Выбор типа балочной клетки и шага балок

Введение

Проектирование конструкции балочнойклетки транспортных сооружений основано на применении системы несущих балок. Балочные клетки бывают трех основных типов: упрощенного, нормального и усложненного типа. Балочные клетки упрощенного типа рациональны лишь при небольших пролетах, поэтому при выборе системы несущих конструкций чаще всего рассматривают балочные клетки нормального и усложненного типа.

Основные параметры балочной клетки в плане и по высоте, то есть полные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, отметка верха настила, строительная высота перекрытия, высота помещения обычно задаются технологами или архитекторами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

Темой курсовойработы является расчет и конструирование основных несущих конструкций балочной клетки и колонн каркаса. Исходные данные для проектирования принимаются в соответствии с вариантом индивидуально. Исходные данные на курсовуюработу приведены в Приложении 1 учебного пособия.

Работая над расчетами чертежами стальных конструкций, нужно учитывать требования нормативных документов, в соответствии с которыми при проектировании необходимо применять рациональные профили проката, эффективные стали и прогрессивные типы соединений; а проектируемые элементы конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям действующих норм с учетом сортаментов на прокат.

Выбор оптимального типа и параметров балочной клетки

Выбор типа балочной клетки и шага балок

Балочная клетка – это система несущих балок, опирающаяся на опоры и применяемая при проектировании балочного перекрытия, рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции.

Наиболее экономичный вариант компоновки балочной клетки определяется путем сравнения нескольких конструктивных решений, при проектировании которых можно изменять тип балочной клетки и шаг балок. Для упрощения сравнения вариантов рассматривается только одна средняя балочная клетка, опирающаяся на колонны.

В балочной клетке нормального типа (рис. 1.1) нагрузка с настила передается на балки настила, опирающиеся на главные балки. Балки настила обычно принимают из прокатного профиля.

Схема балочной клетки нормального типа

Расстояние между балками настила (шаг балок настила) ℓ определяется несущей способностью настила и обычно составляет 0,6 – 1,6 м при стальном настиле и 2 – 3,5 м при железобетонном настиле. Шаг балок настила принимают:

· кратно пролету главных балок, при этом возможно назначать расстояние от крайних балок настила до разбивочных осей меньше шага балок;

· кратно 50 мм;

· с таким расчетом, чтобы балка настила не опиралась на середину главной балки, то есть количество промежутков между балками настила должно быть нечетным.

Опирание балок настила на середину главной балки увеличит изгибающий момент в середине пролета, а установка ребра жесткости в зоне монтажного стыка отправочных марок главной балки невозможна.

Простейшая конструкция несущего настила состоит из стальных листов, уложенных на балки настила и приваренных к ним. Наиболее выгодное решение по расходу материалов получается при минимальной толщине настила, поэтому для настилов рекомендуется использовать листы толщиной t_n=6 – 8 мм при нагрузке на настил q≤10 кН/м²; t_n=8 – 10 мм при нагрузке на настил 10<q≤20 кН/м²; t_n=10 – 12 мм при нагрузке на настил 20<q≤30 кН/ м²; t_n=12 – 14 мм при нагрузке на настил q>30 кН/ м²;

10<20≤20 из условия принимаем t_n=10_мм=1_см

Из условия жесткости настила должно выполняться условие

Условиевыполняется

где ℓ_n – пролет настила, равный шагу балок настила ℓ= 0,8 м;

t_n - толщина настила, м;

n_о= l_n/f= 150 – отношение пролета настила к его предельному прогибу;

ʋ - коэффициент Пуассона, для стали ʋ=0,3;

Е – модуль упругости стали, принимаемый равным Е=2,06х10⁴ кН/см².

qⁿ – нормативная временная нагрузка на настил,=20 кН/м²;

qⁿ=gⁿ+ pⁿ = 22+0,785=22,785

gⁿ= t_n*ρ= 0,01∙78,5=0,785 кН/м² – нормативная постоянная нагрузка от веса настила, кН/см² при удельном весе стали ρ=78,5 кН/м³;

После проверки условия жесткости настила для принятого шага балок настила подбирают сечение балок настила прокатного сечения.

Расчет балок настила

В зависимости от назначения и условий эксплуатации конструкций расчет изгибаемых элементов (балок) следует выполнять без учета или с учетом пластических деформаций в соответствии с подразделением элементов на три класса согласно 4.2.7 и 8.1 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»

Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила (рис. 1.3) определяется по формуле:

/м где × – постоянная нормативная нагрузка от веса настила, кН/м²; – временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, кН/м² (по заданию);

t_n - толщина настила, м;

ρ – удельный вес стали, ρ=7850 кгс/м³=78,5кН/ м³;

ℓ_n – шаг балок настила, м.

Погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила определяется по формуле:

γ_fg– коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций в соответствии с табл. 2 Приложения; (γ_fg=1,05)

γ_fp - коэффициент надежности по нагрузке для временных равномерно распределенных нагрузок с табл. 3 Приложения; (γ_fp=1,2)

Максимальный изгибающий момент в балке настила равен, кН*м:

где q – погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила, кН/м;

ℓ =В - расчетный пролет балок настила, равный расстоянию между осями балочной клетки в поперечном направлении, (В=5м).

Требуемый момент сопротивления балки настила определяем по формуле:

где M_max - максимальный изгибающий момент в балке настила, кН*cм;

С_x = 1,1 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций;

R_y – расчетное сопротивление стали балок проката, принимаемое по табл. 4 Приложения,R_y=230МПа=23кН/см².

γ_с – коэффициент условий работы элементов конструкций и соединений, приведенный в с табл.5 Приложения.γ_с=0,9

По полученному значению требуемого момента сопротивления балки при соблюдении условия W_x>W_тр подбирают прокатную балку двутаврового сечения с уклоном внутренних граней полок по ГОСТ 8239-89 или с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83 по таблицам сортамента.