Основы проектирования балок и балочных клеток
1. Общие сведения
балка металлический несущий
Балочная клетка представляет собой систему
несущих балок одного или нескольких направлений, предназначенных для восприятия
нагрузок и передачи их на колонны или стены. Балочные клетки применяют в
рабочих площадках, покрытиях и перекрытиях зданий, в пролетных строениях
мостов, в затворах гидротехнических сооружений и т.д. На балочную клетку
укладывается стальной или железобетонный несущий настил.
По схеме компоновки в плане различают три типа
балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный (рис. 1). Упрощенный тип
(рис. 1, а) основан на использовании балок одного направления, располагаемых
обычно параллельно меньшей стороне перекрытия и передающих нагрузку на колонны
или стены. Нормальный тип балочной клетки (рис. 1, б) состоит из главных балок
и балок настила, по которым укладывается настил. В усложненном типе (рис. 1, в)
имеются три вида балок - главные, вспомогательные, воспринимающие нагрузку от
балок настила, и балки настила. В этом типе балочной клетки нагрузка передается
на опоры наиболее длинным путем.
Упрощенный тип балочной клетки рекомендуется
применять при мощных настилах, перекрывающих большие расстояния, или при малых
пролетах, так как частое размещение длинных балок нерационально и утяжеляет конструкцию.
Усложненный тип целесообразно использовать, когда необходимо перекрывать
сравнительно большие пролеты, а число внутренних колонн свести к минимуму.
Нормальный тип является наиболее распространенным типом балочной клетки.
В балочных клетках главные балки проектируют,
как правило, составными, а вспомогательные балки и балки настила - прокатными.
Главные балки опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний между
ними. Балки настила устанавливают с шагом 0,6…1,6 м при стальном настиле и с шагом
2,0…3,5 м при железобетонном настиле. Расстояние между вспомогательными балками
обычно назначается в пределах 2…5 м, и оно, как правило, принимается кратным
пролету главной балки.
Выбор типа балочной клетки связан с вопросом о
сопряжении балок между собой по высоте. Возможны три варианта сопряжения балок
в балочной клетке (рис.2): этажное, в одном уровне верхних поясов и пониженное.
Конструкция этажного сопряжения (рис. 2, а) наиболее проста и удобна с точки
зрения монтажа, но ведет к увеличению строительной высоты. Сопряжение в одном
уровне (рис. 2, б) и пониженное (рис. 2, в) рекомендуется применять в случае
ограничения строительной высоты покрытия или перекрытия: первое - в нормальном
типе балочной клетки, второе - только в усложненном типе.
Тип балочной клетки выбирают в зависимости от ее
назначения, габаритных размеров, типа настила, схемы расположения нагрузок и их
величин, а также исходя из наименьших затрат металла и труда на изготовление и
монтаж конструкций.
В настоящей работе изложены основные положения
по расчету и конструированию металлических балочных клеток нормального типа для
одноэтажной рабочей площадки со стальным плоским настилом.
При проектировании балочных клеток нормального
типа решаются следующие вопросы:
. Разработка схемы балочной клетки;
. Расчет стального настила;
. Расчет балки настила;
.Расчет главной балки;
. Расчет узлов сопряжений конструкций;
. Расчет центрально сжатой колонны (стержень,
оголовок, база);
. Разработка рабочих чертежей.
Проектируемая балочная клетка нормального типа
включает два вида пересекающихся несущих балок - главные балки и балки настила,
на которые опирается плоский стальной настил. Постоянные и временные нагрузки в
балочной клетке нормального типа передаются с настила на балки настила, которые
в свою очередь передают их на главные балки, опирающиеся на колонны.
На основании задания на проектирование в
пояснительной записке, входящей в состав проектной документации, вычерчивается
схема расположения элементов балочной клетки с указанием основных размеров,
осей, маркировки элементов и грузовых площадей на рассчитываемые элементы
(настил, балка настила, главная балка, колонна).
Учитывая значительные пролеты главных балок,
составляющие, как правило, 9…12 м и более, их проектируют при необходимости с
членением на отправочные элементы, по возможности одинаковые, удовлетворяющие
требованиям транспортировки и монтажа наиболее распространенными средствами. На
монтаже отправочные элементы объединяют в единую конструкцию устройством
монтажного стыка, выполняемого сваркой или на высокопрочных болтах с
накладками.
Если монтажные стыки расположены посередине
пролета главных балок, то при разработке схемы балочной клетки балки настила
располагают симметрично относительно этой середины. Для упрощения монтажных
стыков, а также узлов сопряжения балок настила с главными балками, необходимо
среднюю часть пролета главной балки оставлять свободной, т.е. балка настила не
должна приходиться на монтажный стык главной балки. Сопряжение балок настила с
главными балками рекомендуется принимать в одном уровне верхних поясов.
. Нормальный тип балочной клетки
Главные балки проектируют, как правило,
составными, а вспомогательные балки и балки настила - прокатными. Главные балки
ориентируют вдоль большей стороны ячейки (часть балочной клетки в пределах
четырех соседних колонн), размер которой является пролетом главных балок L.
Расстояние между колоннами в перпендикулярном направлении представляет собой
шаг балок B. Расстояние между балками настила и вспомогательными балками (шаг
балок а и b соответственно) назначают, исходя из условия полного использования
несущей способности настила и балок. Шаг балок настила принимают в
пределах0,6…1,6 м при стальном и2…3,5 м при железобетонном настиле.
Расстояние между вспомогательными балками
назначают2…5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. Устанавливая
шаг балок, необходимо соблюдать условие: ни одна из балок не должна опираться
на главную в месте ее монтажного (укрупнительного) стыка. При выборе шага балок
настила можно ориентироваться на данные табл. 1.
Возможно смещение вспомогательных балок, так же
как и балок настила (рис. 1) с осей колонн на половину их шага. Размеры
балочной клетки в плане и по высоте (отметка верха настила (ОВН) и отметка низа
конструкций (ОНК)) увязывают с требованиями технологической части проекта. Если
такие требования отсутствуют, то все размеры, в том числе и строительную
высоту, назначают из экономических соображений. Строительная высота перекрытия
(покрытия) Hстр включает высоту главных балок, балок настила (при их этажном
сопряжении с главными балками(рис. 3, а)), толщину рабочего настила, толщину
пола.
Рациональность выбора типа балочной конструкции
зависит от принятого способа сопряжения главных и вспомогательных балок.
Возможны три варианта сопряжений балок: этажное, в одном уровне и пониженное
(рис. 3).
Конструкция этажного сопряжения (рис. 3, а)
наиболее проста, но ведет к увеличению строительной высоты. Применять такое
сопряжение следует во всех случаях, когда позволяет строительная высота покрытия
(перекрытия) площадки. Сопряжение в одном уровне (рис. 3, б) и пониженное (рис.
3, в) рекомендуется применять в случае ограничения строительной высоты покрытия
(перекрытия): первое - в нормальном типе балочной клетки, второе - только в
усложненном типе балочной клетки.Таким образом, выбор рационального типа
балочной клетки, типа сопряжения балок зависит от многих факторов, и
целесообразность выбора для заданных условий может быть установлена только
сравнением вариантов конструктивного решения.
Литература
) Металлические конструкции: Учебник
для строит. вузов. Т. 1: Элементы конструкций/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В.
Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. М.: Высшая школа, 2004. 551 с.
) Конструктивные решения стальных
балочных клеток: Метод. указ. / Сост. О.В. Умнова. Тамбов: Изд-во Тамб. гос.
техн. ун-та, 2000. 43 с.
) СНиП-23-81*. Стальные конструкции.
Нормы проектирования/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 96 с.
) СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и
воздействия. Нормы проектирования/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
36 с.
) СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и
воздействия(Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения) / Госстрой СССР. М.:
ЦИТП Госстроя СССР, 1989. 8 с.Абашева, Л.П.
)Расчет стальных балочных клеток:
учеб. пособие / Л.П. Абашева, М.Н. Кочепанова. - Пермь: Изд-во перм. нац.
исслед. политехн. ун-та, 2012. - … с.