Сбор нагрузок на металлическую балку

Обновлено: 18.05.2024

Добрый день.
Возникли сомнения по сбору нагрузок на балки перекрытия.
Поверх балок по профлисту устраивается монолитной жб перекрытие, на которое будет установлено оборудование (Р=3 т).
Необходимо подобрать сечение балок. Шаг балок 500 мм. Пролет 7 м.
Каким образом нагрузка от оборудования будет передана на балки перекрытия?
1. В моем понимании вес от оборудования делится на площадь опирания самого оборудования (допустим 1 м2), получаем равномерно распределенную нагрузку в 3т/м2. Однако если оборудование стоит на опорах, то получаем сосредоточенную нагрузку? Допустим 4 опоры -> 3т/4 = 0.75 т сосредоточенной нагрузки. Вроде логично.
2. Монолитное перекрытие служит для равномерного распределения нагрузки по всей площади плиты (служит ли?). Т.е. получается, что ту нагрузку в 3 т/м2 или 0,75 (сосредоточенной) необходимо распределить на всю площадь плиты. допустим площадь плиты 20 м2. Следовательно получает 3/20= 0,15 т/м2 равномерно распределенной нагрузки по всей площади плиты.
3. Далее нагрузка распределяется на балки перекрытия. Собственно равномерно распределенная нагрузка по площади в 0.15 т/м2 *а(шаг балок) преобразуется в равномерно-распределенную нагрузку на балки.
Схематично изобразил на рисунке.

Что-то мне подсказывает, что как описал в пункте 2 - так не работает.
Следовательно вопрос, какая нагрузка будет на балки перекрытия от оборудования?

А картинка схематичная? или в масштабе.
Опоры должны быть указаны в задании // в теории можно и на одну опору поставить.
Всегда хочется, чтобы сечение гарантированно несло нагрузку. Не вдаваясь в детали, я бы принял половину дополнительной нагрузки на одну балку в самом невыгодном положении (у середины пролета).

Картинка схематичная. Без масштаба.
Балки опираются на кирпичные стены.
Оборудование опирается на плиту через 4 анкера. На сколько понял, 4 опорные точки.

Если нет привязки оборудования, тогда следует принимать по посту 2 - это будет правильно во всех случаях для определения поперечного сечения балки. Для проверки же кирпичной кладки я бы это оборудование подвинул максимально близко к стене, что получить max реакцию опоры. Можно с эквивалентной нагрузкой пошаманить, только вот сомневаюсь в ее рентабельности.
А зачем шаг балок 0,5 м?

Распределяйте нагрузку на участок жб плиты, если она задана в расчёте. Если есть точки опирания, то приложить на них сосредоточенные P/4.
Если точки находятся вне балок перекрытия, то объединить пары близлежащих балок фиктивной балкой, проходящей через точку опирания.
Распределять нагрузку от оборудования на всё перекрытие некорректно.

Привязка оборудования конкретная есть. По оборудованию есть только 4 точки крепления к плите через шпильки. Как нагрузка на плиту передается - не знаю, то ли через 4 опорных проставки, то ли через всю площадь оборудования.
Мне просто необходимо понять. Как нагрузка от оборудования передается на балки через плиту перекрытия? Равномерно-распределенно через всю площадь плиты? (тобишь 3 т оборудования / 20 м2 (площадь всей плиты) = 0.15 т/м2, далее 0,15*а (шаг балок)). Или же пренебречь плитой, и считать нагрузки на балки как сосредоточенные от 4 точек крепления (тобишь на 3т/4 = 0.75 т придет на каждую точку под плитой на балку).

Сейчас сижу и представляю. Плита 35 м2 (7х5 м). Оборудование площадью 2 м2 находится примерно в углу на расстоянии 2 м от угла. И возникают большие сомнения с чего бы вдруг нагрузку от оборудования заменять на распределенную на всю длины балки. При этом уже получил сечения балок из расчета на сосредоточенные силы. Сечения излишне большие получаются. По второй группе предельных состояний прогибы значительные.

----- добавлено через ~3 мин. -----

Согласен. Поэтому максимально постарался объяснить свои сомнения выше.
Т.е., Вы предлагаете пренебречь плитой перекрытия в расчетной схеме и считать балки на сосредоточенные силы Р/4 от оборудования?

Сбор нагрузок на металлическую балку

Перед началом расчета стальной балки необходимо собрать нагрузку, действующая на металлическую балку. В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.

К постоянным нагрузкам относятся:

собственный вес металлической балки;
собственный вес перекрытия и т.д.;

К временным нагрузкам относятся:

длительная нагрузка (полезная нагрузка, принимается в зависимости от назначения здания);
кратковременная нагрузка (снеговая нагрузка, принимается в зависимости от географического расположения здания);
особая нагрузка (сейсмическая, взрывная и т.д. В рамках данного калькулятора не учитывается);

Нагрузки на балку разделяют на два типа: расчетные и нормативные. Расчетные нагрузки применяются для расчета балки на прочность и устойчивость (1 предельное состояние). Нормативные нагрузки устанавливаются нормами и применяется для расчета балки на прогиб (2 предельное состояние). Расчетные нагрузки определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент нагрузки по надежности. В рамках данного калькулятора расчетная нагрузка применяется при определении прогиба балки в запас.

Нагрузки можно собрать на нашем сайте.

После того как собрали поверхностную нагрузку на перекрытие, измеряемой в кг/м2, необходимо посчитать сколько из этой поверхностной нагрузки на себя берет балка. Для этого надо поверхностную нагрузку умножить на шаг балок(так называемая грузовая полоса).

Например: Мы посчитали, что суммарная нагрузка получилась Qповерхн.= 500кг/м2, а шаг балок 2,5м. Тогда распределенная нагрузка на металлическую балку будет: Qраспр.= 500кг/м2 * 2,5м = 1250кг/м. Эта нагрузка вносится в калькулятор

2. Построение эпюр

Далее производится построение эпюры моментов, поперечной силы. Эпюра зависит от схемы нагружения балки, вида опирания балки. Строится эпюра по правилам строительной механики. Для наиболее частоиспользуемых схем нагружения и опирания существуют готовые таблицы с выведенными формулами эпюр и прогибов.

3. Расчет по прочности и прогибу

После построения эпюр производится расчет по прочности (1 предельное состояние) и прогибу (2 предельное состояние). Для того, чтобы подобрать балку по прочности, необходимо найти требуемый момент инерции Wтр и из таблицы сортамента выбрать подходящий металлопрофиль. Вертикальный предельный прогиб fult принимается по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и воздействия). Пункт2.а в зависимости от пролета. Например предельный прогиб fult=L/200 при пролете L=6м. означает, что калькулятор подберет сечение прокатного профиля (двутавра, швеллера или двух швеллеров в коробку), предельный прогиб которого не будет превышать fult=6м/200=0,03м=30мм. Для подбора металлопрофиля по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр, который получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента подбирают подходящий металлопрофиль.

4. Подбор металлической балки из таблицы сортамента

Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается металлопрофиль с большим номером сечения.

Нагрузки, действующие на перекрытие и покрытие здания разделяют на постоянные и временные. Вид нагрузки зависит от времени, которое действует на конструкцию

собственный вес плиты, балки, вес элементов пола, перегородки;

длительная нагрузка (полезная нагрузка, зависит от назначения здания);
кратковременная нагрузка (снеговая, которая берется по климатическим картам из СНиП "Нагрузки и воздействия");
особая нагрузка (сейсмическая, взрывная и т.д.);

Нагрузки бывают двух типов: нормативные и расчетные.

Нормативные нагрузки берутся из СНиП "Нагрузки и воздействия" с учетом возможного отклонения в большую сторону от фактического значения.

Расчетные нагрузки получают путем умножения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузки. Этот коэффициент учитывает неточности монтажа конструкций, погрешности при производстве на стройке, а также человеческий фактор. Своего рода этот коэффициент является по своей сути коэффициентам запаса. Таким образом, для конструкций, произведенных в заводских условиях коэффициент запаса будет равен 1.1, а для конструкции, производимые на строительной площадке, например стяжка для пола, коэффициент запаса будет равен 1,3.

Как правильно собрать нагрузку на балку и плиту для дальнейшего расчета:

Для балки. Чтобы правильно собрать нагрузку на балку - нужно представить, сколько из общей равномерно распределенной нагрузки q(кг/м2) на себя будет брать балка. Логично предположить, что нагрузка с плиты передается на балки, потом с балки нагрузка передается на колонны и дальше, через колонны, нагрузка передаётся на фундамент. Поэтому нагрузка распределяется поровну на соседние балки, таким образом ширина действия нагрузки на балку 'В' равна l2/2 + l2/2 или проще В=l2 - для средних балок и l2/2 для крайних балок перекрытия, где l2 равен шагу балок. Поэтому допускается делать крайние балки меньшего сечения, но для унифицирования делают такого же сечения или бывает, что в крайних балках могут возникнуть дополнительные усилия, например от кручения или продольные усилия от ветра. Таким образом погонная нагрузка (q1), именуемая в литературе "грузовая полоса", действующая на балку равна q1=q*B(кг/м), где q=равномерно распределенная нагрузка.

Для плиты. Чтобы проще было рассчитать плиту перекрытия, опертую на балки - мысленно "вырезают" из распределенной нагрузки q(кг/м2) площадку шириной 1м и умножают на ширину вырезанной площадки, то есть на 1м. Соответственно плиту считают как многопролетную неразрезную балку шириной 1м, на которую действует погонная нагрузка q1(кг/м), а балки, на которую опирается плиты - являются для плиты шарнирными опорами. Например, если получили распределенную нагрузку на плиту q=0,5т/м2. То погонная нагрузка на плиту будет составлять q1=0,5т/м2*1м=0,5т/м.

Калькулятор нагрузок на перекрытие, балку перекрытия

Данный калькулятор позволяет в табличной форме посчитать суммарную равномерно-распределенную нормативную и расчетную нагрузку на перекрытие, покрытие, плиту, балку.

Чтобы посчитать сечение деревянной балки - необходимо собрать нагрузку, действующая на балку. В зависимости от длительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.

собственный вес деревянной балки;
собственный вес перекрытия, чердачного перекрытия и т.д.;

Например: Мы посчитали, что суммарная нагрузка получилась Qповерхн.= 400кг/м2, а шаг балок 0,6м. Тогда распределенная нагрузка на деревянную балку будет: Qраспр.= 400кг/м2 * 0,6м = 240кг/м. Эта нагрузка вносится в калькулятор

2. Выбор предельного прогиба

В зависимости от назначения балки и ее пролета задаем вертикальный предельный прогиб по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и воздействия) Пункт2.а. Смысл вертикального прогиба заключается в следующем: например, прогиб l/250 означает, что для балки длинной 4м предельный вертикальны прогиб равен fult = 4м / 250 = 0,016м = 16мм в месте максимального прогиба для балки. Для балки на двух опорах загруженной равномерно или с сосредоточенной нагрузкой посередине балки - максимальный прогиб будет посередине пролета. Для консольной балки максимальный прогиб - на свободном конце балки.

3. Задание ширины искомого сечения балки.

В зависимости от конструктивных требований задаем ширину сечения балки. Расчет деревянной балки сводится к тому, что необходимо подобрать требуемую высоту hтр сечения деревянной балки, которое способно выдержать заданную нагрузку и не превысить заданный предельный прогиб.

Алгоритм расчета деревянной балки, используемый в данном калькуляторе

По заданной нагрузке и пролету производится построение эпюры моментов и поперечной силы. Эпюра поперечной силы находится для информации (чтобы знать какая нагрузка давит на опоры балки) и в расчете не используется. Эпюра зависит от схемы нагружения балки, вида опирания балки. Строится эпюра по правилам строительной механики. Для наиболее частоиспользуемых схем нагружения и опирания существуют готовые таблицы с выведенными формулами эпюр и прогибов.

2. Расчет по прочности и прогибу

После построения эпюр производится расчет по прочности (1 предельное состояние) и прогибу (2 предельное состояние). Для того, чтобы подобрать балку по прочности, необходимо найти требуемый момент инерции Wтр и hтр и из таблицы рекомендуемого сортамента выбрать подходящее сечение высотой равное hтр деревянной балки по ширине сечения (b) и по Wтр. Следует отметить, что калькулятор подбирает именно по Wтр, нахождение hтр сделано для наглядности, чтобы видеть какая высота сечения должна быть. Для подбора деревянной балки по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр, который получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента пиломатериалов подбирают подходящее сечение.

3. Подбор деревянной балки из таблицы сортамента пиломатериалов по ГОСТ 244454-80

Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается сечение с большей выстой сечения.

Пример 1.3 Сбор нагрузок на балку перекрытия

Требуется собрать нагрузки на монолитную балку перекрытия жилого дома (балка по оси «2» в осях «Б-В» на рис.1). Размеры сечения балки: h = 0,5 м, b = 0,4 м. Конструкцию пола принять по рисунку в Пример 1.1 Сбор нагрузок на плиту перекрытия жилого здания.

Решение

Данный тип здания относится ко II классу ответственности. Коэффициент надежности по ответственности γн = 1,0.

Состав пола и значения постоянных нагрузок примем из примера 1.1.

Нагрузки, действующие на балку, принимаются линейно распределенными (кН/м). Для этого равномерно распределенные нагрузки на перекрытие умножаются на ширину грузового участка, равному для средних балок шагу рам. В нашем примере см. рис. 1 ширина грузового участка составляет В = 6,6 м. Остается умножить постоянную нагрузку, вычисленную в примере 1.1, на данную величину и записать в таблицу 1:

q1 = 5,89*В = 5,89*6,6 = 38,87 кН/м;

q1p = 6,63*В = 6,63*6,6 = 43,76 кН/м.

Таблица 1

Сбор нагрузок на балку перекрытия

Вид нагрузки

Норм. кН/м

Коэф. γt

Расч. кН/м

Постоянная нагрузка

1. Ж.б. плита + пол

2. Собственный вес балки

Всего:

Временная нагрузка

1. Полезная нагрузка:

кратковременная ν1

длительная р1

2. Перегородки (длительная) р2

Вычислим нагрузку от собственного веса балки.

Объемный вес железобетона равен 2500 кг/м3 (25 кН/м3). При высоте балки h = 0,5 м и ее ширине b = 0,4 м нормативное значение нагрузки от собственного веса составляет

q2 = 25*h*b*γн =25*0,5*0,4*1,0 =5,0 кН/м.

Коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,1, тогда расчетное значение составит:

q2р = q2*γt =5*1,1 =5,5 кН/м.

Суммарная нормативная постоянная нагрузка составляет

q = q1 + q2 = 38,87 + 5,0 = 43,87 кН/м;

qр = q1р + q2р = 43,76 + 5,5 = 49,26 кН/м.

Понижающие коэффициенты φ1, φ2, φ3 или φ4, при расчете балок нормативные значения нагрузок, допускается снижать в зависимости от грузовой площади А, м2, рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетания φ. При грузовой площади А = 6,6*7,2 = 47,52 м2 и при А = 47,52 м2 > А1 = 9,0 м2 для помещений коэффициент сочетания φ1 определяется по формуле:

φ1 = 0,4 + 0,6/ √(А/А1) = 0,4 + 0,6/√(47,52/9,0) = 0,66.

Полное (кратковременное) нормативное значение нагрузки от людей и мебели для квартир жилых зданий составляет 1,5 кПа (1,5 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0 и коэффициент сочетания φ1 = 0,66, итоговая нормативная кратковременная полезная нагрузка составляет:

ν1 = 1,5*В*γн*φ1 = 1,5*6,6*1,0*0,66 = 6,53 кН/м.

При нормативном значении временной нагрузки менее 2,0 кПа коэффициент надежности по нагрузке γt принимается равным γt = 1,3. Тогда расчетное значение составляет:

ν1р = ν1*γt = 6,53*1,3 = 8,49 кН/м.

Длительную полезную нагрузку получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35 т.е:

р1 = 0,35*ν1 = 0,35*6,53 = 2,29 кН/м;

р1р = р1*γt = 2,29*1,3 = 2,98 кН/м.

Нормативное значение равномерно распределенной нагрузки от перегородок составляет не менее 0,5 кН/м2. Приводим ее к линейно распределенной нагрузке на балку путем умножения на ширину грузового участка В=6,6 м:

р2 = 0,5*В*γн = 0,5*6,6*1,0 = 3,3 кН/м.

Расчетное значение нагрузки тогда:

р2р = р2*γt = 3,3*1,3 = 4,29 кН/м.

I сочетание: постоянная нагрузка (собственный вес перекрытия и балки) + полезная (кратковременная).

При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициент Ψl, Ψt вводить не следует.

q1 = q + ν1 = 43,87 + 6,53 = 50,4 кН/м;

q1р = qр + ν1р = 49,26 + 8,49 = 57,75 кН/м.

II сочетание: постоянная нагрузка (собственный вес перекрытия и балки) + полезная (кратковременная) + нагрузка от перегородок (длительная).

Для основных сочетаний коэффициент сочетаний длительных нагрузок Ψ1 принимается: для первой (по степени влияния) длительной нагрузки — 1,0, для остальных — 0,95. Коэффициент Ψ2 для кратковременных нагрузок принимается: для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,9, для остальных — 0,7.

Поскольку во II сочетании присутствует одна кратковременная и одна длительная нагрузка, то коэффициент Ψl и Ψt = 1,0.

qII = q + ν1 + р2 = 43,87 + 6,53 + 3,3 = 53,7 кН/м;

qIIр = qр+ ν1р + р2р = 49,26 + 8,49 + 4,29 = 62,04 кН/м.

Читайте также: