту між стінкою і поличками. Коефіцієнт  також дещо коливається.Аналогічно витрата металу на стінку:  , (5.16)де  площа стінки;  конструктивний коефіцієнт, що відповідає за змістом .Окрім цього,  враховує додаткову витрату металу на ребра жорсткості.Приймаючи з невеликою похибкою  і підставляючи у (5.16), отримаємо . (5.17)Таким чином, зі збільшенням висоти перерізу маса стінки зростає (див. рис. 5.7). На підставі (5.10), (5.15) та (5.17) можемо записати:   . (5.18)Загальний вигляд графіка (5.18) також зображений на рис. 5.7. Шукаючи  як мінімум функції (5.18), прирівнюємо її похідну по нулеві: (5.19)або   . (5.20)
де  оптимальна висота;  статичний момент опору перерізу балки;  загальний конструктивний коефіцієнт, який враховує описані вище параметри і має такі значення: Таблиця 5.1
З існуючого досвіду проектування товщину стінки (мм) можна приймати:  , (5.23)де в першому наближенні  ; проліт балки.Момент опору перерізу  , необхідний для забезпечення несучої здатності балки, знаходять за умовою міцності щодо нормальних напружень: (5.24)При цьому попередньо обчислюють найбільше значення згинального моменту , призначають матеріал конструкцій і його розрахунковий опір та значення коефіцієнта умов роботи  .Висота перерізу балки найвигідніша з огляду на витрати матеріалу. Як зменшення, так і збільшення висоти проти призводить до перевитрат металу. На підставі рис. 5.7 можна зазначити, що в оптимально запроектованій балці маси двох поличок та стінки з деталями, що їм відповідають, повинні бути однаковими чи близькими. Окрім цього, функція (5.19) поблизу свого мінімуму змінюється повільно. Це дає змогу компонувати переріз відповідно до сортаменту на листову сталь, уникаючи її поздовжнього різання та пов'язаних з цим додаткових витрат. Переважно відхилення висоти балки від Не{ не повинні перевищувати 10...15 %, інакше відчутним стає зростання витрат сталі. |
нормальні напруження у місці з'єднання; 
середні дотичні напруження у стінці; 
розрахункова висота стінки; 
висота перерізу балки.
(5.7)
:
(5.8)
. (5.21)
, 
отримаємо
(5.22)Схожі:
 | План захисту дисертаційних робіт на жовтень 2011 року ... | | План захисту дисертаційних робіт на жовтень 2011 року ... |
| Тема нематеріальні активи підприємства Право власності на винахід. Право власності на винахід упевняється патентом. Об'єктом винаходу може бути: продукт (пристрій, речовина,... | | Зміст: вступ розділ I. Поняття та загальна характеристика економічних злочинів в україні Загальна характеристика злочинних технологій збагачення з використанням легальних форм господарської діяльності |
| «Будівельні конструкції (металеві конструкції)» та «Будівельні конструкції» Будівельні конструкції (металеві конструкції)» та «Будівельні конструкції» (для студентів 3 курсу денної форми навчання за напрями... | | Календарний план лекцій з психіатрії та наркології для студентів 4 курсу мед фак. №1,2 за спеціальністю «Лікувальна справа» на весняний семестр 2010-2011навчального року Емоційний стрес І психічна травма. Загальна характеристика психогеннних розладів та їх класифікація. Загальна характеристика невротичних... |
| Документ про охорону Територія: загальна характеристика (розмір, форма, рельєф, оточеня І т д.); композиційна характеристика, функціонально-декоративні... | | Картка пам ’ ятки архітектури Територія: загальна характеристика (розмір, форма, рельєф, оточеня І т д.); композиційна характеристика, функціонально-декоративні... |
| Ргр з курсу "Будівельні конструкції (металеві конструкції)" Ргр з курсу "Будівельні конструкції (металеві конструкції)" (для студентів 3 курсу денної, 4 курсу заочної форми навчання та для... | | Макроекономіка ● Мікроекономіка ● Бухгалтерський облік Види господарського обліку І їх характеристика. Предмет бухгалтерського обліку та головні його об’єкти. Загальна характеристика методу... |