14) Элементы металлических конструкций. Балки и балочные конструкции. Область применения и классификация балок. Компоновка балочных перекрытий.

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданиях и в мостах, эстакадах. Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.

Балки подразделяются:

1) прокатные (двутавр, швеллер, балки квадратного сечения)

2) сварные (двутавр, швеллер, квадратные трубы, коробчатого сечения из листов).

3) Перфорированные. Такие балки создаются путем разрезки стенки двутавра по зигзагообразной линии с последующей раздвижкой и сваркой встык частей двутавров по выступам стенки. Несущая способность сквозных двутавров в 1,3-1,5 выше несущей способности исходного, что определяется большей высотой, чем высота исходного двутавра.

4) Бистальлные. Балки сварены из двух марок стали. В бистальных балках пояс двутавра выполняют из высокопрочной стали.

По типу балки подразделяются на 1) главные балки (сварные) 2) вспомогательные (прокат) 3) балки настила (прокат)

Балочная клетка – система несущих балок.

Балочные клетки подразделяют на три основных типа:

1 Упрощенный

2 Нормальный

3 Усложненный

В упрощенном балочной клетке нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояние а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку.

В нормальном типе нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции.

В усложненном типе вводятся еще дополнительные , вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающие нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Чтобы снизить трудоемкость перекрытия, бакли настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

Ыбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

Погонная нормативная равномерно распределенная нагрузка равна:

Погонная расчетная равномерно распределенная нагрузка

- собственный вес настила в кН/м²

- коэффициент надежности по нагрузке от веса настила

а – шаг балок настила

- коэффициент, учитывающий собственный вес балок настила

13.Соединения металлических конструкций. Общая характеристика болтовых и заклепочных соединений. Области применения, достоинства и недостатки. Расчет. Конструктивные требования.

Для соединения МК помимо сварки применяют болты и заклепки. ДОСТОИНСТВА: 1)разъемность соединений; 2)не нарушается структура металла, хорошо работает на динамические нагрузки; 3)установка проста и не требует спец. оборудования и подвода энергии. НЕДОСТАТКИ: 1)деформативность соединения; 2)дополнительные детали и отверстия, ослабляющие сечение, следовательно, больше масса конструкций. В соединения МК применяются болты: 1)грубой и нормальной точности; 2)повышенной точности; 3)высокопрочные болты; 4)анкерные, фундаментные болты

1)болты грубой и нормальной точности Ставят в отверстия на 1-6 мм больше, чем диаметр болта, благодаря чему они легко устанавливаются, даже при небольшом несовпадении центров отверстий. При взаимном сдвиге соединяющих элементов, эти болты дают довольно деформативное соединение, поэтому из называют «черными болтами». Применяют в монтажных фиксирующих соединениях.

2)болты повышенной прочности диаметр отверстия равен диаметру болта (без плюсовых допусков для болта и минусовых допусков для отверстия). Отверстие сверлят отдельно от элементов по кондукторам или шаблонам или проваривают весь пакет поэтапно. Они обеспечивают плотное малодеформированное соединение, хорошо работают на сдвиг. «чистые болты»

3)высокопрочные болты изготавливают из высокопрочных среднелегированных или термически упрочненных сталей, устанавливаются в отверстие на 1-6 мм больше диаметра болта. Монолитность соединения обеспечивается трением между поверхностями соединяемых элементов с большой силой стянутых высокопрочными болтами. Затягивают их татировочными ключами, позволяющими контролировать силу натяжения болта. Обеспечивают надежное недеформативное соединение, хорошо работающее при любых видах силовых нагрузок, поэтому их используют в ответственных соединениях.

4)анкерные болты применяют для крепления баз, колонн и стоек к фундаментам.

БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ В РАЗРЕЗЕ:

Несущая способность одного болта определяется по формуле:

R_b,s и R_b,t по таблице 58 СНиПа, расчетное сопротивление болтового соединения срезу и растяжению. Класс точности задается по табл.57

Rbp расчетное сопротивление болтового соединения смятию, табл 59

Аb Abn площадь болта полная и площадь болта нетто с учетом резьбы

d- диаметр болта

tmin минимальная толщина элементов сминаемых в одном направлении

n_s количество плоскостей среза

γ коэф-т условия работы болтового соединения по табл.35, зависит от кол-ва болтов в соединении, от класса болтов

при действии продольной или поперечной сил кол-во болтов определяется по формуле:

М – изгибающий момент

m – число рядов болтов с одной стороны стыка

a max=a1 это расстояние между парой наиболее удаленных болтов

∑аi² сумма квадратов расстояний между парами болтов в одном ряду относительно оси стыка

РАСЧЕТ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТАХ. Расчет на усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов стянутых одним высокопрочных болтом следует определить по формуле:

Γb к-т условия работы, зависит от кол-ва болтов в соединении

μ – к-т трения, зависит только от способа обработки соединяемых поверхностей

γn-к-т условия работы высокопрочного болта, зависит от способа обработки поверхностей, от способа регулирования натяжения болтов

несущая способность одного высокопрочного болта опред-ся по ф-ле:

КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К БОЛТОВЫМ СОЕДИНЕНИЯМ

Соединительные болты должны размещаться как правило на максимальном расстоянии, в стыках и узлах следует размещать болты на минимальном расстоянии.

Расчет на прочность этих элементов, ослабленных отверстиями под болты следует производить по площадям:

1)обычные болты по Аn

2)высокопрочные болты:

А)динамич. Нагр. По Аn

Б)статические нагрузки при Аn≥0,85А по А, при Аn<0,85 А по условной площади А=1,18 Аn