что такое балочная клетка

Виды балочных клеток

Балочная клетка это система пересекающихся несущих балок, которые служат для передачи нагрузки от настила к стенам или колоннам и к нижележащим конструкциям.

Существуют три основных вида балочных клеток:
1. Упрощенный
2. Нормальный
3. Усложненный

При упрощенной системе мы видим, что балки настила опираются на несущие стены. Такой вид характерен для небольших пролетов.

В балочной клетке нормального типа настил опирается на балки настила, балки настила опираются на главные балки, которые в свою очередь передают всю нагрузку на колонны.

В усложненной системе настил опирается на балки настила, балки настила на вспомогательные балки, а второстепенные балки на главные, которые опять передают всю нагрузку в балочной клетке на колонны. Такая система характерна для больших пролетов.

Поскольку балок настила и второстепенных балок преобладающее количество, то для уменьшения трудоемкости работ их обычно принимают прокатными (по сортаменту), и, как правило, это двутавры либо швеллеры.

Главная балка всегда самый массивный элемент балочной клетки, и ее зачастую принимают составной с ребрами жесткости, монтажным стыком, уменьшением сечения на конце и т.д.

Ниже приведена фотография нормального типа балочной клетки.

Если вам интересно, зачем главной балке ребра, стык и уменьшение сечения, то оставляем комментарии, и мы обязательно дополним статью.

Источник

Балочные клетки. Типы балок. Компоновка балочных клеток.

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях.

Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.

В конструкциях небольших пролетов длиной до 15-20 м наиболее рационально применять сплошные балки. При увеличении нагрузки длина пролетов увеличивается, известны примеры применения сплошных подкрановых балок пролетом 36 м и более. Такие балки часто бы вают двустенчатыми, т. е. имеют коробчатое сечение.

В автодорожных и городских мостах пролеты сплошных балок достигают 200 м и более.

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 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.

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 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:

15. Настилы балочных клеток. Расчёт и работа стального настила.

Настилы балочных клеток бывают весьма разнообразными в зависимости от назначения и конструктивного решения перекрытия. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит.

В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоящий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Щиты настила имеют размер до 3×12 м и укладываются на балки перекрытий. Такой настил индустриален и значительно ускоряет монтаж.

Стальной настил. Простейшая конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним. Расстояние между балками, поддерживающими настил, определяется его несущей способностью или жесткостью. Наиболее выгодное решение по расходу материала получается при минимальной толщине настила, так как в двутавровых балках, работающих на изгиб, материал используется лучше, чем в настиле прямоугольного сечения. Однако увеличение числа балок при тонком настиле резко увеличивает трудоемкость перекрытия, что нежелательно.

Опирание настила на параллельные балки позволяет считать, что он изгибается по цилиндрической поверхности. Для расчета такого настила мысленно вырежем из него полоску единичной ширины, закрепленную по концам неподвижными шарнирами, и тогда ее прогиб под нагрузкой:

(7.2)

Воспользовавшись уравнениями С. П. Тимошенко и считая относительный прогиб пластинки от нормативной нагрузки [f/l] заданным, А. Л. Телоян получил уравнение для определения отношения наибольшего пролета настила к его толщине (l/t) из условия заданного предельного прогиба:

(7.3)

(7.4)

Искомое отношение (l/t) можно также определять по графикам (рис. 7.6), полученным С. Д. Лейтесом на основе работ С. П. Тимошенко.

Силу Н, на действие которой надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил и поддерживающую его конструкцию.

16.Прокатные балки. Подбор сечения.Проверка прочности, общей устойчивости и жёсткости.

Источник

Металлическая балочная клетка, её проектирование

Вы будете перенаправлены на Автор24

Расчет балочной клетки является одним из самых распространенных и часто применяемых расчетов, именно поэтому его используют для обучения студентов. Далее рассмотрим из каких этапов состоит расчет, и как моделируется балочная клетка с помощью компьютера.

Этапы расчета балочной клетки

Этих данных достаточно, чтобы начать разработку балочной клетки, дальнейшие действия можно распределить на несколько этапов:

Готовые работы на аналогичную тему

Сортамент – это каталог изделий из металла, в котором приведены их основные габариты, площадь сечения, момент инерции, радиус инерции, момент сопротивления и статический момент.

Рисунок 1. Пример балочной клетки производственного здания. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Компьютерное моделирование балочной клетки

Освоение методики расчета позволяет перейти к использованию компьютерных программ для уменьшения доли рутинных операций.

Для создания компьютерной модели используют следующие программные комплексы:

Применение компьютерного моделирование не может заменить работы инженера-конструктора, а лишь облегчает визуализацию полученных данных и обеспечивает совместную работу всей команды проектировщиков. Также есть программы, которые созданы именно для визуализации различных элементов, при этом в них нельзя выполнить расчеты или ввести данные о нагрузках, к примеру, 3D max.

Также для автоматизации процесса расчета могут быть использованы программы по расчёту прокатных и стальных балок, программы для определения несущей способности составных балок, расчету колонн сплошного сечения из прокатных уголков, швеллеров, двутавров.

Балочная клетка — это наиболее распространенный вид строительных конструкций, они широко применяются как в производственных, так и в гражданских зданиях. инженерных сооружениях. Расчет состоит из определенного набора действий, которые должны выполняться последовательно.

Выполнение расчета всегда требует большой концентрации, сосредоточенности, необходимо внимательно учитывать все факторы, которые могут оказать влияние на работу конструкций, назначение здание и режим эксплуатации. Особое внимание всегда уделяется району проектирования, от места будущего строительства зависит не только снеговая и ветровая нагрузка, но и уровень сейсмической активности.

Источник

Балочная клетка

При проектировании балочных конструкций, как правило, необходимо в зависимости от назначения балок составить схему их расположения, наметить генеральные размеры и определить приходящуюся на балки нагрузку.

В случае необходимости перекрыть некоторую площадь поддерживающие перекрытие балки располагают обычно в двух направлениях. Такая конструкция, состоящая иногда из целой системы пересекающихся балок, называется балочной клеткой.

На балочную клетку может быть уложен настил в виде металлического листа (рабочие площадки цехов, гидротехнические конструкции), железобетонных плит и др. Балочная клетка состоит из главных балок, перекрывающих большой пролет, и второстепенных балок. Главные балки опираются на опоры, а второстепенные балки опираются на главные.

Типы балочных клеток

В зависимости от взаимного расположения второстепенных и главных балок различают следующие типы балочных клеток:

Выбор типа балочной клетки определяется экономическими соображениями (минимум веса и трудоемкости), а также заданными габаритами (как снизу, так и сверху балочной клетки), диктуемыми условиями эксплуатации. Та высота, за пределы которой не должна выходить конструкция, называется строительной.

Схема распределения нагрузки на балки балочной клетки

Определение нагрузки на балки. Для определения нагрузки на балку выявляют соответствующую балке грузовую площадь, на которую действует равномерно распределенная нагрузка.

На фигуре грузовая площадь 1 второстепенной балки (заштрихована в клетку) имеет ширину а (шаг балок) и длину I (пролет балки). На главную балку действует нагрузка с грузовой площади, обозначенной цифрой 2, на колонку — цифрой 3.

При расчете прокатных балок влиянием их собственного веса можно пренебречь вследствие малого его значения.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Источник

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) нагрузка с настила передается на балки настила, опирающиеся на главные балки. Балки настила обычно принимают из прокатного профиля.

Рис.1. Схема балочной клетки нормального типа

В балочной клетке усложненного типа (рис. 2) вводятся дополнительно второстепенные балки, располагаемые под балками настила и опирающиеся на главные балки. Для уменьшения трудоемкости изготовления балочной клетки балки настила и второстепенные балки принимают из прокатного профиля.

Рис.2. Схема балочной клетки усложненного 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;

· с таким расчетом, чтобы балка настила не опиралась на середину главной балки, т.е. 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.

В качестве настила, укладываемого на балки, применяют стальные листы из рифленой или гладкой стали, щитовой настил из несущего стального листа, подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами, железобетонный настил из сборного или монолитного железобетона, деревянный дощатый настил.

Исходя из требования жесткости настила должно выполняться условие

(1)

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

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

q_n – нормативная временная нагрузка на настил, кН/см 2 ;

; (2)

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

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»: «4.2.7. Элементы конструкций, рассматриваемые в настоящих нормах, 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 (упругое состояние сечения);

2-й класс – НДС, при котором в одной части сечения , а в другой (упругопластическое состояние сечения);

3-й класс – НДС, при котором по всей площади сечения (пластическое состояние сечения, условный пластический шарнир).

Балки 1-го класса следует применять для всех видов нагрузок и рассчитывать в пределах упругих деформаций; балки 2-го и 3-го классов следует применять для статических нагрузок и рассчитывать с учетом развития пластических деформаций» [2].

В балках настила, проектируемых из прокатного двутаврового профиля, возможно развитие пластических деформаций. Балки настила рассчитываем как разрезные однопролетные балки 2-го класса, работающие под действием равномерно распределенной нагрузки.

Расчетный пролет балок настила в балочной клетке нормального типа равен расстоянию между осями балочной клетки в поперечном направлении.

Рис. 3. Определение грузовой площади балок настила

Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила (рис. 3) определяется по соответствующей формуле:

(3)

где × – постоянная нормативная нагрузка от веса настила, кН/м 2 ;

– временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, кН/м 2 (по заданию);

ρ– удельный вес стали, ρ=7850 кгс/м 3 =78,5кН/ м 3 ;

l – шаг балок настила, м.

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

(4)

где × – постоянная нормативная нагрузка от веса настила, кН/м 2 ;

– временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, кН/м 2 (по заданию);

ρ– удельный вес стали, ρ=7850 кгс/м 3 =78,5кН/ м 3 ;

l – шаг балок настила, м;

γ g _f – коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций в соответствии с табл. 7.1 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» или по табл. 1 прил. Б;

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

(5)

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, м.

Требуемый момент сопротивления балки настила определяется по формуле

(6)

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

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

R_y – расчетное сопротивление стали балок проката, принимаемое по табл. В.5 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» или по табл. 3 прил. Б, кН/см 2 ;

γ_с – коэффициент условий работы элементов конструкций и соединений, приведенный в табл. 1 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» или в табл. 4 прил. Б.

По полученному значению требуемого момента сопротивления балки при соблюдении условия W_x > W_xn подбирается прокатная балка двутаврового сечения с уклоном внутренних граней полок по ГОСТ 8239-89 или с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83 по табл. 1 или 2 сортамента, приведенным в прил. В.

Для принятого сечения выполняют проверку:

а) по 1-му предельному состоянию на прочность по формуле, кН/см 2

(7)

б) по 2-му предельному состоянию по деформациям.

Относительный прогиб балки настила не должен превышать нормативного

(8)

Для однопролетной балки настила, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверку прогиба следует проводить по соответствующей формуле:

(9)

где q_n– погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка на единицу длины балки настила, кН/см;

l =В – расчетный пролет балок настила, равный расстоянию между осями балочной клетки в поперечном направлении, см;

Е– модуль упругости стали, принимаемый равным Е=2,06х10 4 кН/см 2 ;

I_x – осевой момент инерции принятого сечения балка настила, см 4 ;

– предельно допустимый прогиб конструкции, принимаемый в соответствии с требованиями главы 15 и прил. Е СП 20.13330.2012 «Нагрузки и воздействия» или по табл. 5 прил. Б.

Если условие (9) не выполняется, то следует увеличить сечение балки.

Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 488 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник