Балки и балочн. стальн. констр.: область применения, типы, последовательность расчета и конструирование

Область применения: в конструкциях рабочих площадок, перекрытий промышленных и гражданских зданий, эстакад, мостов и др. сооружений.

Классификация. Они классифицируются: в зависимости от расчетной схемы, типу сечения, способу изготовления.

В зависимости от расчетной схемы, балки различают: разрезные (однопролетные), неразрезные (многопролетные), консольные

По типу сечения – прокатные (обычные или с параллельными гранями – широкополочные) и составные сечения (сварные, клепанные и болтовые).

Пояса составных балок могут выполняться из сталей повышенной или высокой прочности, а стенка из углеродистой стали. Такие балки называются бистальные.

Компоновка балочных перекрытий.

Балочной клеткой (площадкой) называется система несущих балок, образующих конструкцию перекрытия.

Балочная клетка представляет собой конструкцию, состоящую из одной или нескольких систем балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям. В балочной клетке преимущественно применяются разрезные балки.

Различают 3 типа балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный.

Упрощенный тип состоит из балок, уложенных в одном направлении, параллельно меньшему размеру перекрытия.

 

 

А – шаг колонн в продольном направлении; В – шаг колонн в поперечном направлении; а – шаг балок;

1. главные балки; 2. вспомогательные балки (настила)

 

Нормальный тип балочной площадки представляет собой систему главных балок (1) и балок настила (2). Главная балка опирается на колонны или стены, а балки настила опираются на главные балки составного сечения.

а – шаг вспомогательных балок; b – шаг балок настила;

Усложненный тип – это система главных балок (1), вспомогательных (второстепенных) балок (2) и балок настила (3).

Типы сопряжений балок: поэтажное, в одном уровне, пониженное и повышенное. Отметка верха габарита под площадкой устанавливается в увязке с габаритами оборудования, располагаемого под перекрытием площадки или в соответствии с другими требованиями.

Расчёт стального настила

В зависимости от интенсивности нагрузки для настила принимают листы толщиной t_d

Стальной настил рассчитывается как балочный элемент или как упругая висячая конструкция.

Расчёт прокатных балок.

Подбор сечения прокатной балки осуществляется в следующей последовательности:

1. Выбор марки стали

2. Определение нормативных и расчётных нагрузок.

3. Определение  и .

4. Вычисляют требуемый момент сопротивления

W_n.min³M/R_yg_c

5. По сортаменту принимается ближайший профиль.

6. Проверка подобранного сечения из условия жёсткости

Если верхний пояс недостаточно закреплен (отсутствует сплошной жёсткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки или отношение расчётной длинны балки l_cf к ширине сжатого пояса b превышает значения, рекомендуемые СНиП, выполняется проверка общей устойчивости :

где j_в-коэффициент, определяемый по указаниям прил. 7 СНиП II-23-81;

W_c-следует определять для сжатого пояса.

Компоновка составного сечения главной балки

Расчётная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом (вариантом) балочной клетки.

Сечение составной балки обычно состоит из трёх листов: стенка и двух поясов. Проектирование включает два этапа: на первом компонуют и подбирают сечение, на втором – проверяют прочность и устойчивость балки в целом и её элементов, а также проверяют по прогибу. Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

Максимальная высота балки ограничивается заданными габаритами помещения. После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы её на срез и сравнивают с ранее назначенной.

Сечение составной главной балки

 

Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления её продольными рёбрами обеспечивается, если соблюдается условие

.

Сечение поясов балок подбирают по максимальному расчётному изгибающему моменту и требуемой площади полок. Требуемую площадь полки находят по следующей приближённой формуле, не учитывающей момент инерции пояса относительно собственной оси:

,

где J_f=J-J_w – момент инерции поясов относительно центра тяжести сечения;

J=Wh_w/2 – момент инерции балки;

J_w=t_wh_w³/12 – момент инерции стенки балки;

h₀ – расстояние между центрами тяжести полок (h₀=h-t_f).

Назначив сечения стенки и полок, вычисляют фактическое значение W и проверяют нормальные напряжения

 или

При удачном подборе сечения разница между s и R_y должна быть не больше 5%, при этом перенапряжение не допускается. Максимальные касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки не должны быть выше R_s металла стенки

Относительный прогиб балки f/L не должен превосходить предельного значения 1/n₀, установленного нормами. От действия распределённой нагрузки:

.

Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной h_min.

Проверка общей устойчивости главной балки.

,

где W_c - следует определять для сжатого пояса;

j_b - коэффициент, определяемый по прил. 7 [3].

При отношении расчётной длинны балки l_ef к ширине сжатого пояса b, не превышающем нормативных значений устойчивость проверять не требуется.

Расчётная длина главной балки l_ef принимается равной расстоянию между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений.

При сопряжения балок настила с главной в одном уровне сжатый пояс главной балки полностью закреплён стальным настилом, т.е общая устойчивость главной балки в этом случае обеспеченна.

При сопряжении балок настила или вспомогательных балок в разных уровнях точками закрепления считают места опирания балок настила или вспомогательных балок, если узел сопряжения обеспечивает закрепление сжатого пояса от поперечного смещения.

В рабочих площадках общая устойчивость главной балки, как правило, обеспечивается конструктивными мероприятиями, т.е без расчёта.

98Основные положения расчета стального каркаса произв-х зданий

Задача проектирования стальных каркасов производственных зданий заключается в:

- создании рациональных систем каркаса, служащего для перекрытия различных помещений.

Конструкция чеха или производственного здания представляет собой сплошную пространственную систему, состоящую из отдельных элементов.

Применение цельного стального каркаса пром. зданий может быть оправдано не во всех случаях (руководствоваться техническими правилами ТП 101-81).

Одной из основных задач проектирования конструкций производственных зданий, является правильное обоснование, того или иного материала (по ТП).

Основным фактором определяющим выбор стали или ж/б является:

- производственный режим;

- условия эксплуатации конструкций;

- сроки их возведения;

Кроме того, на выбор материала могут влиять габаритные размеры частей сооружения, а также эксплуатационные нагрузки и условия транспортирования конструкций.

Устройство стального каркаса оправдано для тяжелых цехов (по условиям режима работы: сталеплавильные, металосборочные и т.д.) большой производительности оборудованных крупногабаритными агрегатами, обслуживаемыми кранами

Q=200-350т.

Цехи заводов легкого и от части среднего машиностроения характерны для зданий легкого типа. В таких цехах наряду с цельными ж/б каркасами возможны комбинированные (смешанные в виде ж/б колонн и стальных ферм).

Основы компоновки каркаса и факторы, влияющие на нее.

Факторы, влияющие на компоновку каркаса:

1. Технологические условия (влияют на объемно-планировочное решение).

Данные о расположении и габаритах, о рабочих агрегатах.

2. Данные об эксплуатационном решении здания (например работа агрегатов и влияние на внутренний режим цеха; вопросы, связанные с эксплуатацией сооружения; вопросы, связанные с перспективами развития производства).

3. Условия эксплуатации – расположение конструкций, их схемы и габаритные размеры должны обеспечивать:

а) доступность и удобство обслуживания агрегатов цеха и их ремонта.

б) возможность нормальной эксплуатации кранового оборудования (придать цеху поперечную и продольную жесткость).

в) доступность ремонта и осмотра кранового хозяйства.

г) возможность осуществление требуемых условий аэрации, водоснабжения и т.д.

Основные элементы каркаса и их назначение.

Каркас каждого цеха состоит из плоскостных, обычно рамных, несущих конструкций взаимно связанных между собой.

Конструкция каркаса может быть расчленена на следующие элементы:

1) плоские несущие системы (стойка, ригель)

2) элементы покрытия (шатра), т.е. ферма + фонари + прогоны кровель.

3) связи, часть которых также относятся к покрытию.

4) каркас стен (фахверк).

В процентном отношении:

· шахтер + связи – 60% (для легких конструкций)

– 20% (для тяжелых)

· подкрановые балки – 10% (для легких конструкций)

– 40% (для тяжелых)

· колоны – 15% (для легких конструкций)

– 35% (для тяжелых)

· фахверк + связи (вне шатра) – 15% (для легких конструкций)

          – 5% (для тяжелых)

99Осн. полож. расч. и констр-ния внец. сжат.стальн. колонн сплошного и сквозного сечений

Расчетная длина колонны в плоскости рамы 1_Хзависит от формы потери устойчивости и определяется как произведение геометрической длины на коэффици­ент µ.

Для колонн с постоянным по высоте сечением коэффициенты расчет­ной длины µ принимают в зависимости от способа закрепления колонн в фундаменте.

Сплошные колонны.

Составные сечения компо­нуют из трех листов или листов и сварных а также прокатных двутавров. При компоновке составных сечений необходимо обеспе­чить условия применения авто­матической сварки, а также местную устойчивость полок и стенки.

Стержень внецентренно сжатой колонны должен быть проверен на прочность и устойчивость как в плоскости, так и из плоскости рамы.

Проверку прочности необходимо делать только для колонн, имеющих ослабленные сечения, а также при значениях приведенного эксцент­риситета m>20. В большинстве случаев несущая способность колонны определяется ее устойчивостью.

Проверку устойчивости сплошной внецентренно сжатой колонны в плоскости действия момента М_х выполняют по формуле: ,

где φ - коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжа­тии зависит от условной гибкости стержня λ_Х = λ√(R/Е) и приведенного эксцентриси­тета m_x=mη; m=e_x/p_x=M_xA/NW - относительный эксцентриситет; W - момент сопротивления наиболее сжатого волокна; η - коэффициент влиянияформы сечения.

При проверке устойчивости следует рассмотреть возможные комби­нации М_хи N и выбрать из них наихудшие.

По полученным значениям m_хи λ_Х определяют коэффи­циент η. В первом приближении можно принять соотношение площадей полки и стенки А_П/А_СТ =0,5. Зная величину приведенного эксцен­триситета и условную гибкость получим зна­чение коэффициента ф и по формуле А_тр=N/φRγ требуемую площадь се­чения А_тр. По требуемой площади А_тр подбирают по сортаменту прокатный двутавр или компонуют се­чение из трех листов. Наиболее выгодным по расходу стали является тонкостенное сечение. Однако минимальная толщина листов ограничи­вается условиями местной устойчивости.

Назначив толщину стенки, определяют требуемую площадь полки А_п:

А_п=(А_тр-t_стh_ст)/2

После проверки подобранного сечения в случае необходимости (при недонапряжении свыше 5 % или перенапряжении) проводят корректи­ровку и повторную проверку.

Стенки сплошных колонн при h_ст/t_ст≥2,2√E/R нужно укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5 - 3)h_СТ одно от другого, которые увеличивают жесткость колонны при кручении. На каждом отправочном элементе должно быть не менее двух ребер. Сварные швы, соединяющие стенку и полки в составных сечениях, следует выполнять сплошными. Высоту швов назначают в завис-ти от толщины полок.

Решетчатые колонны.

Стержень решетчатой колонны состоит из двух ветвей, связанных между собой соединительной решеткой. Решетку обычно устанавлива­ют в двух плоскостях (по граням ветвей), хотя для легких колонн- ино­гда применяют решетку, расположенную по оси сечения. Для лучшего включения обеих ветвей колонны в работу на вертикальную нагрузку ст кранов в колоннах крайних рядов верхний конец первого (сверху) раскоса целесообразно крепить к подкрановой ветви. Для колонн крайних рядов чаще применяют несимметричные сечения.

Колонны средних рядов проектируют обычно симметричного сечения с ветвями из прокатных профилей ли­бо составного сечения. Сквозная колонна работает как ферма с парал­лельными поясами; от действующих в колонне расчетных усилий N и М в ее ветвях возникают только продольные усилия. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Несущая способность колонны может быть ис­черпана в результате потери устойчивости какой-либо ветви или в результате потери устойчивости ко­лонны в целом (в предположении, что она работает как единый сквоз­ной стержень).

После определения расчетных усилий в ветвях каждую из них про­веряют на устойчивость в обеих плоскостях как работающую на центральное сжатие.

Относительный эксцентриситет для сквозных сечений определяют по фор­муле m=e∙A/W=M_xAy/NI

где М_х - расчетное значение изгибающего мо­мента при проверке устойчивости; А - площадь сечения стержня (обеих ветвей); I - момент инерции сечения колонны; y - расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести наиболее нагруженной ветви колонны.

Расчет ветвей на совместное действие продольной силы и момента от внецентренного крепления решетки обычно не производят, так как местные пластич. деформации приближают условия работы колон­ны к принятой расч-й схеме с шарнирными узлами и несущественно влияют на несущ. спос-ть колонны.

100 Особ-сти расч. и констр-ния стальн. ферм из прокат-х профилей

В современных производственных зданиях применяют фермы разнообразного очертания.

По очертанию фермы делятся на: треугольные; полигональные (верхний или нижний пояс ломанный); арочная; с параллельными поясами; трапециидальные;

Выбор типа ферм зависит от технологических условий производства.

Высоту стропильных ферм в середине пролета принимают в пределах:         h_ф = (1/7 – 1/10)L; L – пролет ферм;

В некоторых случаях высоту ферм устанавливают из условия жесткости, когда к конструкциям предъявляют высокие требования (например: в конструкциях, работающих на подвижные нагрузки: фермы подкрановых эстакад, мостовых кранов и т.д.).

Генеральные размеры ферм:

Пролет L, высота ферм на опоре (h_оп), высота фермы в середине пролета.

Определение усилий в элементах ферм графическим методом построения диаграммы Максвелла-Кремона.

Прежде, чем приступить к определению усилий, необходимо выполнить сбор нагрузок, составить расчетную схему и на расчетной схеме равномерно распределенную нагрузку привести к системе сосредоточенных сил.

Сосредоточенные силы должны быть приложены в узлах ферм

Далее определяем усилия в элементах фермы графическим методом (построение диаграммы Максвелла-Кремона).

H = 1/h_o;

1 = LxVÞV = 1/L;

Выбираем масштаб сил диаграммы. Обозначение внутренних (замкнутых) контуров – цифрами, а внешних (разомкнутых контуров) – буквами (а, б, в).

Обозначения этих полей необходимы для того, чтобы можно было читать усилия, действующие в элементах ферм.

Диаграмма начинает строиться с построения внешнего многоугольника сил, который должен быть замкнут.

Предварительно определяются опорные реакции и обход, например, по часовой стрелке.

Определение усилий производить методом вырезания узлов.

 

Подбор сечения элементов ферм. Расчет и конструирование.

1) В первом приближении задаемся гибкостью l_х = 60 – 90.

2) По таблицам СНиП для центрально-сжатых стержней определяем j_х.

3) Определив j_х из условия обеспечения устойчивости, определяем требуемую площадь сечения:

4) По сортаменту принимаем номер профиля (например 2 парных уголка). Выписываем для профиля его характеристики, такие как А,i_y.

5) Проверка на устойчивость из плоскости фермы:

;

где l_y – расчетная длина элемента фермы;

Расчетные длины элементов ферм смотри СНиП. Определив f_у, выполняем проверку, из которой видим величину s.

s = N/A*f_y;

Для растянутых элементов, площадь подбираем из условия прочности:

N/A ≤ R_yg_c; ® А_н – по сортаменту;

Z_o, b – по сортаменту; N_o – усилие обушка; N_п – усилие у пера; SМ_о = 0; N*z_o - N_пb = 0; N_п = N*z_o/b = N/3; z_o = 1/3b; N_o = 2/3N;

101 Листовые метал.констр.: классиф., общ. характ-ка, особ-ти напряженного состояния и расчета.

Листовыми называются конструкции, состоящие в основном из ме­таллических листов и предназначенные для хранения или транспорти­рования жидкостей, газов и сыпучих материалов.

К листовым конструкциям относятся: резервуары для хранения неф­тепродуктов, воды и других жидкостей; газгольдеры для хранения и распределения газов; бункера и силосы для хранения и перегрузки сы­пучих материалов; трубопроводы больших диаметров для транспорти­рования жидкостей, газов и размельченных или разжиженных твердых веществ; специальные конструкции металлургической, химической и других отраслей промышленности (кожухи доменных печей, воздухона­гревателей, пылеуловителей, электрофильтров, сосуды химической и нефтегазовой аппаратуры и т. д.); дымовые и вентиляционные трубы, сплошностенчатые башни, градирни; защитные сооружения-оболочки АЭС.

Условия работы листовых конструкций весьма разнообразны: они могут быть надземными, наземными, полузаглубленными, подземными, подводными; могут воспринимать статические и динамические нагруз­ки, работать под низким, средним и высоким давлением, под вакуумом, под воздействием низких, средних и высоких температур, нейтральных или агрессивных сред и т. д.

Основными особенностями листовых конструкций, отличающими их от других металлических конструкций, являются следующие. Для них характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек, на участках защемлений их у колец жесткости, крыш и днищ возникают местные напряжения, быстро затухающие по мере удаления от этих участков (явление краевого эффекта). Листовые конструкции почти всегда совмещают несущие и ограждающие функции.

Сварные соединения выполняются встык, внахлестку и впритык. На­иболее целесообразно соединение встык, обусловливающее наименьший расход металла и высокую надежность соединения.

 Основные положения расчёта

Листовые конструкции рассчитывают на прочность, устойчивость и выносливость. В местах изменения геометрической формы или толщины, а также изменения нагрузки должны быть учтены местные напряжения (краевой эффект).

При расчёте решающую роль играет безмоментное напряжённое состояние.

Расчет на прочность листовых конструкций (оболочек вращения), находящихся в безмоментном напряженном состоянии, выполняется по формуле: ,

где σ₁, σ₂ - нормальные напряжения по двум взаимно перпендикулярным направле­ниям; τ_S - касательные напряжения; R— расчетное сопротивление металла по преде­лу текучести.

Расчет на устойчивость листовых конструкций выполняется с учетом особенностей их конструктивных форм и нагрузок.

Листовые конструкции таких сооружений, как дымовые и вентиляци­онные трубы, мачты, градирни и др., проверяемые на резонанс от дей­ствия ветра, а также бункера, воспринимающие многократно действую­щие вибрационные нагрузки, следует проверять расчетом на выносли­вость по пп. 9.1 и 9.2 СНиП П-23-81.

 

 

ЭКОНОМИКА СТРОИТЕЛЬСТВА

---

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 659; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!