Балки применяют в качестве несущих конструкций покрытий, перекрытий, площадок под оборудование и др. Перекрытия состоят из системы балок - балочная клетка и настил. Как правило, балочная клетка состоит из главных и второстепенных балок (рис.1.1). Главные балки опираются непосредственно на стены и колонны, второстепенные - на главные. По балкам устраивают настил из железобетонных плит или стальных листов (рис.1.6).

Второстепенные балки выполняются из прокатных профилей, а главные - из прокатных двутавров больших профилей (номеров) или изготавливаются сварными, составными из трех листов стенка и два пояса. (рис.1.3).

При эксплуатации перекрытия в условия возможных ударов настил изготавливают из стальных рифленых листов (рис.1.6).

Рис. 1.1. Балочная клетка:

А1-грузовая площадь для балки настила; А 2- то же, для главной балки; А3- то же, для колонны

Рис. 1.2. Типы балочных клеток

а – нормальный с верхним расположением вспомогательных балок; б – то же, со вспомогательными балками в одном уровне с верхней полкой главной балки; в – то же, с пониженным расположением вспомогательных балок; г – усложненный; 1 – главная балка; 2 – вспомогательная балка; 3 – настил.

Рис. 1.3. Схема балочной клетки.

1 – балки настила, 2 – настил, 3 – габарит оборудования, 4 – главные балки, 5 – вспомогательные балки.

Листы съемного настила могут быть приварены к балкам, они усиливаются ребрами из уголков (рис.5.6). Стальной настил большой толщины может быть использован как верхний пояс сварных балок перекрытий.

Рис. 1.4 Сопряжение второстепенных и главных балок

Рис. 1.5. Настилы балочных клеток

1 – железобетонная плита, 2 – стальной рифленый настил, 3 – стальной листовой настил, 4 – ребра жесткости.

Рис. 1.6. Типы сечений металлических балок: а – и – стальные или алюминиевых сплавов, г, д – прессованные из алюминиевых сплавов, ж – стальные из гнутых профилей, е, к – сварные; ж, и, л – болтовые

Рис. 1.7. К расчету плоского стального настила: а – крепление настила к балкам и его расчетная схема; б – зависимость l/t от нагрузки и относительного прогиба; 1 – сварные швы.

Сопряжение второстепенных балок с главными дано на рис.1.5 и может быть: в разных уровнях (второстепенные балки расположены над главными или под ними), в одном уровне (верхний пояс второстепенных и главных балок лежат в одной плоскости).

Сопряжения в одном уровне возможны для железобетонного и стального настилов. Пониженное, как правило, применяется при железобетонном настиле, при этом толщина настила должна быть не менее разницы отметок верха главных и второстепенных балок (рис.1.3).

Все виды показанных опираний можно рассматривать как шарнирные из-за небольшого количества болтов, соединяющих балки между собой.

Расчет балок

Расчет проводят по двум предельным состояниям: несущей способности и прогибам. Расчет прокатных балок начинают с нахождения номера профиля по сортаменту и его проверке на прочность, общую устойчивость и жесткость.

Прокатные балки.

Прочность проверяют по формулам:

σ = M/_Wn,min ≤  R_y ;   τ = QS/I t ≤ R_s                                      (1.1)

где М - изгибающий момент от расчетных нагрузок; W_n,min - минимальный момент сопротивления нетто (с учетом ослаблений); Q - расчетная поперечная сила; S - статический момент сдвигаемой части относительно нейтральной оси; t - толщина стенки; I - момент инерции всего сечения относительно нейтральной оси.

При расчете с учетом развития пластических шарниров по формуле         W_n,min = М/С₁ R_y·γ_c ,           (1.2)                                         

где С₁ - коэффициент, определяемый по табл. 66 приложения V СниП II-23-81*, зависящий от формы сечения и степени развития пластических деформаций.

При расчетах предварительно С₁ = 1,12 с дальнейшим уточнением. В сечениях, где касательные напряжения τ ≤ 0,5 R_s коэффициент С₁ = С, а при 0,5 R_s <τ< 0,9 R_s коэффициент С₁ принимают по формуле

С₁ = 1,05β^.с = 1,05^.с ,                                         (1.3)

где α - коэффициент, равный 0,7, изгибаемых в плоскости наибольшей жесткости стенки (для других типов сечений α= 0).

В случаях, когда верхняя полка не гарантирована от потери устойчивости или отношение расчетной длины балки l_ef к ширине сжатого пояса “b” превышает допускаемые (СНиП II-23-81* табл. 8 пункты 5.15 и 5.16) проверку осуществляют по формуле

                                  σ = М/φ_b W ≤ R_уγ_с                                (1.4)

Значения φ_b определяются с учетом развития пластических деформаций по приложению 7 СНиП II-23-81* по коэффициенту φ₁ .

На практике достаточно часто предусмотрена связь балок с плоским настилом. Поэтому достаточная жесткость обеспечивает надежное крепление сечения балок и проверка устойчивости не требуется. Устойчивость балок можно не проверять, если отношение расчетной длины участка балки между связями, препятствующими поперечным смещением сжатого пояса l_ef  к его ширине “b”, не превышает значений (1 < h/b < 6 и b/t < 35), вычисляем по формуле

l_ef/b = δ·[0,41 + 0,0032b/t + (0,73 - 0,016 b/t)] b/h₀ .   (1.5)

b, t - соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки; h₀ - расстояние между полок; δ = [1-0,7(С₁-1)/С-1] для балок, работающих в упругой стадии δ = 1.

Предельные значения относительных прогибов приведены ниже в табл.1.1.

                                                          Таблица 1.1

Относительный прогиб балки однопроцентной, загруженной равномерно распределенной нормативной нагрузкой qⁿ, вычисляется по формуле

              f/l = 5/384(qⁿl³/Е I) < 1/n ₀ ,                               (1.6)

где 1/n₀ - предельный относительный прогиб; Е - модуль упругости (МПа)

Для выполнения курсовой работы студентам не­обходимо изучить курс "Металлические конструкции"[1], составленный в соответствии со СНиП II-23-81* "Стальные конструкции" (актуализированная редакция) [2].

Курсовая работа предусматривает проектирование и расчеты стальных конструкций рабочей площадки.

В качестве дополнительной литературы рекомендуются учебники [5,6,], справочник проектировщика[7], учебное пособие[4].

По курсовой работе (после защиты) ставится зачет с оценкой. По теоре­тической части курса "Металлические конструкции" сдается экзамен.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ПО  КУРСОВОЙ

РАБОТЕ

Цель курсовой работы - спроектировать металлическое покрытие (в виде балочной клетки) и колонны рабочей площадки, приведенной на рис.2.1.

Рис.2.1 Общий вид и план рабочей площадки:

1 – балки настила; 2 – главные балки; 3 – колонны; 4 – рифленый лист настила

СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 Курсовая работа состоит из одного листа чертежей формата А-1 и пояснительной записки, включающей в себя расчетную часть работы.                     На чертеже следует показать:

1) разрез и план рабочей площадки в масштабе 1:200;

2) общий вид главной балки в масштабе 1:100 и поперечный разрез в масштабе 1:50;

3) план отправочной единицы главной балки в масштабе 1:50;

4) узел опирания главных балок на колонну в масштабе 1:20;

5) узел сопряжения главных балок с балками настила в масштабе 1:20;

6) монтажный стык главных балок в масштабе 1:20;

7) общий вид колонны с разрезами в масштабе 1:50;

8) спецификация металла на площадку;

9) примечания.

В примечании на чертеже следует указать марки стали, катет сварного шва, типы электродов, применен­ных для сварки, типы и диаметры болтов для монтажного стыка главных балок, условные обозначения болтов.

Все размеры и отметки на чертеже даются в мм в соответствии с ГОСТом [].

Исходные данные для проектирования принимаются по табл. 2.1 в строгом соответствии с номером учебного шифра студента.

Таблица 2.1*

Исходные данные для проектирования рабочей

площадки (курсовая работа)

*) Если последняя цифра шифра четная, принять сплошную колонну, если нечетная, принять сквозную колонну.

Расчетно-пояснительная записка выполняется в соответствии с приведенными ниже методическими указаниями. В записке должны быть поме­щены вспомогательные рисунки площадки, главной балки и колонны, а также их ра­счетные схемы.