3Компоновка конструктивной схемы и расчет несущих элементов здания в стальном исполнении

3.1Несущие конструкции каркаса

Во второй части курсового проекта необходимо запроектировать основные несущие конструкции стального каркаса (стальные главные балки, балки настила и колонны).

В курсовом проекте конструкция перекрытия состоит из балочной клетки, которая поддерживается колоннами, опирающиеся на отдельно стоящие фундаменты.

Балочная клетка представляет собой систему несущих балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям. В балочной клетке преимущественно применяются разрезные балки.

В общем случае балочная клетка состоит из настила, балок настила и главных балок.

Рабочий настил в балочных клетках может проектироваться из стальных листов, железобетонным – из сборных панелей или монолитной плиты.

3.2Компоновка стального каркаса

Наружные стены здания как и для железобетонного каркаса предполагается выполнить из самонесущих кирпичных стен. Толщину стен можно принять равными 510мм, в предположении дополнительного наружного утепления. На рисунке 7.1 приведена схема расположения элементов в перекрытии.

Наиболее выгодной считается компоновка с поперечными главными балками Б1. В качестве настила необходимо применять монолитный железобетонный настил. Шаг балок настила Б2 колеблется примерно от 1,2 до 2,5м. При этом пролет главных балок должен быть кратным шагу балок настила.

Главные балки и балки настила в перекрытиях зданий как правило проектируются из прокатных двутавров. Обычно применяются нормальные двутавры по ГОСТ 26020-83 типа Б или широкополочные двутавры типа Ш. Сортамент двутавров по ГОСТ 26020-83 приведен в Приложении В.

В курсовом проекте толщина железобетонной плиты может быть принята в зависимости от нагрузки и шага балок a_i согласно таблицы 3.1.

Таблица 3.1

Нормативная нагрузка, кН/м2	Толщина плоской железобетонной плиты hпл, при шаге балок настила ai, см
	120	150	175	200	225	250
5-10	50	50-60	60-70	70-80	80-90	90-100
10-15	60-70	60-70	70-80	80-90	90-100	100-110

Рисунок 3.1 – Схема размещения несущих элементов стального каркаса

3.3Расчет балок настила

Расчетная схема балок настила представлена на рисунке 3.2.

На балку действует равномерно распределенная нагрузка, собираемая с шага а балок настила (в метрах).

Рисунок 3.2 – Расчетные схемы для расчета балок настила.

Расчетное значение нагрузки q_Б2 указанной на расчетной схеме определяется по формуле:

где а – шаг балок настила

Сбор нагрузки на балку настила приведен в таблице 3.2.

Расчетную длину балок настила l₀₂ можно принять равной величине L, расстоянию между осями главных балок Б1

Таблица 3.2 – Нагрузка на балку настила

Наименование нагрузки	Нормативное значение	f	Расчетное значение
1 Собственный вес пола (из задания)	qn1	1,15	q1
2 Собственный вес настила	qn2	1,1	q2
3 Собственный вес балок настила Б2	qn3	1,05	q3
5 Временная полная (полезная) (из задания)	qn4	1,2	q4
Итого:	qni		qi

Нормативное значение нагрузки от собственного веса настила q_n1 можно определить по формуле:

,

где - толщина железобетонного настила в метрах, =2,5т/м³ – плотность тяжелого бетона.

Нормативное значение нагрузки от собственного веса балок настила принимается приближенно, первоначально можно принять 0,15…0,25кПа.

Расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления при упругой стадии работы материала равны соответственного:

, кНм; /3.1/

, см³ /3.2/

где R_y – расчетное сопротивление стали, кН/см²,

– коэффициент условий работы конструкции, определяется по таблице 6* / / и для данного случая равен 1.

По требуемому моменту сопротивления из сортамента подбирают ближайший больший номер двутавра. Предпочтительно нормальные двутавры типа Б по ГОСТ 26020-83.

Проверку касательных напряжений в прокатных балках при отсутствии ослабления сечений, как правило (обычно), не производят из-за относительно большой толщины стенок прокатных балок, то есть прочность по  обеспечивается по условию проката.

Проверка предельного состояния второй группы прокатных балок (проверка жесткости) проводится путем сравнения относительного прогиба от нормативной нагрузки f/l с допустимым по нормам [7]:

f/l [f/l] /3.3/

Для балки на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой возможно применить следующую формулу:

/3.4/

При пролете l=3м допустимый прогиб равен l/150, при l=6м – l/200, при l=12м – l/250, для промежуточных значений допустимый прогиб определяется линейной интерполяцией.

Если условие жесткости не выполняется, то необходимо увеличить сечение балки и выполнить проверку снова.