Расчет и конструирование элементов балочной клетки

Компоновка балочной клетки и выбор стали. Расчет железобетонного настила. Проектирование монтажного стыка главной балки. Расчет соединения пояса со стенкой. Подбор сечения сквозной колонны. Определение высоты траверсы. Конструирование базы колонны.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Расчет и конструирование элементов балочной клетки

1. Компоновка балочной клетки и выбор стали

В рабочей площадке применяем нормальный тип балочной клетки. Нормальный тип включает главные балки и опирающиеся на них балки настила, непосредственно поддерживающие настил. В качестве настила используем железобетонные плиты.

Пространственная неизменяемость и жесткость балочной клетки обеспечиваются связями между колоннами в продольном и поперечном направлениях, связями между балками, распорками.

Нагрузка на элементы балочной клетки собирается с соответствующей грузовой площади (см. рис.1).

Выбор класса стали производится по СНиП [1, табл. 50*] в зависимости от температуры среды, в которой монтируется и эксплуатируется конструкция, характера нагружения, вида напряженного состояния, способа соединения элементов. Расчетное сопротивление при растяжении, сжатии и изгибе широкополосного универсального листового и фасонного проката для стальных конструкций Ry выбирается по [1, табл. 51*] для принятого класса стали.

Согласно заданию для конструкций, возводимых в климатическом районе строительства II4 (расчетная температура t = -35оС), работающих при статической нагрузке, принята сталь:

для несущих элементов под настил (прокатные балки настила и вспомогательные балки при отсутствии сварных соединений, относящихся к третьей группе, - С245 с расчетным сопротивлением Ry = 240 МПа (24 кН/см2);

для составных сварных балок, и их элементов относящихся ко второй группе, - С255 с расчетным сопротивлением Ry = 240 МПа (24 кН/см2) для листового и фасонного проката толщиной до 20 мм и Ry = 230 МПа (23кН/см2) для проката толщиной свыше 20 мм;

для сварных колонн и их элементов, относящихся к третьей группе, - С245 с расчетным сопротивлением Ry = 240 МПа (24кН/см2).

Рис. 1. Схема балочной клетки

Вертикальные предельные прогибы fu элементов конструкций от постоянных и временных длительных нагрузок определяются по СНиП [2]. Для балок, прогонов и настилов покрытий и перекрытий, открытых для обзора, при пролете l:

где цифры, указанные в скобках, следует принимать при высоте от пола до низа несущих конструкций ? 6 м. Для промежуточных значений l предельные прогибы следует определять линейной интерполяцией.

2. Балочная клетка

Тип балочной клетки - нормальный.

Настил - железобетонный.

Балки настила с шагом а1 = 2 м.

2.1 Расчет железобетонного настила

При использовании в качестве несущего настила железобетонных плит их толщину принимаем по табл.3 в зависимости от расчетного пролета плиты lн и полезной нормативной нагрузки pn

Таблица 3. Толщина железобетонной плиты

Расчетный пролет плиты lн, м	Толщина железобетонной плиты, см при временной нормативной нагрузке pn, кН/м2
	10...15	15...20	20...25	25...30	30...35
1,5...2,0	10	10	12	12	14
2,1...2,5	10	12	12	14	16
2,6...3,0	12	14	14	16	18

Расчетный пролет настила, равный шагу балок настила lн = а1 = 2 м.

При нормативной полезной нагрузке pn = 11 кН/м2, принимаем толщину плиты tпл = 10 см. Нормативная нагрузка от веса железобетонной плиты (при плотности железобетона )

.



Рис. 2. Балочная клетка

2.2 Расчет балки настила

Определяем нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативная нагрузка на балку принимается равномерно распределенной

.

Расчетная нагрузка

где g = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки от железобетонных плит.



Рис. 3. Расчетная схема балки настила

Расчетный изгибающий момент

.

Максимальная поперечная сила

.

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций

.

По сортаменту принимаем I27а, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения Sx = 229 см3; момент инерции сечения Ix = 5500 см4; площадь сечения А = 43,2 см2; ширина пояса bf = 135 мм; толщина пояса tf = 10,2мм; линейная плотность (масса 1 пог.м) 33,9 кг/м. Уточняем коэффициент с1, M и Q c учетом собственного веса балки настила.

Площадь пояса

Площадь стенки

Отношение

Таблица 2. Значение коэффициента с1

Af /Aw	0,25	0,5	1,0	2,0
с1	1,19	1,12	1,07	1,04

По табл. 2 определяем коэффициент с1 = 1,08.

Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила длиной 1 м

.

Нормативная нагрузка на балку настила

.

Расчетная нагрузка

.

Расчетный изгибающий момент

.

Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости

где fu = l/183 = 2,73 см при пролете l = 5 м.

Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

Определяем вес балки настила на 1м2 рабочей площадки

3. Расчет главной балки

Сечение сварной балки двутавровое симметричное, составленное из трех металлопрокатных листов.

3.1 Определение усилий

При частом расположении балок настила (шаг а1 = 2 м < l/5 = 16/5 = 3,2 м) сосредоточенную нагрузку, передаваемую на главную балку от балок настила, заменяем равномерно распределенной нагрузкой, собираемой с соответствующий грузовой площади (рис.1).

Расчетная схема главной балки представлена на рис.4.

Размещено на

Рис. 4. Расчетная схема главной балки

Нормативная нагрузка

.

Расчетная нагрузка

где b = 5 м - шаг главных балок.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета

Нормативный изгибающий момент

Расчетная поперечная сила в опорном сечении

здесь = 1,04 - коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки, предварительно принимаемый = 1,02...1,05.

3.2 Компоновка сечения

Рис. 5. Сечение главной балки

Балку рассчитываем в упругой стадии работы. Из условия прочности требуемый момент сопротивления балки

,

Назначаем высоту сечения балки h, которая определяется максимально допустимым прогибом балки, связанным с жесткостью балки, экономическими соображениями и строительной высотой перекрытия Н, т.е. разностью отметок верха настила и верха габарита помещения под рабочей площадкой. Минимальная высота из условия жесткости

где fu = l/228 = 1600/228 = 7,02 см при пролете l = 16 м - предельный прогиб главной балки.

Высота разрезной главной балки принимается в пределах (1/10…1/13) =(1,6…1,23 м). Предварительно принимаем высоту балки h = 1,3 м.

Оптимальная высота балки из условия наименьшего расхода стали

здесь tw - толщина стенки балки, предварительно определяемая по эмпирической зависимости tw = 7 + 3h/1000 = 7 + 3·1300/1000 = 10,9 мм.

Принимаем tw = 11 мм.

Допускается отклонение оптимальной высоты балки в меньшую или большую сторону на 10…15%, так как это мало отражается на весе балки.

Максимально возможная высота балки

hстр = H - (tн + hбн + ?) = (1400 -1100) - (1 + 27 + 13) = 259 см,

где ?= fu + (30 …100 мм) = 7,02 + 5,98 = 13 см - размер, учитывающий предельный прогиб балки fu = 7,02 см и выступающие части, расположенные ниже нижнего пояса балки (толщина стыковых накладок, болты, элементы связей т.п.).

Сравнивая полученные данные,...