Компоновка балочных конструкций

Типы балок

У металлических балок основным типом является двутавровое симметричное сечение. Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию p=W/A. Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки. Поэтому металлические балки конструируют главным образом двутаврового сечения, чему способствует хорошая работа металла на касательные напряжения, позволяющая делать стенку балки достаточно тонкой.

В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные или составные - сварные, болтовые или клепаные. Предпочтение отдается прокатным балкам как менее трудоемким, но ограниченность сортамента делает невозможным их применение при больших изгибающих моментах.

В строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т. е. балки, сваренные из двух марок стали, и балки предварительно напряженные.

Чаще применяются балки однопролетные, разрезные, которые наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа. Однако по расходу металла они менее выгодны, чем неразрезные и консольные. Неразрезные балки благодаря наличию опорного момента, разгружающего основные моменты в пролетах, более экономичны по материалу. Они обладают большой чувствительностью к изменениям температуры и осадкам опор, а поскольку в практике строительства рекомендуют делать крайние пролеты меньше средних для сохранения постоянства сечения, то их конструкции являются немассовыми (индивидуальными), а применение их - сравнительно редким.

Компоновка балочных конструкций

При проектировании конструкции балочного покрытия рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой.

Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный.

В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах их. При частом размещении длинных балок возникает противоречие между получаемой мощностью и.требуемой жесткостью, что неэкономично; в нормального же типа балочной клетке нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными.

В усложненной балочной клетке вводятся еще до полнительные, вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкость перекрытия, балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное. При этажном сопряжении балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

Пониженное сопряжение применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладывают балки с настилом, которые располагаются над главной балкой. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т. е. полные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, высота помещения под перекрытием и отметка верха настила (разница между которыми определяет возможную строительную высоту перекрытия), обычно задаются технологами или архитекторами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний. Расстояние между балками настила определяется несущей способностью настила и обычно бывает 0,6-1,6 м при стальном и 2-3,5 м при железобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2-5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, причем прокатных. Установив направление, пролет главных балок и расстояние между балками настила, выбирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия.

При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.

Таким образом, выбор рационального типа балочной клетки и типа сопряжения балок в ней зависит от многих факторов, и целесообразность выбора для данных конкретных условий может быть установлена только сравнением возможных вариантов конструктивного решения.

При свободной планировке балочной клетки, когда расстояние между промежуточными колоннами не задано или может быть очень небольшим, определение пролетов балок становится технико-экономической задачей, для решения которой могут быть использованы следующие принципы:

-полного использования несущей способности перекрывающей конструкции, в этом случае задаются наиболее удобным размером сечения балки (например, распространенным номером прокатного двутавра) и исходя из действующей на нее нагрузки определяют расстояния между балками или пролет, при котором эта балка может быть полностью использована; этот пролет может быть заменен в сторону уменьшения при увязке размеров всей балочной клетки с размерами одной ее ячейки и увязке с шагом и пролетом смежных основных конструкций исходя из требований типизации и унификации конструкций;

- экономичности, при котором исходят из того, чтобы стоимость балочной клетки и поддерживающих ее опор была наименьшей; этот принцип, широко используемый в мостостроении, определяет оптимальный по стоимости пролет главной балки при условии равенства стоимостей перекрывающей и поддерживающей конструкции:

 

4.Конструкции узлов ферм.

Фе́рма (фр. ferme, от лат. firmus прочный) — стержневая система в строительной механике, остающаяся геометрически неизменяемой после замены её жёстких узлов шарнирными. В элементах фермы, при отсутствии расцентровки стержней и внеузловой нагрузки, возникают только усилия растяжения-сжатия. Фермы образуются из прямолинейных стержней, соединенных в узлах^[1].

Ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).

Узлы ферм сваривают вручную покрытыми электродами или механизированной дуговой сваркой в среде СОг сплошной либо порошковой проволокой. Сварку ведут в нижнем положении от края косынки к центру пересечений осей элементов фермы. [ 1 ]

Узел с расцентровкоЙ осей стержней.| Узлы ферм с открытых шутых профилей.

Узлы ферм из открытых гнутых профилей во многих случаях также могут выполняться без фасонок. [ 2 ]

Узлы фермы вырезаем в такой последовательности, при которой число неизвестных сил в рассматриваемом узле не превышает трех. Так же, как и при определении усилий в стержнях плоских ферм, все стержни фермы условимся считать растянутыми; знак минус у вычисленной реакции стержня покажет, что стержень сжат. [ 3 ]

Узлы фермы находятся в равновесии. Для каждого узла А, В, F составляем по два уравнения равновесия в проекциях на выбранные оси. Из шести уравнений находим шесть искомых усилий. [ 4 ]

Узлы фермы находятся в равновесии. Вырезаем узлы, заменяя действие стержней их реакциями. Реакцию незагруженного стержня направляем вдоль его оси. Используя правило знаков, согласно которому усилие растянутого стержня считается положительным, реакцию каждого стержня направляем из шарнира по направлению внешней нормали сечения стержня. Расчет начинаем с узла, к которому подходят три стержня с неизвестными усилиями. [ 5 ]

Узлы фермы считают шарнирными, а потому статическая неопределимость обуславливается наличием избыточных (лишних; стержней. Степень статической неопределимости может быть подсчитана как разность между имеющимся числом стержней и минимальным числом стержней, необходимым для образования геометрически неизменяемой фермы данной схемы. [ 6 ]

Узлы ферм, являющиеся местом сопряжения пересекающихся стержневых элементов решетки и поясов, нагружаемых осевыми усилиями различных знаков, по условиям своей работы являются наиболее ответственными местами всей конструкции и характеризуются достаточно сложным напряженным состоянием. [ 7 ]

Узлы ферм сваривают последовательно от середины к опорам, находящимся в более податливом состоянии, чем середина фермы. [ 8 ]

Узлы ферм усиливают пластинками из клееной фанеры толщиной 12 6 мм и накладками из полосовой стали. Стальной башмак соединяет верхний и нижний пояса фермы. [ 9 ]

Узел с расцентровкой осей стержней.| Узлы ферм с открытых гнутых профилей.

Узлы ферм из открытых гнутых профилей во многих случаях также могут выполняться без фасонок. [ 10 ]

Узлы ферм часто конструируются с прокладками. Такие конструкции узлов следует применять, когда сечения элементов ферм состоят из парных элементов - уголков, расставленных с зазором друг относительно друга, достаточным для того, чтобы поместить в узле прокладку. Примеры конструкций узлов с прокладками приведены на фиг. Прочность швов, приваривающих прокладки к поясам, определяется таким же путем, как и швов, прикрепляющих надставки. [ 11 ]

Порядок выполнения флангового (продольного шва. 1 - 4-последовательность сварки.| Последовательность выполнения швов. / - стыковые, 2-угловые.