Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Металлические конструкции

.pdf
Скачиваний:
26
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
3.16 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Металлические и деревянные конструкции»

 

 

 

А.Н. Жабинский

 

У

 

 

 

А.Г. Вербицкий

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А.Н. Кеда

Н

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ.

 

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕБПРОКАТНЫХ

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

И СВАРНЫХ БАЛОК

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

Учебно-

 

ческое пособие

 

 

 

 

 

метод

 

 

 

 

 

 

по выполнению ку с в й аботы для студентов

 

 

 

 

стр

 

 

 

 

 

 

 

ительн го факультета

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендовано учебно-методическим объединением

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

высших учебныхиаведений Республики Беларусь по образованию

 

п

в бласти строительства и архитектуры

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск

БНТУ

2013

1

УДК 624.072.2:378.147.091.313(075.8)

ББК 30.121я7

Ж12

 

 

 

 

 

Р еце нз е нт

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А. П. Зайцев

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

совой работы для с уден стрительногов

факультета / А. Н. Жабин-

 

Жабинский, А. Н.

о

 

 

 

Ж12

Металлические к нст укции.иРасчет конструирование прокатных

 

 

 

 

т

 

 

 

 

и сварных балок : учебно-мет дическое пособие по выполнению кур-

 

 

 

Вербицкий

 

 

 

 

ский, А. Г.

 

 

, А. Н. Кеда. – Минск : БНТУ, 2013. – 87 с.

 

 

 

ISBN 978-985-550-056-9.

 

 

 

 

 

го

 

 

 

 

 

 

 

В учебно-метод ческом пособии изложены вопросы компоновки перекрытий

 

бал чных пл щадок,

состоящих из главных балок и балок настила. Изложена мето-

 

дика расчета и к нструирования прокатных и составных стальных балок и их узлов.

 

п

 

 

 

 

 

 

 

Приведенызпримеры по расчету балок, конструированию узлов сопряжений и мон-

 

тажн

стыка главной балки на высокопрочных болтах. Пособие предназначено для

е

 

 

 

 

 

 

 

 

вы олнения курсового проекта студентами специальности «Промышленное и граж-

Р

данское строительство», а также может быть использовано студентами других спе-

 

циальностей строительного профиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

УДК 624.072.2:378.147.091.313(075.8)

 

 

 

 

 

 

 

ББК 30.121я7

ISBN 978-985-550-056-9

 

© Жабинский А. Н., Вербицкий А. Г.,

 

 

 

 

 

Кеда А. Н., 2013

 

 

 

 

 

 

 

© Белорусский национальный

 

 

 

 

 

технический университет, 2013

2

Содержание

Введение…………………………………………………………… 4

1. ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ………………………………………………………. 5

3. РАСЧЕТ ПРОКАТНЫХ БАЛОК НАСТИЛА…………………У12 Пример расчета балки настила…………………………………… 15

2. МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИЙ И СОЕДИНЕНИЙ………... 11

4.1. Определение нагрузок и расчетных усилий………………Т... 19 4.2. Определение высоты балки………………………………….. 20

4. РАСЧЕТ ГЛАВНЫХ БАЛОК СВАРНОГО СЕЧЕНИЯ……… 19

4.3. Определение толщины стенки………………………………. 22

4.4. Подбор сечения поясов………………………………………. 23

 

 

 

 

Н

4.5. Проверка прочности балки…………………………………... 25

4.6. Изменение сечения балки по длине пролетаБ……………….. 26

4.7. Проверка общей устойчивости балок составного сечения… 31

4.8. Пример подбора сечения главной ……………………. 32

 

 

 

 

й

4.9. Проверка местной устойчивости элементов сечения

составной балки…………………………………………………… 43

 

 

 

балки

4.10. Расчет соединения п яс в со стенкой…………………….. 50

 

 

р

 

4.11. Расчет и конструир вание п рных частей составных

балок……………………………………………………………….. 52

4.12. Пример

о

 

 

мес ной устойчивости пояса и стенки

 

т

 

 

 

балки, расчет поясных швов и опорного узла…………………. 56

5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ СОПРЯЖЕНИЙ

 

проверки

БАЛОК…………………………………………………………….. 64

 

з

5.1. Расчет с ряжения балок в одном уровне………………….. 65

5.2. Примерорасчета сопряжения балки настила

с главной балкой………………………………………………….. 67

п

 

6. П ОЕКТИРОВАНИЕ СТЫКОВ БАЛОК…………………….. 69

6.1.еМонтажные стыки балок на высокопрочных болтах………. 69

6.2. Пример расчета монтажного стыка балки

Рна высокопрочных болтах………………………………………... 75

Литература…………………………………………………………. 81 ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………… 82

3

Введение

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» и направлено на повышение качества выполнения курсо-

вого проекта на тему «Балочная площадка».

У

 

В издании приведены необходимые сведения по компоновке ба-

лочных площадок, расчету второстепенных и главных балок, их уз-

лов и соединений, а также приведены числовые примеры по от-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

дельным этапам курсового проекта.

 

Т

Обозначения:

 

 

 

 

 

 

 

М – изгибающий момент;

 

 

 

N – продольная сила;

 

 

 

 

 

Q – поперечная сила, сила сдвига;

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ryn – нормативное сопротивление стали по пределу текучести,

принимаемое равным значению предела текучестиБσу по государ-

 

 

 

 

 

 

 

 

стали

 

ственным стандартам и техническ м услов ям;

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

Ry – расчетное сопротивление

 

растяжению, сжатию, изгибу

по пределу текучести;

 

о

 

 

Run – нормативное сопротивление

 

по временному сопро-

тивлению, принимаемое равным минимальному значению времен-

 

 

 

 

т

 

 

 

 

ного сопротивления σи

по г сударственным стандартам и техниче-

ским условиям;

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ru – расчетное сопро

 

вление стали растяжению, сжатию, изгибу

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

по временному сопрот влению;

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

Rs = 0,58 Ry – расчетное сопротивление стали сдвигу;

с – к эффициент условия работы;

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n – к эффициент надежности по ответственности зданий и со-

оружений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Остальные обозначения приведены по тексту.

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1. ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ

Рабочие балочные площадки производственных зданий выпол-

няются в виде самостоятельных встроенных в здание сооружений,

опирающихся на отдельные колонны. По колоннам устанавливают

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

систему несущих балок (балочную площадку). На балки опирается

стальной или железобетонный настил (рисунок 1.1).

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

граждение

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – колонны; 2 – с стема несущих балок; 3 – настил; 4 – лестница;

 

В зависимости

от расположения балок балочные площадки

5

 

 

; 6 – вертикальные связи по колоннам

 

 

Рисун к 1.1 – Технологическая площадка производственного здания

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разд ляются на три основных типа (рисунок 1.2): упрощенный,

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нормальныйпи усложненный. В первом типе балочной площадки (рисунок 1.2, а) нагрузка от настила передается непосредственно на балки, опирающиеся на стены или колонны. В балочной площадке

второго типа (рисунок 1.2, б) балки настила опираются на главные балки, а те, в свою очередь, на – колонны или стены. И в третьем типе балочной площадки (рисунок 1.2, в) балки настила опираются на вспомогательные балки, которые крепятся к главным.

5

 

 

a

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

а

 

Т

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

4

 

 

L

 

 

й

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

3

р

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

и

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

b

 

b

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

а – упрощенная; б – нормального типа; в – усложненного типа;

 

 

 

1 – главные балки; 2 – вспомогательные балки;

 

 

 

 

 

3 – балки настила; 4 – колонны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2. – Типы балочных площадок

 

 

 

6

Как правило, балки настила и вспомогательные балки проектируют из прокатных профилей, а главные могут быть как прокатными (из больших профилей), так и составными (сварные или болтовые).

Обычно балки настила проектируют пролетом до 8 м. Наиболее рациональным профилем для балок является двутавр, реже балки

настила проектируют из швеллеров.

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пони-

женное (рисунок 1.3).

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а– этажное сопряжение; б – сопряжение в одном уровне;

в– пониженное сопряжение; 1 – главные балки;

2 – вспомогательные балки; 3 – балки настила; 4 – настил Рисунок 1.3 – Схемы сопряжений балок

7

Размер от нижнего пояса главной балки до верха настила назы-

вается строительной высотой перекрытия балочной площадки.

Схему балочной площадки обычно назначают, исходя из расположения технологического оборудования и в зависимости от типа.

Балки настила в плане рекомендуется размещать с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок (главных или вспомогательных). Шаг балок настила определяется несущей способностью и жесткостью настила и обычно назначается равным 0,6–1,6 м при стальном настиле и 1,5–3,5 м при железобетонном настиле.

Толщину стального и железобетонного монолитного настилов

 

 

 

 

 

 

 

У

определяют расчетом. В курсовом проекте рекомендуемая толщина

настила в зависимости от шага балок и временной полезнойТнорма-

тивной нагрузки приведена в таблицах П 1.1 и П 1.2.

 

Балки настила можно проектировать разрезными и неразрезны-

 

 

 

 

 

 

Н

 

ми. Последняя статическая схема удобна при этажном сопряжении

балок (см. рисунок 1.3, а).

 

 

Б

 

Главные балки ориентируют в направлении большего шага ко-

лонн (продольного или поперечного)

, как правило, их проектиру-

 

 

 

 

р

й

 

ют разрезными. Пролет главных балок может быть 9–18 м. Для

 

 

 

объединяют

 

 

 

удобства перевозки главные балкииделят на отправочные элементы,

которые при монтаже

 

 

в единую конструкцию с исполь-

 

 

т

 

 

 

 

зованием накладок на сварке или высокопрочных болтах.

 

 

и

 

 

 

 

При установке главных балок на колонны сбоку возможно разме-

щение балок наст ла по осям колонн (см. рисунок 1.2, б). При уста-

з

 

 

 

 

 

 

новке главных балок на колонны сверху следует избегать размещения

о

 

 

 

 

 

 

 

балок настила непосредственно над опорами главных балок. В этом

случае балки настила смещают на полшага от оси колонны или уста-

навливают с аренные балки меньшего сечения (рисунок 1.4).

 

При рас оложении монтажного стыка главных балок в середине их рол та установка балок настила в этом месте не рекомендуется.

Для этого

длине главной балки принимается нечетное количе-

 

по

 

ство шагов балок настила.

е

 

Р

 

 

8

а

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

Т

 

 

 

Н

 

а – со смещением балок настила на полшага; б – с использованиемБ

спаренных

 

 

 

и

 

 

балок с меньшей несущей способностью; 1 – колонны; 2 – главные балки;

3 – балки настила; 4 – спаренные балки

 

 

 

 

р

 

 

Рисунок 1.4. – Размещение балок наст лайпри установке главных балок

 

на колонны сверху

 

 

 

о

 

 

 

 

т

 

 

 

 

В курсовом проекте пр лет балок настила В принимается со-

гласно заданию на проек ир вание (В равно шагу главных балок).

и

 

 

 

 

Шаг балок наст ла а назначае ся кратным пролету главных балок L.

з

 

 

 

 

 

Для выбора опт мальной схемы балочной площадки необходимо

сравнить не менее трех вариантов балочной площадки, варьируя

 

 

монтаж

 

шагом бал к настила толщиной самого настила. Основными пока-

зателями

 

сравнении вариантов балочной площадки являются:

 

при

 

 

расход стали, ст имость конструкций и трудозатраты на их изго-

товление

 

 

 

 

и

 

. При одинаковых показателях в рассматривае-

мых вариантах следует отдавать предпочтение варианту с меньшим

Р

 

 

 

 

числом типоразмеров элементов и числом монтажных единиц.

В кач стве примера в таблице 1.1 представлены два варианта балочной площадки с разными размерами шага балок и толщины железобетонного настила. Для выбора основного варианта необходимо произвести анализ данных по вариантам.

Наиболее экономичным в данном примере является второй вариант компоновки балочной площадки.

9

10

Таблица 1.1 – Технико-экономические показатели вариантов балочной клетки на одну ячейку l × В, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расход материалов

 

 

Трудозатраты, чел-дн.

Т

Стоимость, у.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

Схема

Конструк-

Кол-во

 

на

 

общ.

объем

изго-

 

мон-

устр.

итого

все-

балок

мон-

мон-

ито-

все-

ва-

распо-

тивные

балок,

 

балку

 

масса

ж/б

тов-

 

таж

моно-

 

го

нас-

тажа

тажа

го

го

ри-

ложения

элементы

 

шт.

 

настила,

 

стали

пли-

ление

 

балок

лит.

 

на

тила

балок

ж/б

 

 

анта

элементов

 

 

 

 

 

т

 

на

 

 

ты

балок

 

 

ж/б

 

ячей-

 

нас-

пли-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

балки, т

V = B ×

 

 

 

пли-

 

ку

 

тила

ты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× L × t,

 

 

 

ты

Н

 

 

нас-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

тила

 

 

1

2

 

 

 

3

 

 

4

 

5

 

7

 

 

8

9

 

10

11

12

13

14

16

17

18

19

 

В = 5м

Балка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

Б

 

 

 

 

654,

 

 

L = 9 м

настила

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

0,183

 

 

 

 

1,1

0,99

2,09

 

522,5

132

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I № 30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Ж/б

 

 

 

 

 

 

 

0,55

 

 

 

 

й

 

20,36

 

 

 

 

1851,5

 

 

 

 

 

 

 

плита

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t = 140 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,3

 

18,27

18,27

 

1197

1197

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В = 5м

Балка

 

 

5

 

0,12

 

 

 

 

 

1,08

2,28

 

570

144

714

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2

 

 

 

L = 9м

I № 22

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ж/б

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плита

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

t = 100 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15,33

 

 

 

 

1569

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13,05

13,05

 

 

 

855

855

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

Р