Компоновка элементов балочной клетки

Основными несущими элементами балочной клетки (БК) являются:

- колонны;

- главные балки (ГБ);

- второстепенные балки (ВБ);

- балки настила (БН);

- настил.

Размеры БК (расстояния между колоннами и отметка верха настила) задаются исходя из требований технологии производственного процесса и определяются проектным заданием.

При нормальном типе БК нагрузки от настила покрытия передаются на балки настила (БН), которые непосредственно опираются на главные балки (ГБ). Шаг главных балок (ГБ) равен пролету балок настила (БН), а шаг балок настила равен ширине листа. Все несущие элементы опираются друг на друга сверху.

В случае БК усложненного типа (рис.5)   балки настила (БН) опираются на второстепенные балки (ВБ) с шагом 0,6-1,6 м при стальном настиле (в данном примере а=1 м), которые в свою очередь опираются на главные балки (ГБ) и располагаются с шагом 2÷5 м (в данном примере шаг ВБ равен 2 м). Тип сопряжения балок может быть разный [3].

Рис.5. Схема расположения элементов балочной клетки.

БН – балка настила;

ВБ – второстепенная балка;

ГБ – главная балка;

К – 1 ÷ К - 3 – крайние колонны;

К – 4 – средняя наиболее нагруженная колонна.

3. Расчет балок настила

    В практике строительства применяются разрезные балки, которые просты в изготовлении и удобны для монтажа, и неразрезные балки, более эффективные с точки зрения расхода стали, но уступающие разрезным по технологии изготовления и монтажа. БН рассчитывается в данном варианте как частный случай в виде простой однопролетной балки на двух опорах. Опорами в расчетной схеме БН выступают ВБ.

 

Сбор нагрузок и статический расчет

    Балка настила воспринимает следующие нагрузки:

- нормативная нагрузка р^Н=2000 (кг/м²);

- расчетная нагрузка р^р=2400 (кг/м²);

- собственный вес настила g _Н ^Н =7850×0,01=0,79 (кг/м²);

Плотность стали – 7850кг/м³

    Для определения интенсивности распределенной нагрузки, действующей на БН, необходимо все нагрузки привести к погонным [кН/м]. Ширина грузовой площади балок настила равна их шагу, а=1 м (рис.5).

        

Нормативное значение нагрузки, действующей на БН:

 

 

Расчетное значение нагрузки, действующей на БН:

где: γ _f – коэффициент надежности по нагрузке;

           γ _{f 2} =1,05 – для металлических конструкций (п.2.2 [2]).

    Максимальный изгибающий момент (в середине пролета балки) равен:

    Максимальная поперечная сила (опорная реакция балки) равна:

Расчетная схема БН и эпюры внутренних усилий представлены на рис.6.

               

Рис.6. Расчетная схема балки настила.

Подбор сечения

    Расчет на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали с пределом текучести до 5400 кгс/см², несущих статическую нагрузку, при изгибе в одной из главных плоскостей следует выполнять по формуле (39) [1]:

,                                          (5)

где: 

   R _у – расчетное сопротивление материала балки по пределу текучести, R _у =2350 кгс/см²;

    γ_с – коэффициент условий работы конструкции для сплошных прокатных балок, несущих статическую нагрузку, при расчете на прочность принимается по табл. 1 [1], γ_с =0,9

    Требуемый момент сопротивления нетто поперечного сечения балки равен:

    Поскольку внутренние усилия, возникающие в балке, а также ее пролет невелики, балка может быть прокатной.

    По сортаменту прокатных профилей (прил. 14 [3]) выберем двутавр 14Б1 с моментом сопротивления сечения (W) не менее требуемого.

    Двутавр имеет следующие геометрические характеристики:

h = 13,74 см; b =7,3 см; t=0,56 см;

S _х =35,8 см³, J х =435 см⁴; W _х =63,3см³.

    Собственный вес 1 п.м. балок выбранного профиля составляет 0,105 кН/м.

        

Проверка прогиба

    Расчет по II предельному состоянию для изгибаемых элементов заключается в определении вертикального относительного прогиба элемента и сравнении его с нормируемым.

    Относительный прогиб однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, определяется по формуле (7.18а) [2]:

,                                        (7)

где: q^H – нормативное значение нагрузки, воспринимаемой БН (кгс/см);

        l – пролет БН (см);

        Е =2,1×10⁶ кгс/см² – модуль упругости стали;

        J _х – момент инерции сечения БН (см⁴).

    Вертикальные относительные прогибы элементов не должны превышать значений [ f / l ]=1/200.

                     ; ,

т.е. сечение БН удовлетворяет требованиям жесткости.

Расчет второстепенных балок