6.8 Примеры расчета усилений конструкций путем изменения конструктивной схемы

Пример 6.1

В связи с изменением технологического процесса производится реконструкция цеха. После реконструкции временная равномерно распределенная нагрузка на перекрытие увеличивается от 4 до 7,5 кПа. Фрагмент балочной клетки приведен на рисунке 6.8.

При обследовании установлено следующее:

• в ригелях и балках перекрытия отклонений от проекта, деформаций и других недопустимых дефектов не обнаружено;

• прокатные балки — по ГОСТ 26020, материал балок — сталь С245;

• состав перекрытия — монолитная железобетонная плита толщиной 100 мм и асфальтобетонный пол толщиной 30 мм.

Постоянные расчетные нагрузки от 1 м² перекрытия:

— от собственного веса железобетонной плиты — 25 · 1,1 · 0,1 = 2,75 кПа;

— от веса пола — 21 · 1,3 · 0,03 = 0,82 кПа;

итого — 3,57 кПа,

где _f = 1,1 и _f = 1,3 — коэффициенты надежности по нагрузке для железобетонных конструкций и асфальтобетонного пола соответственно (СНиП 2.01.07).

Расчетные нагрузки на 1 пог. м после проведения реконструкции:

— на второстепенные балки

q = (3,57 + 7,5 · 1,2) · 1,5 + 0,28 · 1,05 = 19,15 кН/м;

— на главные балки

Q^* = 19,15 · 6 + 0,98 · 1,05 · 1,5 = 116,5 кН/м,

где _f = 1,2 и _f = 1,05 — коэффициенты надежности по нагрузке для временной равномерно распределенной нагрузки и для собственного веса металлических конструкций соответственно; 0,28 кН и 0,98 кН — собственный вес 1 пог. м второстепенной и главной балок.

ГБ — главная балка; ВБ — второстепенная балка; 1, 2, 3, 4 — номер балки

Рисунок 6.8 — Фрагмент балочной клетки

Расчетные напряжения:

— во второстепенных балках

где _c = 1,1 по таблице 6* СНиП II-23;

— в главных балках

Таким образом, несущая способность балок перекрытия недостаточна для восприятия проектируемых нагрузок, балки подлежат усилению. Усиление второстепенных балок (ВБ) выполняем путем подведения дополнительных балок, которые концами опираются на подкосы, под главные балки (ГБ) в середине пролета устанавливаем дополнительные стойки. Соединения элементов усиления с существующими конструкциями шарнирное.

Определяем усилия от постоянных нагрузок во второстепенных и главных балках в середине пролета:

М_вб = (3,57 · 1,5 + 0,28 · 1,05) · 6²/8 = 25,42 кН·м,

М_гб = (3,57 · 1,5 · 6 + 0,28 · 1,05 · 6 + 0,98 · 1,05 · 1,5) · 1,5 · 4,5 = 239 кН·м.

Определяем напряжения:

— во второстепенных балках σ = 25,42 / 312 · 10³ = 81,5 МПа;

— в главных балках σ = 239 /2296 · 10³ = 104 МПа.

Усилия на расстоянии 1,5 м от опоры (участки с максимальными изгибающими моментами от временной нагрузки после усиления):

= 3,57 · 1,5 · 3 · 1,5 – 3,57 · 1,5 · 1,5² /2 = 18,07 кН·м,

= (3,57 · 6 · 1,5 + 0,28 · 1,05 · 6 + 0,98 · 1,05 · 1,5) · 1,5 · 2,5 = 132,9 кН·м.

Сечение конструкций усиления рассчитываем на временные нагрузки, увеличенные на 30 % за счет усилий подклинки. Погонная нагрузка на балку усиления q_бу = 1,3 · 7,5 · 1,2 · 3 = 35,1 кН/м, усилие в стойке усиления N_су = 1,3 · 7,5 · 1,2 · 4,5 · 3 = 158 кН, усилие в подкосе усиления N_пу = 35,1 · 4,5/(2sin45°) = 112 кН. Подбор сечений конструкций усиления выполняется в соответствии с требованиями СНиП II-23. Балки усиления принимаем из двутавра 50Б1 по ГОСТ 26020, стойки — из двутавра 30Б1, подкосы крестового сечения — из двух уголков 100×8 по ГОСТ 8509.

Расчет усиленной балочной клетки выполняем на ЭВМ только на временную нагрузку, равную 7,5 · 1,2 = 9 кПа с учетом жесткостей элементов усиления.

Расчетная схема и эпюры моментов усиленной балочной клетки приведены на рисунке 6.9. Усилия от временной нагрузки приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Усилия от временной нагрузки		В килоньютонах-метрах
Номер балки по рисунку 6.8	Изгибающий момент на расстоянии 1,5 м от опоры		Изгибающий момент Мp в середине пролета
1	10,7		–8,9
2	12,9		–4,5
3	13,82		–2,6
4	42,1		–48,6

Суммарные значения моментов во второстепенной балке после усиления:

— в середине пролета

М = –2,6 + 25,42 = 22,82 кН·м;

— на расстоянии 1,5 м от опоры

М^* = 13,82 + 18,07 = 31,89 кН·м.

Расчетные напряжения

 = 31,89 / 312 · 10³ = 102,2 МПа < 264 МПа.

Суммарные значения моментов в главной балке после усиления:

— в середине пролета

М = –48,6 + 239 = 190,4 кН·м;

— на расстоянии 1,5 м от опоры

М^* = 42,1 + 132,9 = 175 кН·м.

Расчетные напряжения

 = 190,4/2296 · 10³ = 82,9 МПа < 264 МПа.

В соответствии с 7.10 СНиП II-23 в главных балках над стойками усиления устанавливаем парные ребра жесткости шириной b_h, не менее h_ef /30 + 40 = 60 мм и толщиной t_r, не менее 2b_h = 6 мм. По конструктивным соображениям размеры ребер принимаем равными 10010 мм.

1 — дополнительные балки; 2 — дополнительные подкосы; 3 — дополнительные стойки

Рисунок 6.9 — Расчетная схема и эпюры моментов усиленной балочной клетки

на временную нагрузку