РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ
Исходные данные приняты по заданию (см. приложение 1).
При проектировании конструкции балочного покрытия рабочей площадки цеха выбирают систему несущих балок, называемую балочной клеткой.
В рабочих площадках применяют три типа балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Типы балочных клеток:
а – упрощенный; б – нормальный; в – усложненный
В упрощенной балочной клетке нагрузки передаются через настил на балки настила, опирающиеся на стены или другие несущие конструкции. Нормальный тип включает главные балки и опирающиеся на них балки настила, непосредственно поддерживающие настил. В усложненном типе добавляются вспомогательные балки, укладываемые на главные, на них опираются балки настила и настил. Для уменьшения трудоемкости изготовления балочной клетки, балки настила и вспомогательные балки обычно принимают прокатные. В качестве настила используются стальные листы или железобетонные плиты.
Тип балочной клетки устанавливается в зависимости от значения технологических нагрузок, расстояний между колоннами (пролета и шага) и обосновывается технико-экономическими расчетами.
В курсовой работе необходимо рассмотреть два варианта компоновки балочной клетки – нормальный и усложненный. Параметрами оптимизации являются шаг балок настила в первом варианте, шаг балок настила и вспомогательных балок во втором варианте. Для выбора оптимального варианта необходимо подобрать сечение балок, определить их количество и суммарный расход стали по каждому варианту. К разработке принимается наиболее экономичный вариант по расходу материалов и трудоемкости монтажа, определяемой количеством монтажных единиц.
|
|
|
Пространственная неизменяемость и жесткость рабочей площадки обеспечиваются связями между колоннами в продольном и поперечном направлениях, связями между балками, распорками.
Нагрузка на элементы балочной клетки собирается с соответствующей грузовой площади (рис. 4.2).
Согласно заданию конструкции возводятся в климатическом районе c расчетной температурой t = –40оС. Для конструкций, работающих при статической нагрузке, по СП 16.13330.2011 [4] согласно табл. 2.1 принята сталь:
– для элементов настила перекрытий, относящегося к третьей группе, –С235 с расчетным сопротивлением R y = 23 кН/см2;
– для несущих элементов (прокатные балки настила и вспомогательные балки) при отсутствии сварных соединений, относящихся к третьей группе, –С245 с расчетным сопротивлением R y = 24 кН/см2 при толщине прокатной стали до 20 мм;
– для составных сварных балок и их элементов, относящихся ко второй группе, – С255 с расчетным сопротивлением R y = 24 кН/см2 для проката толщиной до 20 мм, R y = 23 кН/см2 –свыше 20 мм до 40 мм;
|
|
|
– для сварных колонн и их элементов, относящихся к третьей группе, –С245 с расчетным сопротивлением R y = 24 кН/см2 для проката толщиной до 20 мм, R y = 23 кН/см2 –свыше 20 мм до 30 мм.
Расчетное сопротивление стали срезу R s = 0,58R y.
Рис. 4.2. Схема балочной клетки
Вертикальные предельные прогибы f u элементов балочной клетки от постоянных и временных нагрузок, допустимые по условиям нормальной эксплуатации, регламентируются нормами в зависимости от назначения балок. Для балок и настилов при пролете l предельные прогибы приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Вертикальные предельные прогибы f u
Элементов балочной клетки
| Элемент | Предельный прогиб f u |
| Стальной настил | l/150 |
| Балки настила | l/200 |
| Вспомогательные балки | l/250 |
| Главные балки | l/400 |
Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по методу предельных состояний, основные положения которого должны быть направлены на обеспечение безотказной работы конструкций с учетом изменчивости свойств материалов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условий их работы, а также степени ответственности (народнохозяйственной значимости) проектируемых объектов, определяемой материальным и социальным ущербом при нарушении их работоспособности.
|
|
|
Под предельным состоянием строительных конструкций понимается состояние строительных конструкций здания или сооружения, за пределами которого дальнейшая эксплуатация здания или сооружения опасна, недопустима, затруднена или нецелесообразна либо восстановление работоспособного состояния здания или сооружения невозможно или нецелесообразно.
Расчет конструкций по предельным состояниям направлен на предотвращение достижения любого из предельных состояний здания или сооружения (обеспечение их надежности) в течении всего его срока службы, а также при производстве работ по их возведению.
Нормами проектирования в соответствии с характером предъявляемых к конструкции требований установлены две группы предельных состояний.
Первая группа включает в себя состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций (зданий и сооружений в целом) или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и сооружений в целом вследствие разрушения любого характера (вязкого, хрупкого, усталостного), потери устойчивости формы, потери устойчивости положения, перехода конструкции или здания (сооружения) в геометрически изменяемую систему, качественного изменения конфигурации в результате чрезмерного развития пластических деформаций, сдвигов в соединениях и др. Неразрушимость конструкций должна быть обеспечена на всем протяжении ее работы, поэтому расчет конструкций по несущей способности производится на максимальное воздействие расчетных нагрузок.
|
|
|
Вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматриваемым сроком службы вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок опор, углов поворота), колебаний, трещин и т.п. (при эксплуатации металлических конструкций трещины не допустимы). При расчете конструкций или их элементов по второй группе предельных состояний перемещения и деформации определяют от максимальных нагрузок нормальной эксплуатации.
Под нормальной эксплуатацией понимается эксплуатация, осуществляемая (без ограничений) в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование технологическими или бытовыми условиями.
Расчет конструкции обычно состоит из следующих этапов: установление расчетной схемы, сбор нагрузок, определение усилий в элементах конструкции, подбор сечений и проверка напряженно-деформированного состояния конструкции в целом, ее элементов и соединений с целью не допустить ни одного из предельных состояний.
Элементы конструкций подразделяются на три класса в зависимости от напряженно-деформированного состояния (НДС) расчетного сечения:
1-й класс – НДС, при котором напряжения по всей площади сечения не превышают расчетного сопротивления стали │σ│≤ R y (упругое состояние се
чения);
2-й класс – НДС, при котором в одной части сечения │σ│< R y, а в дру-
гой│σ│= R y (упругопластическое состояния сечения);
3-й класс – НДС, при котором по всей площади сечения │σ│= R y (пластическое состояния сечения, условный пластический шарнир).
Класс напряженного состояния сечения при проектировании следует назначать в зависимости от допустимых пластических деформаций, целесообразных размеров сечения элемента в целом, толщины стенок и поясных листов. Следует учитывать назначение конструкции, характер нагрузок и воздействий, опасность хрупкого разрушения, агрессивность среды, конструктивные ограничения, степень огнестойкости и другие факторы.
Расчет на прочность балок в упругой стадии работы сечения выполняют по формулам:
– при действии момента в одной из главных плоскостей
;
– при действии в сечении поперечной силы
где M и Q – максимальные изгибающий момент и поперечная сила, найденные от расчетной нагрузки;
W n,min – момент сопротивления ослабленного сечения;
S – статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;
I –момент инерции сечения;
t w – толщина стенки.
Расчет на прочность с учетом пластических деформаций разрезных балок 2-го и 3-го классов двутаврового сечения из стали с нормативным сопротивлением R yn ≤ 44 кН/см2 при обеспечении общей устойчивости балки и местной устойчивости ее элементов (сжатого пояса и стенки) согласно требованиям СП [5] и при касательных напряжениях в месте максимального момента τ x = Q x/A w ≤ 0,9R s при изгибе в плоскости наибольшей жесткости (I x > I y) выполняется по формуле
где M x – максимальный изгибающий момент;
c x – коэффициент, учитывающий резерв несущей способности изгибаемого элемента, обусловленный пластической работой материала (принимается согласно табл. 4.2);
β – коэффициент, принимаемый равным:
– при τ x ≤ 0,5R s β = 1;
– при 0,5R s < τ x ≤ 0,9R s
где α f = A f/A w – отношение площади сечения пояса к площади сечения стенки.
Таблица 4.2
Значения коэффициентов c x, c y для двутаврового сечения
| Коэффициент | α f = A f /A w | |||
| 0,25 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | |
| с (с x) | 1,19 | 1,12 | 1,07 | 1,04 |
| с y | 1,47 | |||
При расчете сечения в зоне чистого изгиба следует принимать β = 1,авместо коэффициента c x
с xm = 0,5 (1 + c x).
Для балок, рассчитываемых с учетом пластических деформаций, расчет на прочность в опорном сечении (при M = 0) выполняют по формуле
где Q x – максимальная поперечная сила вблизи опоры балки;
t w и h w – соответственно толщина и высота стенки.
При ослаблении стенки отверстиями для болтов (при необходимости) левую часть формулы умножают на коэффициент
α = s/(s – d),
где s – шаг отверстий под болты;
d – диаметр отверстия.
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 668; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!