УДК 624.014.2

ББК 30.4 Р58

Укладачі: Т.О. Клюшниченко, ст. викладач Д.В. Михайловський, доцент М.С. Коваленко, асистент І.О. Скляров, асистент

Рецензент В.О. Володимирський, канд. техн. наук, доцент

Відповідальний за випуск С.І. Білик, доктор техн. наук, доцент

Затверджено на засіданні кафедри металевих та дерев’яних конструкцій, протокол № 6 від 24 січня 2011 року.

Розрахунок і конструювання балкової клітини: методичні вказівки до Р58 виконання розрахунково-графічної роботи / уклад.: Т.О. Клюшниченко, Д.В. Михайловський, М.С. Коваленко, І.О. Скляров. – К:

КНУБА, 2011. – 64 с.

Розглянуто методологію виконання розрахунково-графічної роботи для напряму підготовки 6.060102 «Архітектура». Встановлено задачі, зміст та порядок виконання розділів розрахунково-графічної роботи. З метою кращого засвоєння матеріалу розділи доповнені графічними даними і прикладами.

Наведено необхідні для виконання курсового проекту навчальні, методологічні й нормативні дані з посиланням на першоджерела.

Призначено для студентів, які навчаються за напрямом підготовки 6.060102 «Архітектура» для практичного використання під час виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни «Конструкції будівель і споруд» розділу «Металеві конструкції».

©КНУБА, 2011

Загальні положення

Розділ «Металеві конструкції» займає одне з провідних положень серед розділів дисципліни «Конструкції будівель і споруд». Під час вивчення дисципліни використовуються знання студентів, набуті у ході засвоєння передуючих дисциплін: опору матеріалів, будівельної механіки, матеріалознавства тощо.

Мета дисципліни – ознайомити майбутніх фахівців з досягненнями в галузі сучасних металевих конструкцій, зокрема, легких металевих конструкцій, покриттів великих прольотів; надати основи системного підходу до створення будівельних конструкцій; відобразити способи забезпечення надійності конструкцій при розрахунку за методом граничних станів.

Завдання дисципліни – надати базові знання для проектування металевих будівельних конструкцій і вибору їх ефективних рішень.

Викладення матеріалу відповідає вимогам СНиП ІІ-23–81* «Стальные конструкции. Нормы проектирования», а також іншим діючим нормативним матеріалам. Система позначень та індексів в основному базується на СТ СЭВ 1565 -79 «Нормативно-техническая документация в строительстве. Буквенные обозначения».

Викладення матеріалу супроводжується прикладами розрахунку в обсязі, необхідному для виконання розрахунково-графічної роботи з курсу «Будівельні конструкції», розділ «Металеві конструкції». Таблиці, подані в додатках, взяті з першоджерел частково – в обсязі, обмеженому програмою курсового проекту.

Зміст методичних вказівок відповідає програмі курсів «Будівельні конструкції» розділ «Металеві конструкції», що викладаються у будівельних ВНЗ.

3

Короткі вказівки щодо виконання розрахунково-графічної роботи

Розрахунково-графічна робота передбачає проектування металевої балкової клітини промислової будівлі і пов'язана з проектуванням сталевих будівельних конструкцій. Під час виконання цієї роботи студенти мають можливість засвоїти основні правила компонування схем балкових кліток промислових будинків, принципи проектування і розрахунку металевих прокатних балок і колон та вузлів сполучення.

Проектування балкової клітини починається з розміщення елементів перекриття при заданому кроці колон, яке включає розробку схем розташування балок настилу та головних балок перекриття.

Пояснювальна записка до розрахунково-графічної роботи повинна містити:

1.Завдання на виконання роботи.

2.Маркувальну схему площадки.

3.Конструкцію підлоги і таблицю збору навантажень.

4.Розрахункові схеми, визначення внутрішніх зусиль і підбір перерізів балок настилу та головних балок.

5.Розрахунок центрально-стиснутої колони.

6.Розрахунок вузлів сполучення елементів каркаса.

7.Список використаних джерел.

Обсяг пояснювальної записки становить 12-15 сторінок формату А4. Графічна частина роботи повинна містити креслення стадії КМ, що

включають компонувальні схеми (тобто схеми розташування несучих елементів каркаса будівлі) і монтажних вузлів. Обов’язковий склад креслень розрахунково-графічої роботи:

1.План, поперечний та поздовжній розрізи робочої площадки із маркуванням несучих елементів конструкції.

2.Вузол з’єднання балок настилу з головною балкою.

3.Вузол спирання головної балки на колону.

4.Вузол бази колони.

5.Відомість елементів несучого каркаса.

Обсяг графічної частини становить один аркуш формату А2.

4

1. Розрахунок елементів балкової клітини

Балка – це елемент, що працює на переважну дію згину. До балок відносимо всі елементи суцільного перерізу з раціональним прольотом L ≤ 20м: при більших прольотах рекомендується переходити на наскрізні конструкції.

Система перехресних балок перекриття називається балковою клітиною.

Для робочих площадок застосовуються нормальні або ускладненні типи балкових клітин (рис. 1 та 2).

В балких клітинах нормального типу існує два типи балок – головні (ГБ) і балки настилу (БН). Перші проектуються прокатними за ГОСТ 26020-83 (додаток 5 табл.13) та спираються на колони з прокатних двотаврів за ГОСТ 26020-83 (додаток 5 табл.13), другі проектуються прокатними за ГОСТ 8239-89 (додаток 5 табл. 14) або ГОСТ 26020-83 (додаток 5 табл.13) та спираються на головні (рис. 1). Відстань між балками настилу (крок a ) залежить від типу настилу. При застосуванні металевого настилу з плоского або рифленого листа крок a приймається від 0,6 до 1,2 м, а в випадку залізобетонного настилу – 1,5-3,0 м.

При використанні ускладненого типу балкової клітини застосовують три системи балок – головні (ГБ), допоміжні (ДБ) та балки настилу (БН) (рис. 2). Крок допоміжних балок рекомендується встановлювати від L/3 до

5

L/5 залежно від прольоту та кроку головних балок. Крок балок настилу встановлюється також з умов улаштування обраного типу настилу.

Перед розрахунком будь-яких конструкцій слід виконати збір навантажень, який найзручніше виконувати в табличній формі (табл. 1).

Таблиця 1

Визначення навантаження на 1м2 перекриття

В таблиці 1 для постійного навантаження виконується розрахунок власної ваги конструкції покриття (перекриття) балкової клітини. Спочатку визначається характеристичне значення навантаження, розподіленого на 1м2 за формулою:

де g – характеристичне значення навантаження;

ρ – густина відповідного шару покриття (див. додаток 2, табл. 8);

де γ fe – коефіцієнт надійності за експлуатаційним навантаженням,

приймається за п.5.2. [1]. Експлуатаційне розрахункове значення ваги конструкцій та ґрунтів береться таким, що дорівнює характеристичному

(п.5.2. [1]).

Значення граничного розрахункового навантаження визначаються за формулою:

навантаженням, приймається за додатком 2, табл. 8 для постійного навантаження та за додатком 2, табл. 9 для корисного навантаження від устаткування, людей, складованих матеріалів і виробів.

Знаходимо середній коефіцієнт надійності за експлуатаційним навантаженням за формулою:

6

1.1. Розрахунок настилу

По верхнім поясам балок перекриття влаштовують шар суцільного настилу.

Існують три основні типи настилу за матеріалом, з якого він виготовляється: залізобетонний, металевий та дерев’яний.

Плоский настил з металевого листа розташовують на поличках балок та приварюють до них. Товщина настилу частіше за все призначається залежно від граничного прогину, тому розрахунок настилу ведеться за експлуатаційним розрахунковим навантаженням (ІІ група граничних станів).

Для металевого настилу застосовують плоскі листи товщиною від 6 до 14 мм та рифлені товщиною – 0,3…3 мм. Настил працює на згин та осьовий розтяг, як пружна висяча конструкція.

При навантаженнях, що не перевищують 50 кН/м2, умова міцності настилу, як правило, не є вирішальною і розрахунок виконується за жорсткістю.

Для обчислення необхідної товщини настилу чи найбільшого його прольоту використовують рівняння С. П. Тимошенка- А. Л. Телояна:

де n0 =(l f )u – граничне відношення прольоту настилу до його прогину,

приймають n0 =150 за додатком 7, табл. 15;

прийняти за таблицею 2.

При застосуванні монолітного залізобетонного настилу його товщину можна приймати за даними таблиці 3.

7

Таблиця 2

Товщина сталевого настилу, мм

Приклад 1. Запроектувати конструкції балкової клітини робочої площадки

Вихідні дані: прольот головної балки ГБ-1 L=10м; прольот балки настилу БН-1 l1=5м; прольот балки настилу БН-2 l2=7м; відмітка верха колони Н=+4,000; характеристичне значення рівномірно розподіленого тимчасового навантаження p =10 кH/м2 , крок балок настилу a =1м, відмітка

верха фундаменту – 0,150.

Приклад 1.1. Визначити навантаження на 1м2 сталевої балкової клітини промислової будівлі; коефіцієнт надійності за відповідальністю γn = 0,95 . Склад перекриття приймаємо відповідно до завдання.

Характеристичне значення постійних навантажень визначаємо, спираючись на дані додатку 3, табл. 10.

Крок балок настилу призначаємо за завданням.

Товщину сталевого настилу призначаємо залежно від експлуатаційного розрахункового тимчасового навантаження та кроку балок настилу за табл. 2 (див. рис. 3).

8

Таблиця 4

Визначення навантажень на 1м2 перекриття

навантаженням.

9

Рис. 3. Конструкція каркасу під робочу площадку промислової будівлі

1.2. Розрахунок балок настилу

Для розрахунку балок настилу необхідно знайти погонне експлуатаційне розрахункове та граничне розрахункове значення навантаження:

де (ge + pe ) γn та (gm + pm ) γn – експлуатаційне та граничне розрахункове

навантаження з урахуванням коефіцієнта надійності за відповідальністю в кН/м2 (визначені за табл. 4);

γ fe – коефіцієнт надійності за експлуатаційним значенням навантаження

(приймається за п 5.2 [1]);

γ fm – коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням

навантаження (приймаємо за додатком 2, табл. 8, табл. 9 ); a – крок балок настилу, м;

10