 |
Компоновка и выбор схемы балочной клетки.
|
|
|
|
БГИТА
Кафедра Строительных конструкций
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ
Стальные конструкции балочной площадки
К курсовому проекту по дисциплине
«Металлические конструкции»
Для студентов специальности 270102, 270114, 270115
Брянск
УДК 624.014
Рубцов А.В., Пикин Д.Ю. Стальные конструкции балочной площадки. Учебное пособие для дневного, вечернего и заочного отделений. – Брянск, 2012 г. – 54 с.
Пособие является руководством по выполнению и оформлению курсовой работы по курсу «Металлические конструкции» студентами специальности 270102 – ПГС, 270114 – ПрЗ, 270115 – ЭУН. В пособии рассмотрен пример расчета и конструирования основных элементов балочной площадки с учетом последних Норм на проектирование стальных конструкций.
Ил. 18, табл. 3, прилож. – 1 табл. 6, список лит. – 5 назв.
–
Общие указания.
Настоящее пособие разработано к курсовой расчетно-графической работе "Стальные конструкции балочной площадки" и представляет собой числовой пример расчета и конструирования основных конструкций балочной площадки с комментариями и пакет приложений, необходимых для выполнения рассчетов. При работе над проектом следует пользоваться нормативным документом СНиП II-23-81* "Стальные конструкции" [3], курсом "Металлические конструкции" [1,2], Методическим указанием [4], альбомом узлов балочных площадок [5], а также настоящим пособием и заданием, выданным руководителем.
Пример, приведенный в пособии, имеет следующие исходные данные:
1. Шаг колонн в продольном направлении L = 15 м.
2. Шаг колонн в поперечном направлении B = 6 м.
3. Габариты площадки в плане: 2L x 2B.
4. Отметка верха настила: Н = 10 м.
|
|
|
5. Строительная высота перекрытия: hстр = 2,20 м.
6. Временная (полезная) равномерно распределенная нагрузка: u = 25 кН/м2.
7. Материал конструкций:
· настила – сталь С235,
· балок настила и вспомогательных – сталь С245,
· главных балок – сталь С255,
· колонн – сталь С245,
· фундаментов – бетон В12,5.
8. Допустимый относительный прогиб настила – 1/150.
9. Тип колонны – сплошная и сквозная.
Примечания:
· рассматриваются два варианта балочной клетки нормального типа и один усложненного типа со стальным настилом;
· соединение колонн с фундаментами принято шарнирным, а примыкание балок к колоннам – сверху;
· неизменяемость балочной площадки в поперечном направлении обеспечивается вертикальными связями по колоннам, а в продольном - присоединением площадки к неподвижной системе.
Компоновка и выбор схемы балочной клетки.
Систему взаимно пересекающихся несущих металлических (стальных) балок в перекрытиях зданий или сооружений, рабочих площадок цехов, проезжих частей мостов обычно называют балочной клеткой. Балочная клетка предназначена для опирания настила (металлического или железобетонного) и передачи нагрузки с настила на колонны или другие поддерживающие конструкции.
Балочные клетки по схеме расположения балок подразделяются на два основных типа: нормальный и усложненный (рис. 1).
В балочной клетке нормального типа (рис. 1, а, б) нагрузка с настила непосредственно через балки настила передается на главные балки, опирающиеся на колонны или другие несущие конструкции. В балочной клетке усложненного типа (рис. 1, в) балки настила опираются на вспомогательные балки, которые крепятся в свою очередь к главным балкам.
Рациональная конструктивная схема балочной площадки зависит, прежде всего, от шага балок настила. Для технико-экономического сравнения рассматриваются несколько вариантов балочной клетки.. Шаг балок настила принимается в пределах а = 0,6…1,6 м (в зависимости от несущей способности стального листового настила), а вспомогательных балок – в пределах b = 2…5 м. Крайние балки настила (нормальный вариант балочной клетки), как правило, совмещаются с разбивочными осями, а вспомогательные – (усложненный вариант балочной клетки) привязываются к разбивочным осям расстоянием, равным b/2.
|
|
|
Сопряжение балок по высоте может быть поэтажным, в одном уровне, и пониженным (рис. 5). При поэтажном (рис. 5, а) – балки одного направления (настила) укладываются поверх балок перпендикулярного им направления (главные балки). Такой вариант наиболее прост и удобен в монтажом отношении, но требует наибольшей строительной высоты перекрытия – hстр. При сопряжении в одном уровне (рис. 5, в) – верхние полки балок настила и главных балок расположены в одном уровне, а на них опирается настил. Этот вариант сопряжения балок позволяет увеличить высоту главной балки в пределах заданной строительной высоты перекрытия. Пониженное сопряжение балок (рис. 5, в) применяется в балочных клетках усложненного типа. При таком варианте вспомогательные балки примыкают к главным ниже их верхнего пояса, а балки настила располагаются поэтажно по отношению к вспомогательным.
Толщина стального прокатного листа настила назначается в зависимости от интенсивности полезной нагрузки. В курсовой работе толщину листа следует принимать: tн = 6...8 мм при u 
10 кН/м2; tн =8...10 мм при u = 11...20 кН/м2; tн = 10...14мм при u = 21...25 кН/м2; tн = 12...14 мм при u = 26...30 кН/м2; tн = 14...16 мм при u > 30 кН/м2.
Расчет настила.
Для стального настила применяются плоские листы толщиной 6... 16 мм, которые располагаются на балках настила (рис. 2, а) и привариваются непрерывными сварными швами. Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой. Поэтому расчетная схема настила (рис. 2, б) представляет собой закрепленную шарнирно-неподвижную на опорах полосу единичной ширины, испытывающую под действием поперечной силы изгиб по цилиндрической поверхности (
, с. 130; 
, с. 462).
Значение предельного пролета настила из условия обеспечения его жесткости (рис. 2) вычисляются по формуле:
где E = 2,06×105 МПа – модуль упругости стали;
|
|
|
n = 0,3 – коэффициент поперечной деформации стали (Пуассона);
n0 – заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу, n0 = [l / f], (для стального настила n0 = 150).
Шаг балок настила (а) устанавливаются повычисленному размеру пролета настила (lн). Для этого значение n = L/lн округляется до целого числа и вычисляется уточненное значение шага балок настила. Допускается увеличение шага балок настила (а) по отношению к определенному пролету настила (lн) на 100…120 мм, так как фактический расчетный пролет настила – расстояние между краями полок соседних балок настила – меньше шага балок настила на ширину полки балки настила (bf).
Усилие (распор) Н, на действие которого надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил к поддерживающим его балкам, можно определить по приближенной формуле (7.3) [1]:
.
Пример (исходные данные в Общих данных).
Требуется выбрать рациональную конструктивную схему балочной клетки на основе проработки и технико-экономического сравнения двух вариантов нормального и одного варианта усложненного ее конструктивного решения рис. 1. В соответствии с интенсивностью заданной полезной нагрузки, u = 25 кН/м, назначается толщина листов плоского стального настила: вариант I - tн = 10 мм; вариант II - tн =14 мм; вариант III - tн =10 мм. Материал настила – сталь С235. Отношение пролета настила к его предельному прогибу, n0 = [l / f], принимается 150.
Для намеченных вариантов конструктивных схем балочной клетки рассчитывается настил, балки настила, вспомогательные балки и определяются технико-экономические показатели рассмотренных вариантов из условия обеспечения наименьших затрат металла.
Нагрузки на расчетную полосу шириной 1см:
Нормативная:
qn = u×10-4 = 25×10-4кН/см =2,5Н/см;
расчетная:
q = gf ×u×10-4 = 1,2×25×10-4 = 30×10-4 кН/см =3,0 Н/см,
где u = 25 кН/м2 – полезная нагрузка в соответствии с заданием;
gf = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки. 
Рис. 1. Варианты балочных клеток:
1 – главная балка; 2 – балки настила; 3 – вспомогательная балка.
|
|
|
Определяется расчетный пролет настила (исходя из несущей способности намеченных вариантов настила):
вариант I и III (tн = 10 мм):
;
вариант II (tн = 14 мм):
Рис. 2. Плоский стальной настил и его
расчетная схема.
Число балок настила:
вариант I: принимаем n = 16, тогда шаг балок настила 
= L/(n-1)=1м < (lн + 100 мм) = 914 + 100 = = 1014 мм. Схема расстановки балок настила показана на рис.1.а;
вариант II: принимается n = 13, тогда шаг балок настила а = 1,25 м. Схема расстановки балок настила показана на рис.1.б;
вариант III: принимается n = 6, тогда возможный шаг балок настила а = 1 м. Схема расстановки балок настила показана на рис.1.в
Определяется усилие Н, на действие которого надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил к поддерживающим его балкам:
вариант I и III (tн = 10 мм):
вариант II (tн =14 мм):
Прикрепление настила к поддерживающим ее конструкциям выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе (по ГОСТу 8050-85) в нижнем положении (проволока марки Св-08 d=1,4…2мм). Для этих условий и стали С235: Rwf=180МПа; Rwz= 
= 
Учитывая, что 
расчетный катет углового шва вычисляем по формуле 120 [3] [1]:
где lw = 1 см - расчетная длина шва;
bf = 0,9 и 
=1,05 - коэффициент по таблице 34*;
gwf = 1 - коэффициент условий работы шва (п.11.2*);
- расчетное сопротивление сварного шва по металлу шва, табл. 56;
Run –нормативное сопротивление листового проката, табл. 51*
вариант I и III (tн = 10 мм):
в соответствии с табл. 38* принимается минимально допустимый катет шва при tн =10 мм kf = 4 мм;
вариант II (tн = 14 мм):
принимается минимально допустимый катет шва kf = 6 мм.
Результаты расчета стального настила сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Расчет стального настила.
| Расчетные параметры | Вариант | ||
| I | II | III | |
| Толщина настила tн, мм | 10 | 14 | 10 |
| Расчетный пролет настила, см | 91,4 | 128 | 91,4 |
| Принятый пролет настила, см | 100 | 125 | 100 |
| Число балок настила n | 16 | 14 | 25 |
| Расчетные усилия H, кН | 2,97 | 4,2 | 2,97 |
| Расчетный катет углового шва, мм | 1,8 | 2,6 | 1,8 |
| Принятый катет углового шва, мм | 5 | 5 | 5 |
| Масса настила m1, кг/м2 | 78,5 | 109,9 | 78,5 |
|
|
|
