Каким может быть сопряжение металлических балок в балочной клетке
Обновлено: 02.05.2024
Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и других сооружениях. Широкое распространение балок определяется простотой конструкции, простотой изготовления и надежностью в работе.
Рационально применять сплошностенчатые балки в конструкциях небольших пролетов — до 15 —20 м. При увеличении нагрузки область рациональных пролетов возрастает, известны примеры применения сплошных подкрановых балок пролетом 36 м и более. Такие балки часто бывают двустенчатыми, т.е. имеют коробчатое сечение. В автодорожных и городских мостах пролеты сплошных балок достигают 200 м и более.
Основным типом сечения металлических балок является двутавровое симметричное. Мерой эффективности (по расходу материала), т.е. выгодности сечения балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию, р = W/A. Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное на рис. 7.1, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2,5 раза и круглого в 3,4 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового и коробчатого сечений, чему способствует хорошая работа металла на касательные напряжения, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.
Рис. 7.2 Сечения балок:
а — прокатных; б — тонкостенных гнутых; в — составных сварных; г — сварных с усилением на высокопрочных болтах
В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные или составные: сварные, болтовые или клепаные. Предпочтительны прокатные балки как менее трудоемкие, но ограниченность сортамента делает невозможным их применение при больших изгибающих моментах.
Применяются в строительстве и тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные и составные из алюминиевых сплавов, бистальные балки, т.е. балки, сваренные из двух марок стали, а также балки предварительно напряженные.
Чаще применяются балки однопролетные разрезные: они наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа. Однако по затрате металла они менее выгодны, чем неразрезные и консольные. Неразрезные балки благодаря наличию опорного момента, уменьшающего основные моменты в пролетах, более экономичны по затрате материала. Их большая чувствительность к изменениям температуры и осадкам опор, а также необходимость делать крайние пролеты меньше средних для сохранения постоянства сечения делают конструкции таких балок индивидуальными, немассовыми, а применение их — сравнительно редким.
Компоновка балочных конструкций
Типы балочных клеток
а — упрощенный; б — нормальный; в — усложненный; 1 — балки настила;
2— вспомогательные балки; 3— главные балки
При проектировании конструкции балочного перекрытия, рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой.
Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный.
В упрощенной балочной клетке (рис. а) нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок), и через них — на стены или другие несущие конструкции. Из-за небольшой несущей способности плоского настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах балок. При частом размещении длинных балок возникает противоречие между получаемой несущей способностью и требуемой жесткостью, что неэкономично. Поэтому в балочной клетке нормального типа (рис. б) нагрузка с настила передается на балки настила, которые, в свою очередь, передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции. Балки настила обычно принимают прокатными. В усложненной балочной клетке (см. рис. в) вводятся еще дополнительные вспомогательные балки, располагаемые под балками настила и опирающиеся на главные балки. В балочной клетке этого типа нагрузка передается на опоры наиболее длинным путем. Для уменьшения трудоемкости изготовления балочной клетки балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.
Сопряжения балок
а — поэтажное; б — в одном уровне; в — пониженное; hстр — высота перекрытия; h6 — высота балки; D— прогиб балки; 1 — балки настила; 2 — вспомогательные балки; 3 — главные балки; 4 — настил; 5 — железобетонные плиты
Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте, определяющим строительную высоту перекрытия (расстояние между верхом и низом перекрытия). Сопряжение балок может быть поэтажное, в одном уровне и пониженное.
При поэтажном сопряжении (рис. а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне (рис. б) верхние полки балок настила и главных 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.
Пониженное сопряжение (рис. в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладывают балки настила, а на них и на главные балки укладывают настил. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.
Размеры балочной клетки
Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т.е. полные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, высота помещения под перекрытием и отметка верха настила (разница между которыми с учетом прогиба главной балки определяет возможную строительную высоту перекрытия) обычно задаются технологами или архитекторами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.
Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний между ними.
Расстояние между балками настила а (см. рис. 7.3) определяется несущей способностью настила и обычно составляет 0,6—1,6 м при стальном и 2 — 3,5 м при железобетонном настиле. Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2 —5 м, оно должно быть кратно пролету главной балки и меньше ширины площадки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, они должны быть прокатными. Установив пролет главных балок и расстояние между балками настила, выбирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия. При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи усилий от нагрузки на опоры.
Таким образом, выбор рационального типа балочной клетки и типа сопряжении балок в ней зависит от многих факторов и целесообразность выбора для данных конкретных условий может быть установлена только сравнением возможных вариантов конструктивного решения.
Настилы балочных клеток
Рис. 7.5 Щитовой настил: Б — блок; Щ — щит
В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит. В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоящий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Щиты настила имеют размер до 3x12 м и укладываются на балки перекрытий. Такой настил является индустриальным и значительно ускоряет монтаж.
Конструкция щитового настила для тяжелых нагрузок состоит из системы продольных и поперечных ребер, образующих балочный ростверк с ячейками около 0,5x1,5 м, к которому сверху приварен листовой настил. Балки ростверка — ребра, поддерживающие настил, — часто делают из гнутых профилей, а приварка их к настилу делает возможным включать в их расчет полосу настила шириной в качестве верхнего пояса балки-ребра.
Сам листовой настил, опираясь на ребра, работает как пластина, опертая на четыре стороны и закрепленная по контуру.
Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распределенной, интенсивностью до 40 кН/м 2 , а предельный относительный прогиб принимают не более 1/150.
Балки и балочные конструкции
Простейшая конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним (рис. а).Расстояние между балками, поддерживающими настил, определяется его несущей способностью или жесткостью.
Наиболее выгодное решение по расходу материала получается при минимальной толщине настила, так как в двутавровых балках, работающих на изгиб, материал используется лучше, чем в настиле прямоугольного сечения. Однако увеличение числа балок при тонком настиле резко увеличивает трудоемкость монтажа перекрытия, что нежелательно.
Поэтому для настилов рекомендуется использовать листы толщиной 6 — 8 мм при нагрузке; 8—10 мм при ; 10—12 мм при; 12—14 мм при. Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой, что вызывает в нем растягивающие цепные усилия H, уменьшающие изгибающий момент и тем самым улучшающие работу настила в пролете (рис.б).
Опирание настила на параллельные балки позволяет считать, что он изгибается по цилиндрической поверхности. Для расчета такого настила мысленно вырежем из него полоску единичной ширины, закрепленную по концам неподвижными шарнирами (см. рис. б) и тогда ее прогиб под нагрузкой
где — - балочный прогиб в середине полоски от нормативной поперечной нагрузки q n ;
E1I— цилиндрическая изгибная жесткость полоски, когда поперечные деформации невозможны;υ — коэффициент Пуассона (для стали υ = 0,3);
H— сила растяжения полоски (распор);
х — расстояние от левой опоры до места определения прогиба;
l — пролет настила.
А.Л. Телоян получил уравнение для определения отношения наибольшего пролета настила к его толщине ( l / t ) из условия заданного предельного прогиба
отношение пролета настила к его предельному прогибу.
Цепное усилие H, на действие которого надо проверить поддерживающую настил конструкцию и сварные швы, прикрепляющие настил к балкам, можно определить по приближенной формуле
Прокатные балки
В качестве прокатных балок, работающих на изгиб, обычно применяются двутавры по ГОСТ 8239 — 89, нормальные двутавры по ГОСТ 26020 — 83 типа Б, широкополочные двутавры типа Ш, и для прокатных прогонов скатных кровель — швеллеры по ГОСТ 8240 — 89. Разнообразие прокатываемого сортамента достаточно велико, и прокатные балки широко используются в конструкциях, где требуется момент сопротивления W 13000 см 3 .
Прокатные балки из условий проката получаются достаточно «толстостенными», что обеспечивает лучшую устойчивость их поясов и стенки, так как их критические напряжения потери местной устойчивости получаются всегда больше предела текучести материала. Толстостенность балок позволяет также получать некоторый эффект за счет использования упругопластической работы их материала.
Подбор сечения и поверка несущей способности прокатных балок
У металлических балок основным типом является двутавровое симметричное сечение. Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию ρ=W/A. Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового сечения, чему способствует хорошая работа металла на касательные напряжения, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.
Чаще применяются балки однопролетные, разрезные, которые наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа.
Расчет на прочность прокатных балок, изгибаемых в одной из главных плоскостей, производится по изгибающему моменту по формуле
Или требуемый момент сопротивления балки можно определить по формуле
где Rу - расчетное сопротивление стали по изгибу;
γс - коэффициент условий работы конструкции.
Выбрав тип профиля балки по требуемому моменту сопротивления, по сортаменту подбирают ближайший больший номер балки. Для разрезных балок сплошного сечения из стали с пределом текучести до 580 МПа, находящихся под воздействием статической нагрузки, обеспеченных от потери общей устойчивости и ограниченной величине касательных напряжений в одном сечении с наиболее неблагоприятным сочетанием М и Q,следует использовать упругопластическую работу материала и проверять их прочность по формулам:
при изгибе в одной из главных плоскостей и τ 0,9∙Rs
при изгибе в двух главных плоскостях и τ 0,5∙Rs
Rs - расчетное сопротивление срезу (сдвигу);
W, Wx, Wy - моменты сопротивления сечения относительно главных осей;
α = 0,7 - для двутаврового сечения, изгибаемого в плоскости стенки, α=0 для других типов сечений.
Для случая учета упругопластической работы при изгибе балки к одной из главных плоскостей подбор сечений можно производить по требуемому моменту сопротивления по формуле:
где первоначально принимается c1 = 1,l , а затем это значение уточняется.
Подобранное сечение проверяют на прочность от действия касательных напряжений по формуле
где Qmaх - наибольшая поперечная сила на опоре;
S и I- статический момент и момент инерции сечения;
tw- толщина стенки балки.
Кроме проверок прочности балки необходимо в местах с большими нормальными напряжениями проверять их общую устойчивость.
где Wc – момент сопротивления для сжатого пояса;
γс = 0,95 - коэффициент условий работы при проверке общей устойчивости балок;
φb – принимается по СНиП.
Примечание. Устойчивость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный.
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 жесткости балок
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 балкии не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки
Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле
где Е – модуль упругости;
I – момент инерции сечения.
Если проверка по формуле не удовлетворяется, то следует увеличить сечение балки, взяв менее прочный материал, или допустить недоиспользование прочности балки, что менее выгодно.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.024)
Компоновка балочных перекрытий.
Балочной клеткой (площадкой) называется система несущих балок, образующих конструкцию перекрытия.
Балочная клетка представляет собой конструкцию, состоящую из одной или нескольких систем балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям. В балочной клетке преимущественно применяются разрезные балки.
Различают 3 типа балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный.
Упрощенный тип состоит из балок, уложенных в одном направлении, параллельно меньшему размеру перекрытия.
А – шаг колонн в продольном направлении; В – шаг колонн в поперечном направлении; а – шаг балок;
1. главные балки; 2. вспомогательные балки (настила)
Нормальный тип балочной площадки представляет собой систему главных балок (1) и балок настила (2). Главная балка опирается на колонны или стены, а балки настила опираются на главные балки составного сечения.
а – шаг вспомогательных балок; b – шаг балок настила;
Усложненный тип – это система главных балок (1), вспомогательных (второстепенных) балок (2) и балок настила (3).
Типы сопряжений балок: поэтажное, в одном уровне, пониженное и повышенное. Отметка верха габарита под площадкой устанавливается в увязке с габаритами оборудования, располагаемого под перекрытием площадки или в соответствии с другими требованиями.
Расчёт стального настила
В зависимости от интенсивности нагрузки для настила принимают листы толщиной td
Стальной настил рассчитывается как балочный элемент или как упругая висячая конструкция.
Расчёт прокатных балок.
Подбор сечения прокатной балки осуществляется в следующей последовательности:
1. Выбор марки стали
2. Определение нормативных и расчётных нагрузок.
3. Определение и .
4. Вычисляют требуемый момент сопротивления
5. По сортаменту принимается ближайший профиль.
6. Проверка подобранного сечения из условия жёсткости
Если верхний пояс недостаточно закреплен (отсутствует сплошной жёсткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки или отношение расчётной длинны балки lcf к ширине сжатого пояса b превышает значения, рекомендуемые СНиП, выполняется проверка общей устойчивости :
где jв-коэффициент, определяемый по указаниям прил. 7 СНиП II-23-81;
Wc-следует определять для сжатого пояса.
Компоновка составного сечения главной балки
Расчётная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом (вариантом) балочной клетки.
Сечение составной балки обычно состоит из трёх листов: стенка и двух поясов. Проектирование включает два этапа: на первом компонуют и подбирают сечение, на втором – проверяют прочность и устойчивость балки в целом и её элементов, а также проверяют по прогибу. Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.
Максимальная высота балки ограничивается заданными габаритами помещения. После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы её на срез и сравнивают с ранее назначенной.
Сечение составной главной балки
Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления её продольными рёбрами обеспечивается, если соблюдается условие
Сечение поясов балок подбирают по максимальному расчётному изгибающему моменту и требуемой площади полок. Требуемую площадь полки находят по следующей приближённой формуле, не учитывающей момент инерции пояса относительно собственной оси:
где Jf=J-Jw – момент инерции поясов относительно центра тяжести сечения;
J=Whw/2 – момент инерции балки;
Jw=twhw 3 /12 – момент инерции стенки балки;
h0 – расстояние между центрами тяжести полок (h0=h-tf).
Назначив сечения стенки и полок, вычисляют фактическое значение W и проверяют нормальные напряжения
При удачном подборе сечения разница между s и Ry должна быть не больше 5%, при этом перенапряжение не допускается. Максимальные касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки не должны быть выше Rs металла стенки
Относительный прогиб балки f/L не должен превосходить предельного значения 1/n0, установленного нормами. От действия распределённой нагрузки:
Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной hmin.
Проверка общей устойчивости главной балки.
где Wc - следует определять для сжатого пояса;
jb - коэффициент, определяемый по прил. 7 [3].
При отношении расчётной длинны балки lef к ширине сжатого пояса b, не превышающем нормативных значений устойчивость проверять не требуется.
Расчётная длина главной балки lef принимается равной расстоянию между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений.
При сопряжения балок настила с главной в одном уровне сжатый пояс главной балки полностью закреплён стальным настилом, т.е общая устойчивость главной балки в этом случае обеспеченна.
При сопряжении балок настила или вспомогательных балок в разных уровнях точками закрепления считают места опирания балок настила или вспомогательных балок, если узел сопряжения обеспечивает закрепление сжатого пояса от поперечного смещения.
В рабочих площадках общая устойчивость главной балки, как правило, обеспечивается конструктивными мероприятиями, т.е без расчёта.
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:
Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение балок м.б.:
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
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 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, γс – коэф-т усл. работы при проверке общей уст-ти.
Для балок двутаврового сечения с 2 осями симметрии 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 балкиЕсли 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.
2. Изменение ширины пояса, распространено в сварных балках. Высота балки остается постоянной.
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.
Общие сведения о балках и балочных конструкциях
Стальные балки, работающие на изгиб, широко применяют в инженерных конструкциях для покрытий и междуэтажных перекрытий зданий разнообразного назначения, в рабочих площадках, в виде подкрановых балок производственных зданий, в мостах, эстакадах, в инструкциях гидротехнических затворов и шлюзов и в других сооружениях.
Основная форма поперечного сечения стальных балок — двутавр, которые бывают прокатными (рисунок ниже) и составными (рисунок ниже)
Типы поперечных сечений стальных балок
а, 6, в — прокатные профили; г, д, е — сварные сечения
Составные балки обычно применяют, если прокатные оказываются недостаточно мощными.
Наиболее распространенными являются сварные балки (рисунок выше), образуемые из трех листов: вертикального, называемого стенкой, и двух горизонтальных, называемых полками, которые привариваются к стенке. В редких случаях для конструкций, подвергающихся большим динамическим или вибрационным нагрузкам, применяют клепаные балки (рисунок выше), а также с соединениями на высокопрочных болтах. В них для соединения стенки с полками применяют дополнительные уголки. Сварные балки значительно экономичнее клепаных.
В особых случаях, например в опорно-концевых стойках гидротехнических затворов, когда необходимо значительно увеличить жесткость балки в поперечном направлении, применяют двустенчатые составные балки (рисунок выше).
Систему несущих балок, образующих конструкцию, называют балочной меткой. Применяют три типа балочных клеток: упрощенную, нормальную и усложненную (рисунок ниже). В упрощенной балочной клетке (рисунок ниже) нагрузка передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне на расстояниях а (шаг балок), и через них на стены или другие несущие конструкции. В нормальной балочной клетке (рисунок ниже) нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции. В усложненной балочной клетке (рисунок ниже) вводятся еще дополнительные вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны.
Типы балочных клеток
Сопряжение балок по высоте может быть этажное, в одном уровне и пониженное (рисунок ниже). Наиболее простое сопряжение — этажное (рисунок ниже), однако оно имеет наибольшую строительную высоту балочной клетки — htot. В этом сопряжении балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные балки. Сопряжение балок в одном уровне (рисунок ниже) позволяет увеличить высоту главной балки при заданной высоте htot, но значительно усложняет конструкцию опирания балок (необходимы дополнительные столики для опирания балок настила). Пониженное сопряжение (рисунок ниже) применяют только в балочных клетках усложненного типа.
Читайте также: