Визначення маси елементів балочної клітки

3.3.1. Визначивши оптимальні значення кроку балок настилу (прольоту настилу) і кроку другорядних балок (прольоту балок настилу в ускладненою балочної клітці), переходять до розрахунку елементів балочної клітки: сталевого настилу, балок настилу і допоміжних балок.

а) Розрахунок сталевого настилу

Відстань між допоміжними балками слід призначати таким, щоб воно вкладалося ціле число раз по довжині головних балок. На настил діють корисне навантаження і навантаження від власної маси конструкції. Для визначення розрахункового навантаження необхідно нормативні навантаження помножити на відповідні коефіцієнти надійності за навантаженням: для навантажень в виробничих приміщеннях - не менше 1,2; для власної маси конструкції - 1,05 [6].

Розрахунок настилу на міцність і жорсткість проводиться з урахуванням розтягуючих сил, що виникають за рахунок кріплення настилу до балок. Методику цього розрахунку см. [1, c.130].

б) Розрахунок допоміжної балки (балки настилу)

Розрахункова схема допоміжної балки являє собою однопролітного балку з шарнірними опорами: одна шарнірно-нерухома, а друга шарнірно-рухома. Опорами її (в балочной клітці нормального типу) служать головні балки і, отже, проліт допоміжної балки дорівнює кроку колон в поперечному напрямку. В якості допоміжних балок, як правило, застосовують прокатні двотаври. Навантаженням для допоміжної балки служать власна маса конструкцій і тимчасова корисне навантаження. При визначенні розрахункового навантаження враховуються коефіцієнти надійності за навантаженням. Підбір перерізу допоміжної балки ведеться за першим граничним станом, як розрізний балки, з урахуванням розвитку пластичних деформацій [7, п. 4.15]. Потім перевіряється прогин балки від нормативного навантаження (розрахунок по другому граничному стану). У балочной клітці ускладненого типу при виборі кількості допоміжних балок необхідно враховувати деякі конструктивні вимоги. Якщо головна балка має стик посередині прольоту, то рекомендується приймати кількість допоміжних балок парних з тим, щоб допоміжна балка не була у місці стику. Необхідно по можливості уникати розташування допоміжних балок в місці обпирання головної балки на колону.

Так як крок балок настилу невеликий, навантаження на допоміжну балку можна вважати рівномірно розподіленим. Нормативне навантаження на 1 пог. м. допоміжної балки складається з маси балок настилу, маси настилу і тимчасового навантаження.

Розрахунок допоміжної балки проводиться звичайним способом, з урахуванням розвитку в балці пластичних деформацій за умови дотримання деяких вимог [7].

3.3.2. При порівнянні варіантів компонування балочної клітки маса елементів визначається в кг:

при відсутності ребер жорсткості. при наявності ребер жорсткості;

б) прокатних балок настилу і другорядних балок по сортаменту;

в) другорядних складових зварних балок:

де площа перерізу і проліт другорядної балки;

будівельний коефіцієнт, що враховує ребра жорсткості, що дорівнює 1,10;

щільність матеріалу балки, що дорівнює 7,85 т / м 3.

3.3.3. Сумарну масу настилу, балок настилу і другорядних балок відносять до площі осередку:

- витрата стали на конструкції балочної клітки нормального типу (виключаючи головні балки) приведений до 1 м 2 площі, визначаються за формулою:

а для балочної клітки ускладненого типу - за формулою:

де маса 1 м 2 настилу;

маса 1 пог. м. допоміжної балки;

маса 1 пог. м. балки настилу;

відстань між балками настилу;

відстань між допоміжними балками.

Розрахунок головної балки

3.4.1. Підрахунок навантажень на головну балку і визначення розрахункових величин М і Q проводиться відповідно до прийнятої схеми розташування елементів балочної клітки. При цьому навантаження від власної маси головної балки може прийматися приблизно дорівнює 3% від повної нормативної навантаження.

При визначенні розрахункового навантаження, що діє на головну балку, вводяться відповідні коефіцієнти надійності за навантаженням встановлені нормами для постійного і тимчасового навантаження [6].

3.4.2. Підбір перерізу головної балки проводиться в такій послідовності:

1) За розрахунковим вигинає моменту М і розрахункового опору сталі, при вигині Ry визначається необхідний момент опору:

2) Призначається орієнтовно висота балки в результаті зіставлення:

а) оптимальної (найвигіднішої) висоти по витраті стали, визначається за формулою:

де коефіцієнт, який приймається для зварних балок - 1,0 ... 1,1;

товщина стінки балки, яка попередньо може бути обчислена за формулою:

б) найменшою висоти по жорсткості, яка визначається за формулою:

де проліт головної балки;

відношення нормативного навантаження до розрахункової; тут;

допускається відносний прогин (значення наводяться в СНиП [7] і таблиці 3);

в) будівельної висоти, яка визначається із завдання або 1 / 6L.

При призначенні висоти балки має бути вирішено питання про рівні сполучення головної балки з допоміжної і балками настилу, так як загальна висота балочної клітки не повинна перевищувати будівельну висоту.

Прийнята висота балки (в межах будівельного) повинна бути досить близька до оптимальної і при цьому більше найменшої висоти (в іншому випадку прогини балки будуть більше допускаються або напруги будуть нижче розрахункового опору матеріалу Ry. Тобто балка буде з перевитратою стали).

Потім визначається необхідний момент інерції для зварних балок:

3) Призначаються висота і товщина стінки. Висота стінки призначається шляхом вирахування із загальної висоти балки 5-7 см. Тобто передбачуваної товщини поясних листів в зварений балці. Висоту стінки слід призначати відповідно до сортаменту на листову сталь (кратної 5 см. При висоті до 1 м. І 10 см. При висоті понад 1 м. З тим, щоб при виготовленні стінки можна було використовувати листи ходових розмірів).

Товщина стінки призначається за прийнятою висоті в результаті зіставлення товщини стінки балки: прийнятої при визначенні. . одержуваної з умови [1, c. 161] міцності на зріз:

і. одержуваної з умови місцевої стійкості (при зміцненні стінки тільки поперечними ребрами жорсткості).

Внаслідок небезпеки корозії товщина стінки головних балок робочих площадок повинна бути не менше 8 мм.

4) Підбір перерізу поясів зварної балки проводиться в такій послідовності:

а) визначається момент інерції поясів:

б) при підборі перетину поясів необхідно мати на увазі наступні рекомендації: ширина поясів приймається зазвичай в межах висоти балки; кожен пояс зварної балки рекомендується проектувати з одного аркуша; товщина листа пояса повинна бути з міркувань місцевої стійкості стиснутого пояса не менше ширини і бажано, не більше 40 мм, так як при більшій товщині розрахункове опору стали, зменшується, а це призведе до збільшення витрат стали.

При призначенні розмірів горизонтальних листів слід, виходити зі стандартних ширини і товщини універсальної сталі (див. [8, 9]).

Для прийнятого перерізу визначаємо I і W.

Оскільки підбір перерізу є попереднім процесом, що встановлює необхідні розміри балки, потрібно провести перевірку нормальних напружень (розрахунок за першим граничним станом):

Перевірка несучої здатності головної балки по дотичним напруженням зазвичай є зайвою, оскільки товщина стінки приймається більше мінімальної.

Перевірка прогину головної балки (розрахунок по другому граничному стану) також є зайвою за умови, що прийнята висота балки більше, ніж знайдена вище найменша висота по жорсткості.

в) Зміна перетину головної балки по довжині здійснюється відповідно до епюр найбільших згинальних моментів. Головні балки майданчиків при прольоті 12 і більше метрів зазвичай проектуються змінного перерізу.

У місцях балки, де нормальні і дотичні напруження одночасно досягають великих величин, слід перевірити наведене напруга. Наведене напруга на рівні швів перевіряється за формулою:

У зварних балках зміна перерізу здійснюється зазвичай за рахунок зменшення ширини поясного листа.

Місце зміни перерізу визначають або з умови економічності (близько 1/6 прольоту від опори), або виходячи з найменшої раціональної за конструктивними і виробничим міркувань ширини поясного листа (і не менше половини початкової ширини поясного листа).

г) З'єднання поясів складовою балки зі стінкою розраховується на зсувні зусилля, що виникають при вигині балки (див. [1, c. 161]).

д) Перевірка загальної стійкості балок двотаврового перетину потрібно, якщо відношення вільної довжини стиснутого пояса до його ширині перевищує величини, наведені в спеціальній таблиці (див. [8 п.4, 17]).

е) Перевірка місцевої стійкості стінки проводиться відповідно до вказівки п. 6.1-6.9 СНиП [8].

Напруження зминання стінки під зосередженими вантажами не враховують з огляду на те, що відповідні перетину стінки зміцнюються ребрами жорсткості. Якщо стінка не стійка, то ставлять додаткові ребра жорсткості і знову перевіряють.

Розмір виступаючої частини парного симетричного ребра повинен бути не менше () мм, де висота балки в мм.

ж) Опорні ребра повинні бути щільно підігнані або приварені до нижнього поясу балки і перевірені на передачу опорної реакції з опори на балку з умови роботи на зминання:

Опорна ребро жорсткості потім перевіряють на поздовжній згин з площини балки як стійку з шарнірно-опертими кінцями, навантажену опорною реакцією (див. [8, п.6.9]). У розрахунковий переріз цієї стійки включається опорна ребро жорсткості і смуга стіни товщиною з кожної сторони ребра. Розрахункова довжина стійки приймається рівною висоті стінки.

3.4.3. Розрахунок стиків балок [1, c. 162-168].

При розробці стику на високоміцних болтах для зварної балки необхідно визначити можливе місце розташування стику (у зв'язку з ослабленням перерізу балки в місці стику отворами).

3.4.4. Розрахунок вузлів сполучення балок настилу (другорядних) з головною балкою наведено в дод. 4.