Балки и балочные системы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Балочная клетка представляет собой систему несущих балок одного или нескольких направлений, предназначенных для восприятия нагрузок и передачи их на колонны или стены. Балочные клетки применяют в рабочих площадках, покрытиях и перекрытиях зданий, в пролетных строениях мостов, в затворах гидротехнических сооружений и т.д. На балочную клетку укладывается стальной или железобетонный несущий настил.

1. Общие сведения

По схеме компоновки в плане различают три типа балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный (рис. 1). Упрощенный тип (рис. 1, а) основан на использовании балок одного направления, располагаемых обычно параллельно меньшей стороне перекрытия и передающих нагрузку на колонны или стены. Нормальный тип балочной клетки (рис. 1, б) состоит из главных балок и балок настила, по которым укладывается настил. В усложненном типе (рис. 1, в) имеются три вида балок — главные, вспомогательные, воспринимающие нагрузку от балок настила, и балки настила. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинным путем.

Упрощенный тип балочной клетки рекомендуется применять при мощных настилах, перекрывающих большие расстояния, или при малых пролетах, так как частое размещение длинных балок нерационально и утяжеляет конструкцию. Усложненный тип целесообразно использовать, когда необходимо перекрывать сравнительно большие пролеты, а число внутренних колонн свести к минимуму. Нормальный тип является наиболее распространенным типом балочной клетки.

В балочных клетках главные балки проектируют, как правило, составными, а вспомогательные балки и балки настила — прокатными. Главные балки опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний между ними. Балки настила устанавливают с шагом 0,6…1,6 м при стальном настиле и с шагом 2,0…3,5 м при железобетонном настиле. Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2…5 м, и оно, как правило, принимается кратным пролету главной балки.

Выбор типа балочной клетки связан с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Возможны три варианта сопряжения балок в балочной клетке (рис.2): этажное, в одном уровне верхних поясов и пониженное. Конструкция этажного сопряжения (рис. 2, а) наиболее проста и удобна с точки зрения монтажа, но ведет к увеличению строительной высоты. Сопряжение в одном уровне (рис. 2, б) и пониженное (рис. 2, в) рекомендуется применять в случае ограничения строительной высоты покрытия или перекрытия: первое — в нормальном типе балочной клетки, второе — только в усложненном типе.

Тип балочной клетки выбирают в зависимости от ее назначения, габаритных размеров, типа настила, схемы расположения нагрузок и их величин, а также исходя из наименьших затрат металла и труда на изготовление и монтаж конструкций.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

В настоящей работе изложены основные положения по расчету и конструированию металлических балочных клеток нормального типа для одноэтажной рабочей площадки со стальным плоским настилом.

При проектировании балочных клеток нормального типа решаются следующие вопросы:

. Разработка схемы балочной клетки;

. Расчет стального настила;

. Расчет балки настила;

.Расчет главной балки;

. Расчет узлов сопряжений конструкций;

. Расчет центрально сжатой колонны (стержень, оголовок, база);

Нужна помощь в написании реферата?

. Разработка рабочих чертежей.

Проектируемая балочная клетка нормального типа включает два вида пересекающихся несущих балок — главные балки и балки настила, на которые опирается плоский стальной настил. Постоянные и временные нагрузки в балочной клетке нормального типа передаются с настила на балки настила, которые в свою очередь передают их на главные балки, опирающиеся на колонны.

На основании задания на проектирование в пояснительной записке, входящей в состав проектной документации, вычерчивается схема расположения элементов балочной клетки с указанием основных размеров, осей, маркировки элементов и грузовых площадей на рассчитываемые элементы (настил, балка настила, главная балка, колонна).

Учитывая значительные пролеты главных балок, составляющие, как правило, 9…12 м и более, их проектируют при необходимости с членением на отправочные элементы, по возможности одинаковые, удовлетворяющие требованиям транспортировки и монтажа наиболее распространенными средствами. На монтаже отправочные элементы объединяют в единую конструкцию устройством монтажного стыка, выполняемого сваркой или на высокопрочных болтах с накладками.

Если монтажные стыки расположены посередине пролета главных балок, то при разработке схемы балочной клетки балки настила располагают симметрично относительно этой середины. Для упрощения монтажных стыков, а также узлов сопряжения балок настила с главными балками, необходимо среднюю часть пролета главной балки оставлять свободной, т.е. балка настила не должна приходиться на монтажный стык главной балки. Сопряжение балок настила с главными балками рекомендуется принимать в одном уровне верхних поясов.

. Нормальный тип балочной клетки

Главные балки проектируют, как правило, составными, а вспомогательные балки и балки настила — прокатными. Главные балки ориентируют вдоль большей стороны ячейки (часть балочной клетки в пределах четырех соседних колонн), размер которой является пролетом главных балок L. Расстояние между колоннами в перпендикулярном направлении представляет собой шаг балок B. Расстояние между балками настила и вспомогательными балками (шаг балок а и b соответственно) назначают, исходя из условия полного использования несущей способности настила и балок. Шаг балок настила принимают в пределах0,6…1,6 м при стальном и2…3,5 м при железобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками назначают2…5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. Устанавливая шаг балок, необходимо соблюдать условие: ни одна из балок не должна опираться на главную в месте ее монтажного (укрупнительного) стыка. При выборе шага балок настила можно ориентироваться на данные табл. 1.

Нужна помощь в написании реферата?

Возможно смещение вспомогательных балок, так же как и балок настила (рис. 1) с осей колонн на половину их шага. Размеры балочной клетки в плане и по высоте (отметка верха настила (ОВН) и отметка низа конструкций (ОНК)) увязывают с требованиями технологической части проекта. Если такие требования отсутствуют, то все размеры, в том числе и строительную высоту, назначают из экономических соображений. Строительная высота перекрытия (покрытия) Hстр включает высоту главных балок, балок настила (при их этажном сопряжении с главными балками(рис. 3, а)), толщину рабочего настила, толщину пола.

Рациональность выбора типа балочной конструкции зависит от принятого способа сопряжения главных и вспомогательных балок. Возможны три варианта сопряжений балок: этажное, в одном уровне и пониженное (рис. 3).

Конструкция этажного сопряжения (рис. 3, а) наиболее проста, но ведет к увеличению строительной высоты. Применять такое сопряжение следует во всех случаях, когда позволяет строительная высота покрытия (перекрытия) площадки. Сопряжение в одном уровне (рис. 3, б) и пониженное (рис. 3, в) рекомендуется применять в случае ограничения строительной высоты покрытия (перекрытия): первое — в нормальном типе балочной клетки, второе — только в усложненном типе балочной клетки.Таким образом, выбор рационального типа балочной клетки, типа сопряжения балок зависит от многих факторов, и целесообразность выбора для заданных условий может быть установлена только сравнением вариантов конструктивного решения.

) Металлические конструкции: Учебник для строит. вузов. Т. 1: Элементы конструкций/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. М.: Высшая школа, 2004. 551 с.

) Конструктивные решения стальных балочных клеток: Метод. указ. / Сост. О.В. Умнова. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2000. 43 с.

) СНиП-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 96 с.

) СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 36 с.

Нужна помощь в написании реферата?

) СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия(Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения) / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. 8 с.Абашева, Л.П.

)Расчет стальных балочных клеток: учеб. пособие / Л.П. Абашева, М.Н. Кочепанова. — Пермь: Изд-во перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. — … с.

Типы балок и способы их применения. Примеры наиболее часто применяемых сечений, особенности компоновки балочных конструкций. Настилы балочных клеток. Разновидности прокатных балок. Компоновка и подбор сечения составных балок, методика расчета прочности.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	21.04.2010
Размер файла	2,6 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Балки и балочные конструкции

Балками называются конструкции сплошного сечения, длина которых значительно превышает размеры сечения. Балки работают на изгиб. Их применяют в конструкциях зданий, мостах, эстакадах и др. Наиболее рациональным является принимать сплошные балки при пролетах до 20 м.

1. Типы балок

Основное сечение балок является двутавровое симметричное. В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные и составные - сварные, болтовые и клепанные.

Рис.1. Примеры наиболее часто применяемых сечений балок

Составные балки более трудоемки в изготовлении, чем прокатные. Их используют в том случае, если прокатные или гнутые профили не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, устойчивости.

По статической схеме различают балки однопролетные и неразрезные.

Рис. 2. Статические схемы балок

2. Компоновка балочных конструкций

Балки используют в виде отдельных несущих конструкций, или в виде перекрестных балок.

Рис. 3 Типы балочных клеток

Система несущих балок называется балочной клеткой. Балочные клетки подразделяются на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный. Упрощенный тип применяется при малых пролетах. В этом случае рационально использование прокатных балок. Шаг балок определяется конструктивным решением настила. При нормальном типе балочной клетки главные балки, как правило, составного сечения, а балки настила - прокатные или гнутые. Усложненный тип балочной клетки применяется при больших нагрузках и расстояниях между колоннами. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное. При этажном сопряжении вспомогательные балки устанавливаются на верхний пояс главных. Такое сопряжение удобно при монтаже и изготовлении, но увеличивает высоту перекрытия. При сопряжении в уровне вспомогательные балки крепятся к главным сбоку. 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 2 - 5 м.

Рис.4 Типы сопряжений балок

3. Настилы балочных клеток

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит.

Полезная нагрузка на настил перекрытий задается равномерно распределенной интенсивностью до 40 кН/м 2 , предельный относительный прогиб не более [f/l] 2 ,

10 - 12 мм при нагрузке до 30 кН/м 2 ,

12-14 мм при нагрузке до 40 кН/м 2 .

При приварке настила в нем возникают растягивающие усилия и опорный момент. При расчете принимается опирание настила шарнирно неподвижным.

Рис. 5. Расчетная схема настила, эпюра моментов, конструкция крепления настила к балке

При нагрузке до 50 кН/м 2 и предельном относительном прогибе не более 1/150 прочность настила всегда будет обеспечена и его надо рассчитывать на прогиб. Под нагрузкой в настиле возникают напряжения как от изгиба, так и от растяжения. При отношении l/t 300 настил гибкий и незначительные напряжения от изгиба. В строительстве чаще всего применяются настилы 50 W_min_.

Определив размер профиля, проверяют прочность стенки на срез от действия наибольшей продольной силы

где S , I -соответственно статический момент полусечения и момент инерции всего сечения относительно нейтральной оси; - толщина стенки.

Если условие не выполняется, необходимо увеличить номер профиля и повторить проверку. Для вспомогательных балок в усложненном типе балочной клетки необходимо выполнить проверку прочности стенки в месте приложения сосредоточенной силы

где F - сумма опорных реакций балок настила, - расчетная длина, на которую распределяется местные напряжения.

Стенка балки в месте соединения с полкой должна иметь достаточную прочность для восприятия приведенных напряжений

где - средние касательные напряжения в стенке.

Если сжатый пояс балки недостаточно закреплен, проверяют общую устойчивость балки по формуле:

где W_c - следует определять для сжатого пояса; _b - коэффициент, определяемый по приложению 7 СНиП. При этом за расчетную длину балки l_ef следует принимать расстояние между точками закреплений сжатого пояса от поперечных смещений (узлами продольных и поперечных связей и др.)

Общую устойчивость балок проверять не следует, если:

а) нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный (плиты железобетонные из тяжелого, легкого и ячеистого бетона, плоский и профилированный металлический настил, волнистую сталь и др.

б) при отношении расчетной длины балки l_ef к ширине сжатого пояса b_f, не превышающем значений, определяемых по табл. 8 СНиП.

Для проверки жесткости необходимо вычислить прогиб балки и сравнить его с предельным прогибом

Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, прогиб определяется по формуле

При больших запасах жесткости для неразрезных балок рекомендуется допускать работу балки в упруго- пластической стадии, тогда

Тем самым, уменьшается расход стали.

5. Составные балки

Балки составного сечения применяются в случаях, когда прокатные балки не удовлетворяют условиям прочности, жесткости и общей устойчивости.

Они состоят из полки и стенки, соединенных между собой в единое сечение.

Наиболее распространенное сечение - двутавровое.

5.1 Компоновка и подбор сечения составных балок

Компоновку сечения балки начинают с определения ее высоты.

Высота балки определяется экономическими соображениями, максимально допустимым прогибом и необходимой строительной высотой конструкции перекрытия.

Оптимальная высота балки

Проектируя сечение конструкции необходимо удовлетворить требования наименьшей материалоемкости.

Расход металла на балку G равняется сумме затрат на стенку G_w и полки G_f

Массу полок можно определить в такой последовательности:

Если М - изгибающий момент, воспринимаемый балкой, то М_F - момент, воспринимаемый полками.

М_F = c M (5.2)

Заменим М_F парой сил N_f, приложенных на уровне центров полок.

Тогда площадь каждой полки

где - конструктивный коэффициент, который учитывает влияние на массу полок стыков, накладок, изменения сечения.

Подставляя в уравнение (5.5) уравнения (5.1) - (5. 3) окончательно получаем

Аналогично расход металла на стенку

Обобщаем все формулы

Определяя h_w как минимум функции массы, принимаем ее производную по h равной 0.

Подставляя , , h=h_w, получаем

где k - общий конструктивный коэффициент, который зависит от конструкции балки.

Читайте также: