Балки и балочные конструкции

РЕФЕРАТ

Балки и балочные конструкции

Введение

 

Балками называются конструкции сплошного сечения, длина которых значительно превышает размеры сечения. Балки работают на изгиб. Их применяют в конструкциях зданий, мостах, эстакадах и др. Наиболее рациональным является принимать сплошные балки при пролетах до 20 м.

1. Типы балок

 

Основное сечение балок является двутавровое симметричное. В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные и составные – сварные, болтовые и клепанные.

Рис.1. Примеры наиболее часто применяемых сечений балок

Составные балки более трудоемки в изготовлении, чем прокатные. Их используют в том случае, если прокатные или гнутые профили не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, устойчивости.

По статической схеме различают балки однопролетные и неразрезные.

Рис. 2. Статические схемы балок

2. Компоновка балочных конструкций

Балки используют в виде отдельных несущих конструкций, или в виде перекрестных балок.

Рис. 3 Типы балочных клеток

Система несущих балок называется балочной клеткой. Балочные клетки подразделяются на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный. Упрощенный тип применяется при малых пролетах. В этом случае рационально использование прокатных балок. Шаг балок определяется конструктивным решением настила. При нормальном типе балочной клетки главные балки, как правило, составного сечения, а балки настила – прокатные или гнутые. Усложненный тип балочной клетки применяется при больших нагрузках и расстояниях между колоннами. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное. При этажном сопряжении вспомогательные балки устанавливаются на верхний пояс главных. Такое сопряжение удобно при монтаже и изготовлении, но увеличивает высоту перекрытия. При сопряжении в уровне вспомогательные балки крепятся к главным сбоку. 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 2 – 5 м.

Рис.4 Типы сопряжений балок

3. Настилы балочных клеток

 

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

Полезная нагрузка на настил перекрытий задается равномерно распределенной интенсивностью до 40 кН/м², предельный относительный прогиб не более [f/l] <1/150.

Стальной настил. Расстояние между балками, поддерживающими настил, определяется его несущей способностью или жесткостью.

Для настилов следует принимать листы толщиной:

6-8 мм при нагрузке до 10 кН/м²,

8-10 мм при нагрузке до 20 кН/м²,

10 – 12 мм при нагрузке до 30 кН/м²,

12-14 мм при нагрузке до 40 кН/м².

При приварке настила в нем возникают растягивающие усилия и опорный момент. При расчете принимается опирание настила шарнирно неподвижным.

Рис. 5. Расчетная схема настила, эпюра моментов, конструкция крепления настила к балке

При нагрузке до 50 кН/м² и предельном относительном прогибе не более 1/150 прочность настила всегда будет обеспечена и его надо рассчитывать на прогиб. Под нагрузкой в настиле возникают напряжения как от изгиба, так и от растяжения. При отношении l/t<50 настил считается жестким и напряжения от растяжения незначительны. При l/t>300 настил гибкий и незначительные напряжения от изгиба. В строительстве чаще всего применяются настилы 50<l/t<300, когда напряжения от растяжения и изгиба практически одинаковы. В этом случае для определения требуемой толщины настила и пролета используют уравнение Тимошенко – Телояна:

,

где = - отношение пролета настила к предельному значению его прогиба; - нормативная нагрузка; - коэффициент Пуассона.

Горизонтальная опорная реакция, на которую рассчитывают швы крепления настила балок определяются по формуле