Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток icon

Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток




НазваКонструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток
Сторінка1/6
Дата20.06.2012
Розмір0.64 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5   6

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).



Рис. 5.3 - Типи балкових кліток: а –

спрощений; б – нормальний; в –

ускладнений; 1 — настил; 2 — балки настилу; 3 – головні балки; 4 – допоміжні балки

Найпоширенішим і найдешевшим є спрощений тип балкової клітки. Його застосування доцільне при малих прольотах, коли балки можуть бути виконані з прокатних, гнутих чи пресованих про­філів. Крок балок зумовлений конструктивним рішенням настилу.

Широко використовують і нормальний тип балкових кліток. Головні балки, як правило, ма­ють складені перерізи, а балки настилу виготовляють з прокатних, гнутих чи пресованих про­філів. Крок головних балок – 3...6 м, а балок настилу залежить від матеріалу настилу – 0,6...1,6 м при металевому і 2.0...3.5 м – при за­лізобетонному.

Ускладнений тип застосовують порівняно рід­ко, ли-

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)


^ 5.3. Прокатні, гнуті та пресовані балки


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.

^ 5.3.1. Визначення поперечного перерізу


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)



Рис. 5.5 - Розрахунок настилів:

а – розрахункова схема; б – епюра згинальних моментів;

в – конструкція кріплення настилу до балки;г – граничні навантаження на настил

де нормальні напруження у місці з'єднання; середні дотичні напруження у стінці; розрахункова ви­сота стінки; висота перерізу балки.

Якщо стиснений пояс балки недостатньо за­кріплений (наприклад, головні та допоміжні балки в ускладнених типах балкових кліток чи балки настилу при рухомому приєднанні настилу), пере­віряють загальну стійкість балки згідно з (3.40):

(5.7)

Для перевірки жорсткості необхідно обчислити прогин балки і порівняти його з граничним зна­ченням :

(5.8)

Якщо всі перевірки задовольняються, переріз вибрано правильно. Якщо ж ні, треба збільшити номер профілю і повторити розрахунок.

При значних запасах жорсткості (умова (5.8), особливо для нерозрізних балок), доцільно допус­тити роботу балки у пруж-

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.


^ 5.4. Балки складеного перерізу




Рис. 5.6 - Розрахункова схема для

обчислення місцевих напружень

Основні форми перерізу таких балок зображені на рис. 5.2. Вони складаються з поличок (поясів) та стінки, з'єднаних між собою в єдиний переріз. Як зазначалося, найпоширенішою є двотаврова форма перерізу, утворена з трьох листів шляхом зварювання.

Добираючи переріз такої балки, у першу чергу визначають її висоту, яка повинна задовольняти вимоги якнайменшої матеріаломісткості конст­рукції, достатньої жорсткості та не перевищувати габарити, передбачені архітектурно-конструктив­ними рішеннями будівлі.




^ 5.4.1. Оптимальна висота перерізу


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)



Рис. 5.7 - Характер зміни металомісткості балки

та окремих її частин (стінки і полички )

залежно від висоти

Звідси . (5.21)

Підставляючи

, отримаємо

(5.22)

де оптимальна висота; статичний момент опору перерізу балки; загальний конструктивний коефіцієнт, який враховує опи­сані вище параметри і має такі значення:

Таблиця 5.1

Конструкція балки

Постійний переріз полички

Змінний переріз

полички

На зварюванні

На заклепках

1,1

1,25

1,0

1,0

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.

  1   2   3   4   5   6

Схожі:

Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconПлан захисту дисертаційних робіт на жовтень 2011 року
...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconПлан захисту дисертаційних робіт на жовтень 2011 року
...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconТема нематеріальні активи підприємства
Право власності на винахід. Право власності на винахід упевняється патентом. Об'єктом винаходу може бути: продукт (пристрій, речовина,...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconЗміст: вступ розділ I. Поняття та загальна характеристика економічних злочинів в україні
Загальна характеристика злочинних технологій збагачення з використанням легальних форм господарської діяльності
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток icon«Будівельні конструкції (металеві конструкції)» та «Будівельні конструкції»
Будівельні конструкції (металеві конструкції)» та «Будівельні конструкції» (для студентів 3 курсу денної форми навчання за напрями...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconКалендарний 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...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconДокумент про охорону
Територія: загальна характеристика (розмір, форма, рельєф, оточеня І т д.); композиційна характеристика, функціонально-декоративні...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconКартка пам ’ ятки архітектури
Територія: загальна характеристика (розмір, форма, рельєф, оточеня І т д.); композиційна характеристика, функціонально-декоративні...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconРгр 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...
Конструкції балкових кліток загальна характеристика балок І балкових кліток iconМакроекономіка ● Мікроекономіка ● Бухгалтерський облік
Види господарського обліку І їх характеристика. Предмет бухгалтерського обліку та головні його об’єкти. Загальна характеристика методу...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи