Балочные конструкции, балочная клетка, типы балочных клеток. Компоновка балочных конструкций. Типы балок и виды опирания балок. Расчет и конструирование элементов балочной клетки.

Общая характеристика балочной конструкции. Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом работающие на изгиб. Широкое распространение балок определяется простейшими конструкциями изготовления и надежность в работе. Для небольших пролетов до 15-20м наиболее рациональны сплошные балки. При больших пролетах (36 и более) используют двухступенчатые (коробчатого сечения) балки, в мостостроении применяют сплошные балки пролетом 200м и более. Балки применяют в конструкциях гражд., общ., и промыш. зданиях. Используются в качестве основных несущих элементов между этажных перекрытий покрытий, раб. и техн. площадок. Кроме того, применяются в мостах, эскадах и в качестве подкрановых конструкций для мостовых кранов.

Типы балок. В зависимости от величины и нагрузки пролета применяют балки I и [ сечения. По типу формирования сечения различают прокатные, гнутые, прессованные и составные балки. Составные балки могут быть сварными, болтовыми или клапанами.

Классификация по конструктивн. выполнению:

- бистальные балки (балки, сваренные из 2-х марок стали)

- балки из алюминиевых сплавов

- предварительно напряженные балки

- балки с гибкой стенкой

- балки с перфорированной стенкой

- сталебетонные балки

Наименее трудоемки – прокатные балки, но ограниченность сортамента не позволяет применение их при больших изгибающих моментах.

По расчетной схеме различают:

- однопролетные или разрезные

- многопролетные или неразрезные балки.

Наиболее просты в изготовлении и монтаже разрезные балки. Однако по расходу металла более экономичны – неразрезные балки, из-за разгружающего эффекта опорного момента.

Но неразрезные балки обладают большой чувствительностью и изменением температуры и осадкам опор.

Компоновка балочной конструкции.

Система нескольких балок называется балочной клеткой. Различают 3 типа балочных клеток: упрощенный, нормальный, усложненный.

В упрощенной балочной клетке нагрузка передается через настил на балки настила и через них на стены ограничивающие площадку.

1. Из-за небольшой несущей способности настила балки приходиться ставить достаточно часто, что рационально при необходимых параметрах.

В нормальном типе балочной клетки нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки. Главные балки опираются на колонны, стены или др. несущие конструкции. Балки настила обычно принимают прокатными.

2.В усложненной балочной клетки вводят дополн. вспомогат. балки. Они размещаются между балками настила и главными балками.

3.Выбор рационального типа балочной клетки зависит от многих факторов и целесообразность принимаемого типа м.б. установлено только сравнением возможных вариантов конструктивного решения. При таком выборе следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.

4. Настил балочных клеток. Толщина стального листа настила может достигать до 14мм и назначается в зависимости от нагрузки. Крепится настил к балкам на сварке, рассчитывается настил только на прогиб. Для расчета мысленно вырезается полоса настила шириной 1м. В расчет принимаются след. расчет. схема:

 

Виды опирания балок.

Различают следующие виды опирания балок: - по этажная, - в одном уровне, - пониженное сопряжение.

 

- отношение пролета настила к его толщине, n₀ – это заданное отношение пролета к его предельному прогибу (120-150), n₀= [l/f], E₁- цилиндрический модуль упругости материала настила, q - нормативная нагрузка на настил.

При ж/б настиле толщина настила назначается в зависимости от пролета и нагрузки по соот-м рекомендациям.

Подбор сечения и проверка ее способности прокатных балок. Расчет на прочность прокатных балок производится по изгибаемому моменту по формуле:

Для определения несущей способности на срез, определяется касательное напряжение:

Второе предельное состояние прогиб:

Составные балки в начале компонуются, т.е. определяются габаритные размеры полок и стенки. Скомпонованные сечения проверяются. При этом используются след. проверки – наибольш. нормативн. напряжение, наибольш. касател. напряжение, совместное действие нормативных и касательных напряжений. местная устойчивочть стенки и полок, общая устойчивость балки.

 

Колонны и стойки, работающие на центральное сжатие. Характеристика и виды стоек и колонн. Конструкция основных узлов колонн и стоек (оголовок и база). Расчет и конструирование сплошных и сквозных колонн.

В металлических конструкциях широко применяются работающие на центральное сжатие стержни колонны применяются для поддержания между карнизных перекрытий. Центрально сжатые стержни и стойки работают в составе конструктивных элементов, ферм, рам и т.п.

Колонны передают нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент и состоят из 3-х частей: - оголовок, на него опирается вышележащая конструкция; - тело колонны или стержень (основной конструктивный элемент, передающий усилие от оголовка к базе); - база, передает нагрузку от стержня на фундамент.

 

Расчет и конструирование основного элемента стержня колонны или тела колонны для центрально сжатых колонн и стержней производиться одинаково. По статической схеме и характеристике нагружения колонны м.б. одно- и многоярусными, по виду сечения м.б. сквозными и сплошными.

Сплошные колонны. Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра прокатного или сборного крестообразного профиля и трубчатого профиля.

Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость в обоих плоскостях д.б. равны. При одинаковых расчетных длинах д.б. равными и радиусы инерции.

Для двутавровых сечений, особенно обычного двутавра с уклоном полок, это условие не соблюдается, этот тип профиля ограниченно применим. Широкополочный двутавр более пригоден для колонн. Существуют специально созданные сечения колонны двутавров.Сборный двутавр состоит из 3-х листов, является основным типом сечения колонны при большой нагрузке. Равноустойчивым в 2-х направлениях и простым в изготовлении являются колонны крестового сечения. При одинаковых габаритах крестового сечения колонны обладают большей жесткостью, чем двутавровое. Весьма рациональные колонны трубчатого сечения с радиусом инерции i=0,35d. Преимущества колонн замкнутого сечения проявляются в равноустойчивости, полигамности и эстетичности внешнего вида. К недостаткам относится недостаточность внутренней полости для отрасли. Такие колонны д.б. защищены от проникновения влаги внутрь.

1. Основные типы сечений стержней. Решетки обеспечивают работу ветвей колонны. Различают решетки следующих систем: раскосные, раскосные с распорками, безраскосные.

 

Выбор расчетной схемы. Расчетная схема одноярусной колонны определяется способом закреплением ее в фундамент и способе прикрепления балок передающих нагрузку на колонну. Соединение колонны с фундаментом м.б. жестким или шарнирным, балки могут опираться сверху на колонну, либо сбоку, более жесткая при при достаточно мощной балочной конструкции опирания балки сбоку можно считать защемленным сверху.

Подбор сечения колонн сплошного сечения. Задавшись типом сечения колонн опред-т треб. площадь сечения: . Поэтому предварительно определяют коэффициент задаваясь гибкостью (от 70 до 100 для легких колонн, от 50 до 70 для мощных колонн). При использовании прокатных сплошных сечений профиль выбирают из сортамента. При сварном сечении компанируют его из 3-х листов. Проверяют сечение по 1-му предельному состоянию:

Подбор сечения сквозных колонн. По конструктивным требованиям компануются сечения сквозной колонны и провер-ся: 1) устойчивость общая для всей колонны; 2) устойчивость отдельных ветвей; 3) рассчитываются элементы решетки; 4) проверяется несущая способность сварных швов крепления решетки.

Конструкция базы колонн должна соответствовать расчетной схеме колонны. При шарнирном опирании д.б. обеспечен некоторый поворот колонны относительно фундамента. При жестком опирании поворот не допускается. При небольшой мощности колонн часть применяют базы с траверсами.

Оголовки колонн

Сквозные колонны. Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из 2-х ветвей (швеллера, двутавра), связанных между собой решетками. Ось пересекающая ветви называется материальной осью. Ось параллельная ветвям наз-ся свободной.