Расчет несущей способности балки: Определение несущей способности железобетонной балки

Определение несущей способности железобетонной балки

Определение несущей способности ж/б балки без арматуры в сжатой зоне

Дано:

железобетонная балка длиной 4.5 м, высотой h = 30 см, шириной b = 240 мм из бетона марки М300, что соответствует классу В22.5. Балка армирована арматурой класса А-III (A400), двумя стержнями диаметром 18 мм снизу. В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень (в итоге имеем тяжелый бетон)

Требуется определить:

какую равномерно распределенную нагрузку выдержит такая балка при условии шарнирного закрепления на опорах.

Решение:

Алгоритм расчета в этом случае выглядит следующим образом: сначала определяется высота сжатой зоны бетона, затем — значение момента, а после этого можно определить значение нагрузки. Ну а теперь подробнее:

1. Определение пролета балки

Так как длину опорных участков балки желательно принимать не менее h/2, то в нашем случае расчетный пролет составит l = 4.5 — 0.3 = 4.2 метра.

2. Определение прочностных характеристик

Расчетное сопротивление арматуры растяжению мы можем сразу принять по соответствующей таблице

R_b = (11.5 + 14.5)/2 = 13 МПа или 13/0.0981 = 132.5 кг/см²

а с учетом различных коэффициентов, учитывающих возможную длительность действия нагрузки, повторяемость нагрузок, условия работы бетона и др. мы для надежности примем R_b = 132.5·0.8 = 106 кг/см².

Два стержня арматуры диаметром 18 мм имеют площадь А_s = 5.09 см². Это можно определить как непосредственно из формулы А = пd²/4, так и по таблице.

3. Определение относительной высоты h

Если h_o нам не известно, то из конструктивных соображений в данном случае защитный слой бетона а ≥ 1.8 см, соответственно h_o ≤ 30 — 1.8 — 0.9 ≤ 27.3 cм. Для дальнейших расчетов примем значение

4. Определение высоты сжатой зоны бетона

Согласно формуле 220.6.5 высота сжатой зоны у составляет

(6.5)

тогда

у = 3600·5.09/(106·24) = 7.2024 ≈ 7.2 см

Заодно определим, находится ли данное значение в пределах допустимого

у/ho ≤ ξ_R 

7.2/27 = 0.267 < ξ_R = 0.531 (для арматуры класса А400)

5. Определение максимального значения момента

Так как согласно формуле 220.6.3

M < R_bbу (h₀ — 0,5у)

То значение момента составит

М < 106·24·7.2(27 — 0.5·7.2) = 428613.12 кгс·см

т.е. максимально допустимое значение изгибающего момента составит M = 4286 кгс·м

6. Определение равномерно распределенной нагрузки

Так как

М = ql²/8

то

q = 8M/l² = 8·4286/4.2² = 1943.46 кг/м

Т.е. имеющаяся балка при условии того, что при ее проектировании и изготовлении были соблюдены все конструктивные и технологические требования может выдерживать нагрузку до 1943 кг/м. Если на балку будут действовать одна или несколько сосредоточенных сил, то заключительная часть расчета будет несколько другой. Тем не менее часто сосредоточенную нагрузку или нагрузки можно привести к эквивалентной равномерно распределенной.

А если в сжатой зоне сечения также имеется арматура и ее влияние на прочность хочется учесть, то алгоритм расчета при этом не меняется, лишь немного усложняются формулы:

Определение несущей способности ж/б балки с арматурой в сжатой зоне

Например у рассчитанной выше балки имеется арматура в сжатой зоне — 2 стержня арматуры диаметром 12 мм. Площадь сечения сжимаемой арматуры составит А’_s = 2.26 см². Расстояние от верха балки до центра тяжести сжатой арматуры примем равным a’ = 3 см. Расчетное сопротивление сжатию составляет

При наличии арматуры в сжатой зоне формула для определения высоты сжатой зоны примет следующий вид:

 (282.5)

тогда

у = 3600(5.09 — 2.26)/(106·24) = 4 см

так как у нас у/h_o < ξ_R, то значение максимального изгибающего момента мы будем производить по следующей формуле:

M < R_bby(h_о — 0,5у) +R_csA’_s(h_o — a’) (281.5.2)

M < 106·24·4(27 — 2) + 3600·2.26(27 — 3) = 254400 + 193536 = 447936 кгс·см

Таким образом максимально допустимое значение момента составит примерно М = 4479 кгс·м, т.е. примерно на 4.5% больше, чем при расчете без учета арматуры в сжатой зоне. Соответственно и значение максимально допустимой нагрузки также увеличится на 4.5% или в 1.045 раза и составит

q = 1943.46·1.045 = 2031 кг/м

Вот собственно и весь расчет. При этом стоит ли при расчете учитывать наличие арматуры в сжатой зоне сечения или нет — решать вам.

Несущая способность балки. Расчет нагрузки двутавровой балки

Несущая способность металлической балки — Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Несущая способность однопролетной металлической балки при равномерно распределенной нагрузке и шарнирном закреплении на опорах

1. Например, мы в качестве балок ддя перекрытия помещения размерами 4 на 6 метров использовали 4 профильных трубы сечением 100х100 мм с толщиной стенки 5 мм. Тогда длина пролета балки составит l = 4 м, а шаг балок 6/5 = 1.2 м. Согласно сортаменту для квадратных профильных труб момент сопротивления такой металлической балки составит Wz = 54.19 см3.

2. Расчетное сопротивление стали следует уточнять у производителя, ну а если оно точно не известно, то можно принимать наименьшее из возможных, т.е. R = 2000 кг/см2.

3. Тогда максимальный изгибающий момент, который может выдержать такая балка:

M = WzR = 54.19·2000 = 108380 кгсм или 1083.8 кгм.

4. При пролете 4 м максимальная распределенная нагрузка на погонный метр составляет:

q = 8M/l2 = 8·1083.8/42 = 541.9 кг/м.

5. При шаге балок 1.2 м (расстоянии между осями балок) максимальная плоская равномерно распределенная нагрузка на квадратный метр составит:

q = 541.9/1.2 = 451.6 кг/м2 (сюда входит и вес балок).

Вот и весь расчет.

Несущая способность однопролетной металлической балки при действии сосредоточенных нагрузок и шарнирном закреплении на опорах

Если на металлические балки перекрытия сверху уложены сначала лаги, а потом уже делается перекрытие по лагам, то на такие металлические балки будет действовать не одна равномерно распределенная нагрузка, а несколько сосредоточенных. Впрочем перевести сосредоточенные нагрузки в эквивалентную равномерно распределенную совсем не сложно — достаточно просто разделить значение равномерно распределенной нагрузки, которую мы уже определили, на коэффициент перехода.

Например, если мы по металлическим балкам уложили лаги через каждые 0.5 метра, то есть всего 4/0.5 +1 = 9 лаг — сосредоточенных нагрузок. При этом крайние лаги можно вообще в расчет не брать и тогда количество сосредоточенных сил будет = 7, а коэффициент перехода от сосредоточенных нагрузок к эквивалентной равномерно распределенной составит γ = 1.142.

Тогда максимальная равномерно распределенная нагрузка, которую может выдержать данная металлическая балка, составит:

q = 451.6/1.142 = 395.4 кг/м2

Конечно же металлические балки могут быть и многопролетными или иметь жесткое закрепление на одной или двух опорах, т.е. быть статически неопределимыми. В таких случаях изменится только формула определения максимального изгибающего момента (см. расчетные схемы для статически неопределимых балок), но весь алгоритм расчета останется таким же.

doctorlom.com

2.2 Проверка несущей способности балки

2.2.1 Проверка прочности балки

Подобранное сечение проверяем на прочность по первой группе предельных состояний от действия касательных напряжений по формуле(2.6):

(2.6)

где — наибольшая поперечная сила на опоре;

и — статический момент и момент инерции сечения;

— толщина стенки балки;

— расчетное сопротивление стали сдвигу; определяем по формуле (2.7)

(2.7)

где — предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; принимаемМПа;

— коэффициент надежности по материалу проката ; принимаем .

Н/мм2= 20,09 кН/см.

кН/см<кН/см, условие выполняется.

2.3 Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле (2.8):

, (2.8)

где — значение нормативной нагрузки на балку; определяется по формуле с учетом значений, соответствующих выбранной балке настила;

кН/м <, т.е. условие жесткости балки удовлетворяется.

3 Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором — проверяем балку на прочность, устойчивость и жесткость.

3.1 Подбор сечения главной балки

3.1.1 Сбор нагрузок.

Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов и стенки составной сварной балки, с учетом заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 3

а — расчетная схема; б — сечение балки

Рисунок 3 — К подбору сечения главной балки

Определяем по формуле (3.1) расчетную погонную нагрузку на главную балку

(3.1)

где и- коэффициенты надежности по нагрузке для временной нормативной и постоянной нагрузок; принимаем по;;

— собственный вес настила;

— масса 1 м балки настила;

— собственный вес главной балки, предварительно принимаемый равным  1 — 2 % нагрузки, приходящейся на балку;

кН/м

Нормативная нагрузка:

3.1.2 Определение усилий.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета:

(3.2)

кНм

Поперечная сила на опоре:

(3.3)

кН

Определим также нормативный изгибающий момент

(3.4)

кНм

3.1.3 Подбор сечения балки.

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле (3.5):

(3.5)

где — расчетное сопротивление материала главной балки; принимаемМПа;

с1 — коэффициент, учитывающий упругопластическую работу материала балки; принимаем с1 = 1,1.

см 3

3.1.4 Компоновка сечения главной балки

Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки.

Предварительно задаемся высотой балки м

Определяем толщину стенки по эмпирической формуле (3.6):

(3.6)

мм.

Определяем оптимальную высоту балки по формуле (3.7):

(3.7)

где — для сварных балок постоянного сечения.

см=1.19м

Определяем минимальную высоту балки по формуле (3.8):

, (3.8)

где fu — предельный относительный прогиб; для главных балок fu=400.

м.

Окончательно принимаем высоту стенки балки hw=140 см.

Определяем минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез

( 3.9):

(3.9)

где — при работе на срез без учета поясов

м

Принимаем толщину пояса tf=3см

hb=hw+6=140+6=146см

Окончательно принимаем tw=12мм.

Проверим местную устойчивость стенки главной балки по формуле (3.10):

(3.10)

см

Условие выполняется, следовательно, дополнительного укрепления стенки главной балки продольным ребром не требуется.

Принимаем толщину поясных листов 30 мм.

Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле(3.11):

(3.11)

где hb — принятая высота главной балки.

см4

Высота стенки балки см; находим момент инерции стенки

(3.12)

см4

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

см4.

Требуемую площадь сечения одной полки определяем по формуле(3.13):

(3.13)

где см — расстояние между центрами полок.

см2

Ширину полки балки определим по формуле (3.14):

. (3.14)

см. Принимаем см.

см2

Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщинене должно превышать значений, вычисляемых по формулам (3.15) и (3.16):

(3.15)

см

. (3.16)

см

Условия выполняются.

studfiles.net

Расчет нагрузки двутавровой балки – максимальные значения + Видео

Расчет нагрузки двутавровой балки проводится для определения номера из списка сортамента при проектировании несущих конструкций зданий и сооружений. Расчет производится согласно формулам и таблицам, а полученные параметры влияют на процесс проектирования и строительства, а также дальнейшие эксплуатационные характеристики конструкции.

1 Применение двутавровой балки и основные параметры

Основная функция двутавра при проектировании различных зданий и сооружений – создание надежной и эффективной несущей конструкции. В отличии от бетонных вариантов несущих конструкций, использование двутавровой балки позволяет добиться увеличения ширины пролетов жилых или коммерческих зданий и уменьшить массу основных несущих конструкций. Таким образом, существенно повышается рентабельность строительства.

Двутавровое балки

Рекомендуем ознакомиться

Двутавровый швеллер выбирается, исходя из длины и веса. Балки могут быть горячекатаными стандартными или специальными и иметь параллельные или наклонные грани полок. Они изготавливаются из низкоуглеродистой стали различных марок и используются в разных сферах строительства. Согласно нормам ГОСТ 823989, длина двутаврового швеллера может быть от 3 до 12 метров. По типу использования такие балки могут быть балочными, колонными, широкополочными или монорельсными, которые используются для строительства подвесных мостов. Определить тип балки можно по буквенной маркировке в таблице сортамента.

Масса двутавра рассчитывается согласно таблице сортамента, в которой указан конкретный номер и маркировка двутавровой балки, а также показатели ширины, высоты, толщины полок и средняя толщина стенок профиля. Таким образом, для определения массы, согласно таблице, необходимо знать нормативный вес одного погонного метра. Например, балка с номером 45, при весе погонного метра 66,5 кг, имеет длину 15,05 метров.

Помимо расчета массы, который можно провести, используя простой калькулятор, в процессе проектирования необходимо рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб и прогиб (деформацию), чтобы выбрать подходящую под конкретные цели строительства двутавровую балку. Данные расчеты основаны на таких параметрах металлического профиля, как:

• минимальное и максимальное расстояние между полками (стенками) балки с учетом их толщины;
• максимальная нагрузка на будущую конструкцию перекрытия;
• тип и форма конструкции, метод крепления;
• площадь поперечного сечения.

В некоторых случаях для проведения расчетов может понадобиться и шаг укладки, то есть расстояние, через которое балки укладываются параллельно друг другу.

Расчет двутавровой балки, как правило, производится на прочность и прогиб. Для максимально точных расчетов в таблице сортамента и нормах ГОСТ прописаны и такие необходимые параметры, как момент сопротивления, который делится на статистический и осевые моменты. Помимо этого, иногда необходимо знать величину расчетного сопротивления, которая зависит от типа и марки стали, из которой изготовлена двутавровая балка, а также от типа производства (сварная или прокатная). В случае сварного профиля при расчете прочности прибавляется до 30 процентов к вычисленной несущей нагрузке профиля.

2 Выбор металлической балки по номеру и примеры расчета

В таблице сортамента все номера металлического двутавра указаны согласно нормам ГОСТ 823989. Таким образом, выбор номера должен осуществляться с учетом предполагаемой нагрузки на балку, длины пролетов, веса. Например, если максимальная нагрузка на двутавровую балку равна 300 кг/м.п, из таблицы выбирается балка номер 16, при этом пролет будет равен 6 метрам при шаге укладки от 1 до 1,2 метров. При выборе 20-го профиля максимальная нагрузка увеличивается до 500 кг/ м.п, а шаг может быть увеличен до 1,2 метра. Профиль с номерами 10 или 12 означает максимально допустимую нагрузку до 300 кг/м.п и сокращение пролета до 3-4 метров.

Применение балок в строительстве

Таким образом, расчет того, какую нагрузку выдерживает балка, производится так:

• определяется величина нагрузки, которая давит на перекрытие с учетом веса самого профиля (из таблицы), которая рассчитывается на 1 погонный метр профиля;
• полученная нагрузка, согласно формуле, умножается на показатель коэффициента надежности и упругости стали, который прописан в ГОСТ 823989;
• используя таблицу расчетных значений по ГОСТ, необходимо определить величину момента сопротивления;
• исходя из момента сопротивления, выбираем соответствующий номер из таблицы сортамента.

Рассчитывая несущую нагрузку при выборе профиля, рекомендуем выбирать номера балки на 1-2 пункта выше полученных расчетных значений. Несущая способность профиля также рассчитывается при определении нагрузки двутавровой балки на изгиб.

3 Как марки стали влияют на расчеты?

При расчете прочности несущей балки в обязательном порядке учитывается марка стали, которая использовалась в процессе производства, и тип производственного проката. Для сложных конструкций и возведения перекрытий жилых зданий, коммерческих помещений, мостов необходимо выбирать балки из максимально прочных марок стали. Изделия с более высокой прочностью обладают меньшими габаритными размерами, но при этом способны выдерживать большие нагрузки.

Балки на производстве

Таким образом, расчет на прочность рекомендуется проводить несколькими способами, а полученные данные сравнить для получения максимально точных результатов вычислений. При определении прочности необходимо знать нормативные и расчетные напряжения и учитывать такие параметры, как поперечные и продольные силы, а также крутящие моменты. Существует несколько вариантов расчетных калькуляторов, с помощью которых определяется максимально и минимально допустимая нагрузка на прочность.

4 Как вычислить нагрузку на деформацию?

Для определения нагрузки балки на деформацию необходимо учитывать такие параметры, как:

• расчетная и нормативная нагрузка;
• длина и вес перекрытия;
• нормативное сопротивление.

Двутавровые балки для строительства

При этом для некоторых типов балок невозможно рассчитать нагрузку на прогиб, ввиду их формы и видов крепления при строительстве. Следует также понимать, что деформация балки (прогиб) возникает в поворотных углах. Поэтому она сильно зависит от габаритов конструкции, ее назначения, марки стали и других свойств и показателей. Существует несколько формул и вариантов для расчета балки на прогиб, использование которых зависит от расчета деформации внизу и вверху балки. Чаще всего для того, чтобы вычислить максимальную нагрузку на прогиб, специалисты используют универсальную формулу. Величину нагрузки на будущую конструкцию необходимо умножить на ширину пролета в кубическом объеме. Полученный параметр разделите на произведение модуля упругости и величины инерционного момента.

Модуль упругости вычисляется, исходя из конкретной марки стали, момент инерции прописан в ГОСТе по номеру выбранной балки. Полученное число необходимо умножить на коэффициент, равный 0,013. В том случае, если рассчитанный относительный коэффициент деформации больше или меньше, чем прописано в нормативе, то в строительной конструкции необходимо использовать двутавры большего или меньшего типоразмера из таблицы.

Следует понимать, что двутавровая балка, ввиду своей формы, конструкции и веса, довольно редко используется в частном строительстве. Обычно вместо балок применяются более легкие швеллеры или стальные уголки. Но если вы все же используете балку для строительства небольшого частного дома, дачи, то необязательно проводить сложные расчеты по всем видам деформации и нагрузок. Для небольшой конструкции перекрытия достаточно рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб.

tutmet.ru

Определение несущей способности железобетонной балки

Определение несущей способности ж/б балки без арматуры в сжатой зоне

Дано:

железобетонная балка длиной 4.5 м, высотой h = 30 см, шириной b = 240 мм из бетона марки М300, что соответствует классу В22.5. Балка армирована арматурой класса А-III (A400), двумя стержнями диаметром 18 мм снизу. В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень (в итоге имеем тяжелый бетон)

Требуется определить:

какую равномерно распределенную нагрузку выдержит такая балка при условии шарнирного закрепления на опорах.

Решение:

Алгоритм расчета в этом случае выглядит следующим образом: сначала определяется высота сжатой зоны бетона, затем — значение момента, а после этого можно определить значение нагрузки. Ну а теперь подробнее:

1. Определение пролета балки

Так как длину опорных участков балки желательно принимать не менее h/2, то в нашем случае расчетный пролет составит l = 4.5 — 0.3 = 4.2 метра.

2. Определение прочностных характеристик

Расчетное сопротивление арматуры растяжению мы можем сразу принять по соответствующей таблице Ra = 3600 кг/см2. В таблицах расчетное сопротивление бетона класса В22.5 не приводится. Однако ничего не мешает нам определить это значение интерполированием:

Rb = (11.5 + 14.5)/2 = 13 МПа или 13/0.0981 = 132.5 кг/см2

а с учетом различных коэффициентов, учитывающих возможную длительность действия нагрузки, повторяемость нагрузок, условия работы бетона и др. мы для надежности примем Rb = 132.5·0.8 = 106 кг/см2.

Два стержня арматуры диаметром 18 мм имеют площадь Аs = 5.09 см2. Это можно определить как непосредственно из формулы А = пd2/4, так и по таблице.

3. Определение относительной высоты ho

Если ho нам не известно, то из конструктивных соображений в данном случае защитный слой бетона а ≥ 1.8 см, соответственно ho ≤ 30 — 1.8 — 0.9 ≤ 27.3 cм. Для дальнейших расчетов примем значение ho = 27 cм.

4. Определение высоты сжатой зоны бетона

Согласно формуле 220.6.5 высота сжатой зоны у составляет

(6.5)

тогда

у = 3600·5.09/(106·24) = 7.2024 ≈ 7.2 см

Заодно определим, находится ли данное значение в пределах допустимого

у/ho ≤ ξR 

7.2/27 = 0.267 < ξR = 0.531 (для арматуры класса А400)

5. Определение максимального значения момента

Так как согласно формуле 220.6.3

M < Rbbу (h0 — 0,5у)

То значение момента составит

М < 106·24·7.2(27 — 0.5·7.2) = 428613.12 кгс·см

т.е. максимально допустимое значение изгибающего момента составит M = 4286 кгс·м

6. Определение равномерно распределенной нагрузки

Так как

М = ql2/8

то

q = 8M/l2 = 8·4286/4.22 = 1943.46 кг/м

Т.е. имеющаяся балка при условии того, что при ее проектировании и изготовлении были соблюдены все конструктивные и технологические требования может выдерживать нагрузку до 1943 кг/м. Если на балку будут действовать одна или несколько сосредоточенных сил, то заключительная часть расчета будет несколько другой. Тем не менее часто сосредоточенную нагрузку или нагрузки можно привести к эквивалентной равномерно распределенной.

А если в сжатой зоне сечения также имеется арматура и ее влияние на прочность хочется учесть, то алгоритм расчета при этом не меняется, лишь немного усложняются формулы:

Определение несущей способности ж/б балки с арматурой в сжатой зоне

Например у рассчитанной выше балки имеется арматура в сжатой зоне — 2 стержня арматуры диаметром 12 мм. Площадь сечения сжимаемой арматуры составит А’s = 2.26 см2. Расстояние от верха балки до центра тяжести сжатой арматуры примем равным a’ = 3 см. Расчетное сопротивление сжатию составляет Rsc = 3600 кг/см2.

При наличии арматуры в сжатой зоне формула для определения высоты сжатой зоны примет следующий вид:

 (282.5)

тогда

у = 3600(5.09 — 2.26)/(106·24) = 4 см

так как у нас у/ho < ξR, то значение максимального изгибающего момента мы будем производить по следующей формуле:

M < Rbby(hо — 0,5у) +RcsA’s(ho — a’) (281.5.2)

M < 106·24·4(27 — 2) + 3600·2.26(27 — 3) = 254400 + 193536 = 447936 кгс·см

Таким образом максимально допустимое значение момента составит примерно М = 4479 кгс·м, т.е. примерно на 4.5% больше, чем при расчете без учета арматуры в сжатой зоне. Соответственно и значение максимально допустимой нагрузки также увеличится на 4.5% или в 1.045 раза и составит

q = 1943.46·1.045 = 2031 кг/м

Вот собственно и весь расчет. При этом стоит ли при расчете учитывать наличие арматуры в сжатой зоне сечения или нет — решать вам.

doctorlom.com

Несущая способность — балка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Несущая способность — балка

Cтраница 1

Несущая способность балки будет исчерпана, когда напряжения достигнут предела текучести по всему сечению.  [1]

Несущая способность балки будет исчерпана после образования второго пластического шарнира на опоре В, так как балка станет геометрически изменяемой.  [2]

Несущая способность балки будет исчерпана, когда напряжения достигнут предела текучести по всему сечению. В этом случае От / граст т гсж и нейтральная ось делит площадь сечения пополам. Так как площадь стенки швеллера 36 — 0, 75 27 еж2 больше половины сечения 53, 4 / 2 26, 7 см2, то нейтральная ось проходят по площади стенки на расстоянии х от верхнего края.  [3]

Несущая способность балок в общем случае изгиба при расчете их по методу расчетных предельных состояний обычно определяется по тем же формулам, что и при чистом изгибе. Касательные напряжения при этом могут вычисляться по методу, изложенному выше.  [4]

Несущая способность балки, усиленной шпренгелем, должна проверяться на сочетаниях нагрузок, действующих на балку в момент установки шпренгеля ( усилия от натяжения и фактическая нагрузка) и на максимально возможную нагрузку после усиления.  [5]

Несущая способность балки должна удовлетворять большему из двух указанных условий, обеспечивающих несущую способность усиленной конструкции по моменту и поперечной силе.  [7]

Несущую способность балки необходимо сопоставлять с величиной критического момента МКр, при котором наступает потеря устойчивости. Если МКр меньше несущей способности, тогда М [ из уравнения ( 91) ] является решающим.  [9]

Несущую способность балки не-обходимо сопоставлять с величиной критического момента МКр, при котором наступает потеря устойчивости. Если Мкр меньше несущей способности, тогда М [ из уравнения ( 91) ] является решающим.  [11]

Увеличение несущей способности балки при предварительном напряжении может быть оценено следующим образом. Сила Р создает в нижнем поясе напряжение т — aR, где a — коэффициент; R — расчетное сопротивление.  [13]

Чем определяется несущая способность балки.  [14]

После этого несущая способность балки исчерпана.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

размеры, расчет веса 1 удельного погонного метра, ГОСТ

Несущие конструкции – об этих понятиях наслышан каждый человек.

Для того, чтобы создать мощную конструкцию, требуется соблюдать ряд правил и технических характеристик. Немаловажное значение имеют и государственные показатели, которые также приобрели название как ГОСТ.

Все эти понятия также распространены и на двутавровые балки, которые позволяют преобразовать сооружение. Этот элемент в большей степени отвечает за сплошное сечение конструкции и отвечает заизгиб.

Сортамент балки двутавровой

На первоначальном этапе изучения основ строительства сооружений работники могут столкнуться с таким понятием, как сортамент двутавровых балок. Оно подразумевает собой совокупность размеров, соответствующих государственным стандартам и форм профиля.

Как известно, сама конструкция может быть представлена в нескольких видах. В основном можно увидеть колонные, нормальные и широкополые балки. Все они могут быть созданы с различным уклоном.

Однако, исходя из этих показателей, практически невозможно узнать о том, сколько весит каждая деталь. Для этого и предусмотрен сортамент.

Такую программу можно скачать в интернете, при помощи неё пользователь без затруднений рассчитает общий вес балки, если ему будут известны такие характеристики как вес и длина.

Как правило, в этой программе приведены справочные значения следующих ГОСТов:

• 8238 — 89;
• 19426 — 74;
• 26020 — 83.

В справочнике также указаны некоторые позволительные отклонения от стандартов. Все балки указывают в соответствии от конструкции и площади сечениями. Важными показателями являются и сопротивление, инерция и радиус.

Опытные строители знают и том, что на самом деле сортамент балок несколько отличается от других деталей, а именно от уголков. Это связанно с тем, что для них используется минимальное количество затрачиваемого материала.

Вес специальной двутавровой балки

Специальная балка – это элемент конструкции, используемый для создания различных сооружений. Как правило, обычно они участвуют в процессе строительства пролетов небольшой длины.

Существует несколько видов сооружений, для которых, чаще всего, применяются эти элементы:

• Эстакады;
• Монорельсовые пути;
• Строительные колоны;
• Склады;
• Гаражи;
• Подвалы;
• Производственные постройки.

Что касается веса специальных балок, то стоит заметить, что они в несколько раз больше содержат металла, чем стандартные конструкции. Это значительный плюс в связи с тем, что их нет необходимости дополнительно увеличивать при помощи элементов.

Из-за отсутствия швов от сварки также уменьшается количество дефектов.

Балка двутавровая: нагрузка собственного веса

Часть человечества не придает значения техническим характеристикам, и делают это абсолютно напрасно. Показатели расчетов в полной мере влияют на правильность создания прочной конструкции.

Для архитектора конструкции эти параметры имеют большое значение, при помощи них он может изменить всю её структуру, а именно:

• Создать большее количество пролетов;
• Уменьшить вес всех несущих конструкций;
• Увеличить рентабельность.

Однако, существуют в этой области и отрицательные стороны, например, они касаются повышения финансовой стоимости на все затраты.

Пример расчета двутавра

В первую очередь, для работы следует узнать, сколько сама по себе весит двутавровая балка. Этот параметр исчисляется по двум основным цифрам, отвечающий за номер и длину материала. Если взять в пример, что для строительных работ понадобилась балка под номером 12 и её длина составила 3 мера, то можно без труда рассчитать и её вес.

Заглянув в справочник, в колонке с этими параметрами можно увидеть значение 11,50 кг. Эта цифра обозначает вес одного погонного метра. Таким образом, при умножении условного значения на длину полотна можно узнать собственный вес балки, в этом случае он составит 34, 5 кг.

Также вес двутавровой балки можно узнать с помощью онлайн калькулятора.

ГОСТ

Вес балки – это один из важных показателей, который определяются по ГОСТу. Как известно, в сортаменте указывается только условный вес балки на 1 метр погонного материала. Далее, это значение следует умножить на метраж.

Однако, в современном мире существует множество исходного материала, которого может не быть в справочники. Также возможно и такая ситуация, когда указанное значение будет не соответствовать настоящему размеру балки. Это значение может измениться приблизительно на 2 — 4 процента от исходной массы.

Двутавровые балки с параллельными гранями полок

В справочнике можно увидеть и материал с параллельными гранями полок.

По госту они подразделяются на два вида:

• Серия Б – нормальные балки, соответствующие номерам с 20Б по 70Б;
• Материал с подвесными путями, с внутренними гранями до 12 градусов, соответствующее номерам от 18М до 45М.

Также балки подразделяются по виду точности изготовления. Подразделяется два вида:

• Высокая точность под маркировкой А;
• Обычная точность под маркировкой Б.

Обычно, такая балка имеет стандартную длину от 4 до 13 метров, по этим величинам можно найти соответствующий вес в справочнике.

Стандартные балки с параллельными гранями полок

Существует несколько стандартов балок с параллельными гранями, соответствующие закону, принятому от 1 января 1986 года:

• Высота материала может достигать от 10 до 1000 мм;
• Ширина полотна варьируется от 50 до 400 мм;
• Существуют колонные, широкополочные и нормальные балки этого вида.

Также в строительном справочнике можно найти ряд значений, например, сечение и линейная плотность. Каждому показателю соответствуют и допустимые отклонения.

Масса балки нормальной

Масса нормальной балки колеблется от 21 до 105,5 кг.

На этот показатель влияют следующие параметры:

• Номер профиля, для этого критерия в справочнике присутствуют показатели категорий от 20Б1 до 60Б2;
• Размеры – в таблице приведены 4 вида: h, b, s, t.

Помимо показателей в килограммах можно также найти значение, указанное в тоннах.

Масса балки широкополочной

Широкополочные балки использую только для создания перекрытий. Стоит заметить, что они должны укрепляться на опору в двух местах на месте изгиба.

Этот материал делится на два вида:

• Нерезаный материал;
• Резанный материал.

Всего изготавливают два вида полок, они выпускаются под маркировками Ш1 и Ш2. Масса балки может составлять от 30 кг до 300 кг. В стандартных таблицах также приведено это значение в тоннах, оно составляет от 3 до 32 тонн.

Этот показатель изменяется в зависимости от:

• Номера двутавра, он классифицируется от 20Ш1 до 70Ш5;
• Размера: h, b, s, t, каждый показатель изменяется в миллиметрах.

Масса балки колонной

Существует несколько показателей, характеризующих массу балки:

• Номеру 10 соответствует 9, 46 кг на 1 погонный метр.

Далее эта цифра изменяется в зависимости от номера двутавра, например для 14 балки соответствует масса 13,70. Самый большой вес имеет балка 60, он составляет 108 кг.

Стоит заметить, что именно этот материал, чаще всего, применяется в современном строительстве. Они представляют собой балку, у которой присутствует две параллельные грани. Сами эти балки имеют мощную толщину, что позволяет ей выдержать даже самую сильную нагрузку. Однако существуют и некоторые отклонения от нормы, указанной в стандарте, например, кривизна составляет до 0,2 процента.

Масса узкополосной балки

Удельная масса узкополосной балки на 1 погонный метр колеблется от 28,5 до 93,1 кг. При покупке этого материала его легко выделить среди другого, он обозначаем маркировкой под буквой «У». Этот материал легко выдает себя и по внешнему виду, у него присутствует полка, которая имеет самый маленький размер по сравнению с другими двутаврами.

На сегодняшний день строительство мощных конструкций – это важный этап в жизни. Число населения и потребностей людей постоянно увеличивается, поэтому требуется создавать новые здания для того, чтобы постоянно создавались новые ресурсы.

Все большей популярностью именно двутавровые балки, так как они обладают большой мощностью, чем другие подобные конструкции. Благодаря широкому ассортименту материала, их можно применять для строительства конструкции абсолютно любого размера.

Благоприятным фактором является и то, что они легко поддаются обработке и у строителей практически не возникает сложности в этим этапом.

Также актуальность балок вызвана тем, что они легко принимают дополнительные элементы, и таким образом можно увеличить жесткость балки, а соответственно и максимальную нагрузку, которую она сможет выдержать.

Цена двутавровой балки зависит от технических параметров и материала изготовления.

Несущая способность

Основным показателем балки является её несущая способность. Стоит заметить, что двутавр – это тот материал, который обладает максимальной прочностью. Также для него совершенно не страшны резкие перепады температур, выпадение осадков и передвижения земельного покрова.

При покупке и строительстве балки можно увидеть маркировку, именно эта цифра отвечает за максимально возможную на неё нагрузку. Также это значение можно вычислить по справочнику, указав в нем номер материала. Несложно догадаться, что чем больше цифра маркировки, то большую нагрузку может выдержать балка.

Вычислить несущую способность конструкции можно и самостоятельно, но для этого потребуется сделать ряд сложнейших расчетов. Если взять в пример балку с сечением 510 мм, то на неё можно поставить профиль, ширина которого не будет превышать 460 мм. В таком случае искомый материал выступит в качестве основы.

Для балки также необходимо наличие железобетонной основы, к которой она крепится при помощи сварочного аппарата. Этот показатель также может влиять на максимальную нагрузку.

Какую нагрузку способна выдержать балка можно узнать следующим образом: Все перекрытия, входящие в основу конструкции требуется сложить. Эту сумму нужно умножить на коэффициент прочности, который также можно узнать по справочнику. К полученному результату следует прибавить массу собственного веса, которая рассчитывается как в указанном примере, и вычесть из него момент сопротивления. Получив окончательную цифру возможной нагрузки, можно приступить к подбору основного материала для сооружения.

Усиление

Встречаются и такие ситуации, когда несущей способности не хватает для того, чтобы построить здание. Например, этот показатель не удовлетворяет критериям выбора материала. В таком случае, саму балку можно усилить.

1. В первую очередь, нужно выяснить, какие элементы в конструкции отвечают за такие требования как сжатие, растяжение и изгиб;
2. Далее, требуется увеличить сечение исходного материала на этом месте. Обычно, это делается при помощи сварочного аппарата, наваривая дополнительные части. Таким образом, увеличивается несущая способность балки, и она уже может выдержать больше нагрузки.

Прежде чем увеличивать жесткость двутавра, необходимо сверить, действительно ли правильно были сделаны расчеты ранее.

krovlya777.ru

Несущая способность — балка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Несущая способность — балка

Cтраница 2

Для восстановления несущей способности балки было рекомендовано про вести ее реконструкцию с обязательной проверкой на резонанс с частотой колебаний 100 гц.  [16]

Если требуется повысить несущую способность балок, но нельзя применить большие сечения, обе балки соединяют вместе таким образом, чтобы они работали как один элемент. Ошибкой было бы полагать, что таким путем можно вдвое увеличить несущую способность балок, поскольку может возникнуть взаимное смещение соединяемых элементов, сдвиг или выпучивание. С целью увеличения несущей способности балок их укладывают одну на другую и получают так называемую решетку.  [17]

При действии этой нагрузки несущая способность балки еще не исчерпана. Этому этапу — от образования первого пластического шарнира до второго — соответствует эпюра Мж ( AF) на рис. 14.36, г. При возникновении второго пластического шарнира ( в сечении В) несущая способность балки будет исчерпана — балка обращается в механизм.  [18]

Влияние фактора устойчивости на несущую способность балок сказывается в значительно меньшей мере, чем в стойках. Поэтому в ригелях желательно обеспечивать благоприятные условия для развития пластических деформаций.  [20]

Как видно из формулы (7.52), несущая способность балки пропорциональна моменту сопротивления WKM, а расход материала — площади F поперечного сечения балки. Поэтому рациональными с точки зрения расхода материала являются такие типы сечений, у которых отношение WJF имеет возможно большее значение.  [21]

Как видим, при заданном диаметре отверстия несущая способность балки не изменится.  [22]

В случае, если есть опасность снижения несущей способности балки из-за потери устойчивости, в расчетную формулу (5.16) вводится коэффициент ( рб указанный в прилож.  [23]

Большой интерес представляет экспериментальное изучение устойчивости и несущей способности балок значительного пролета с гибкой подвеской, которые в СССР применения еще не находят.  [25]

Для хрупких материалов это условие действительно ограничивает несущую способность балки, так как дальнейшее увеличение нагрузки может вызвать появление трещин и последующее разрушение детали.  [26]

Для пластичных материалов при этом условии не исчерпывается несущая способность балки, так как по мере увеличения нагрузки крайние волокна начинают пластически деформироваться в связи с перераспределением напряжений; несущая способность балки увеличивается до тех пор, пока напряжения во всех волокнах не достигнут предела текучести; в этот момент балка достигнет состояния пластического шарнира. Это и считается предельным состоянием балки при расчетах по способу предельных нагрузок.  [27]

Таково выражение предельного момента, определяющее так называемую несущую способность балки при наличии пластических зон.  [28]

Во многих случаях считают, что при М Afny несущая способность балки еще не исчерпана. Действительно, пластической деформацией охвачены только самые, крайние волокна. Рассмотрим балку прямоугольного или двутаврового сечения в ситуации, когда изгибающий момент М несколько превышает предельный упругий момент Мпу.  [29]

Для пластичных материалов при этом условии не будет исчерпана несущая способность балки, так как по мере увеличения нагрузки крайние волокна начнут пластически деформироваться в связи с перераспределением напряжений; несущая способность балки будет увеличиваться до тех пор, пока напряжения во всех волокнах не достигнут предела текучести; в этот момент балка достигнет состояния, соответствующего наличию пластического шарнира.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

2.2 Проверка несущей способности балки

2.2.1 Проверка прочности балки

Подобранное сечение проверяем на прочность по первой группе предельных состояний от действия касательных напряжений по формуле(2.6):

(2.6)

где — наибольшая поперечная сила на опоре;

и — статический момент и момент инерции сечения;

— толщина стенки балки;

— расчетное сопротивление стали сдвигу; определяем по формуле (2.7)

(2.7)

где — предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; принимаемМПа;

— коэффициент надежности по материалу проката ; принимаем .

Н/мм²= 20,09 кН/см.

кН/см<кН/см, условие выполняется.

2.3 Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле (2.8):

, (2.8)

где — значение нормативной нагрузки на балку; определяется по формуле с учетом значений, соответствующих выбранной балке настила;

кН/м <, т.е. условие жесткости балки удовлетворяется.

3 Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором — проверяем балку на прочность, устойчивость и жесткость.

3.1 Подбор сечения главной балки

3.1.1 Сбор нагрузок.

Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов и стенки составной сварной балки, с учетом заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 3

а — расчетная схема; б — сечение балки

Рисунок 3 — К подбору сечения главной балки

Определяем по формуле (3.1) расчетную погонную нагрузку на главную балку

(3.1)

где и- коэффициенты надежности по нагрузке для временной нормативной и постоянной нагрузок; принимаем по;;

— собственный вес настила;

— масса 1 м балки настила;

— собственный вес главной балки, предварительно принимаемый равным  1 — 2 % нагрузки, приходящейся на балку;

кН/м

Нормативная нагрузка:

кН/м

3.1.2 Определение усилий.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета:

(3.2)

кНм

Поперечная сила на опоре:

(3.3)

кН

Определим также нормативный изгибающий момент

(3.4)

кНм

3.1.3 Подбор сечения балки.

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле (3.5):

(3.5)

где — расчетное сопротивление материала главной балки; принимаемМПа;

с₁ — коэффициент, учитывающий упругопластическую работу материала балки; принимаем с₁ = 1,1.

см ³

3.1.4 Компоновка сечения главной балки

Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки.

Предварительно задаемся высотой балки м

Определяем толщину стенки по эмпирической формуле (3.6):

(3.6)

мм.

Предварительно принимаем 12 мм

Определяем оптимальную высоту балки по формуле (3.7):

(3.7)

где — для сварных балок постоянного сечения.

см=1.19м

Определяем минимальную высоту балки по формуле (3.8):

, (3.8)

где f_u — предельный относительный прогиб; для главных балок f_u=400.

м.

Окончательно принимаем высоту стенки балки h_w=140 см.

Определяем минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез

( 3.9):

(3.9)

где — при работе на срез без учета поясов

м

Принимаем толщину пояса t_f=3см

h_b=h_w+6=140+6=146см

Окончательно принимаем t_w=12мм.

Проверим местную устойчивость стенки главной балки по формуле (3.10):

(3.10)

см

Условие выполняется, следовательно, дополнительного укрепления стенки главной балки продольным ребром не требуется.

Принимаем толщину поясных листов 30 мм.

Вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле(3.11):

(3.11)

где h_b — принятая высота главной балки.

см⁴

Высота стенки балки см; находим момент инерции стенки

(3.12)

см⁴

Момент инерции, приходящийся на поясные листы

см⁴.

Требуемую площадь сечения одной полки определяем по формуле(3.13):

(3.13)

где см — расстояние между центрами полок.

см²

Ширину полки балки определим по формуле (3.14):

. (3.14)

см. Принимаем см.

см²

Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщинене должно превышать значений, вычисляемых по формулам (3.15) и (3.16):

(3.15)

см

с учетом развития пластических деформаций

. (3.16)

см

Условия выполняются.

Расчет несущей способности балок перекрытия и несущих конструкций в Москве

Нюансы расчета балок перекрытия

Балочные системы получили наибольшее распространение, изготавливаются из стали, бетона, дерева. Стальные швеллера предназначены для высокопрочных построек, бетонные отличаются простотой монтажа и небольшой теплопроводностью, деревянные максимально доступны по цене. Ведущие технические показатели — количество, глубина крепления, допустимая нагрузка, шаг, сечение. Должна быть учтена арматура – стальная одного из трех классов, композитная (стеклокомпозит, углепластик, армидокомпозит, базальтокомпозит).

Чтобы быстро провести онлайн-расчет балок перекрытий, вы можете воспользоваться специальным строительным калькулятором на нашем сервисе. В первую очередь указывают два ключевых параметра:

1. • Длина. Показатель описывает габариты перекрываемого пролета, с небольшим запасом для монтажа на стены.
2. • Толщина. Прочность зависит не только от стройматериала, но и от сечения.

Рекомендуемый размер сечения опоры (шарнирные, консольные, с защемлением) – от 1/25 длины и более. Общее количество можно определить с помощью нашего онлайн-калькулятора. При этом для деревянных комплектующих указываются размеры пролета и способ монтажа, определяются моменты инерции и сопротивления, модули упругости дерева и армирования, прочность на срез (двутавры, коробчатые сечения стенок).

Если есть какие-либо затруднения, наши специалисты готовы оказать всеобъемлющую консультационную поддержку.

Особенности расчета несущей способности конструкций перекрытия

В ходе подготовки проекта здания, особенно в части устройства пола и кровли, должны приниматься во внимание все факторы, сказывающиеся на нагрузке. Это требуется даже в том случае, когда используется монолитное перекрытие, наиболее прочное и долговечное. Проектные вычисления – обязательная стадия, проводимая согласно действующим стандартам и нормам. Нормативные значения различаются для квартир, лестниц, балконов, чердаков, техэтажей, террас, кровли.

Оценить несущую способность нужно в следующих ситуациях:

1. • Увеличение веса (например, при создании надстроек).
2. • Деформирование сооружения.
3. • Износ стройматериалов.
4. • Масштабная перепланировка или реконструкция.

Первые действия специалистов – анализ схемы строения, в комплексе и по отдельным частям, а также подбор крепежа. После этого оцениваются технические параметры: сечение, опоры, пролеты, степень нагрузки, величина прогиба (расчетного, относительного). По итогам всех проведенных операций подготавливается отчет.

При корректной методологии объект будут соответствовать всем нормам, повысится безопасность процесса строительства, удастся выявить все возможные риски появления дефектов. Как результат – постройка будет прочной и устойчивой, рассчитанной на десятилетия эксплуатации.

Несущая способность бруса

PDH Курсы онлайн. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экология или экономия энергии

курсов. «

Рассел Бейли, П.Е.

«Это укрепило мои текущие знания и дополнительно научило меня нескольким новым вещам

Стивен Дедук, П.Е.

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечают на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Блэр Хейворд, П.Е.

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду использовать ваши услуги снова.

имя другим на работе. «

Рой Пфлайдерер, П.Е.

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень интересным, особенно, поскольку я думал, что я уже был знаком

Майкл Морган, П.Е.

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится возможность просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

в моей работе. «

Уильям Сенкевич, П.Е.

«У вас есть большой выбор курсов, и статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел «.

Рассел Смит, П.Е.

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко заработать PDH, предоставив время для обзора

материал. «

Jesus Sierra, P.E.

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле,

от сбоев. «

John Scondras, P.E.

«Курс был хорошо составлен, и использование конкретных примеров эффективно

способ обучения. «

Джек Лундберг, П.Е.

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., разрешив

получает викторину. «

Арвин Свангер, П.Е.

«Спасибо за предложение всех этих замечательных курсов. Я, конечно, выучил и

очень понравилось. «

Мехди Рахими, П.Е.

«Я очень рад предложениям курса, качеству материала и простоте поиска и

Уильям Валериоти, П.Е.

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был прост в использовании. Фотографии в основном обеспечивали хорошее визуальное отображение

обсуждаемых тем. «

Майкл Райан, П.Е.

«Именно то, что я искал. Нужен 1 кредит по этике и нашел его здесь.»

Gerald Notte, P.E.

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

для всех инженеров. «

Джеймс Шурелл, П.Е.

«Я ценю вопросы» реального мира «и имеют отношение к моей практике, и

Марк Каноник, П.Е.

«Большой опыт! Я многому научился возвращаться к своему медицинскому устройству.

организации. «

Иван Харлан, П.Е.

«Материал курса имел хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Евгений Бойл, П.E.

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представленной,

использовать. Большое спасибо. «

Патриция Адамс, П.Е.

«Отличный способ достичь соответствия требованиям PE Continuation Education в течение срока действия лицензии.»

Джозеф Фриссора, П.Е.

«Должен признаться, я действительно многому научился. Это помогает провести печатную викторину в течение

Обзор текстового материала. Я

фактических случаев. «

Жаклин Брукс, П.Е.

«Документ Общие ошибки ADA при проектировании объектов очень полезен.

легко доступны. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Помимо более распространенных односемейных и малоэтажных домов, в наши дни даже во многих странах можно встретить впечатляющие и дерзкие формы современных деревянных зданий, поскольку на нескольких рисунках 8 представить. Чувство экологически чистых и возобновляемых материалов, а также простота производства и транспортировки из прошлого добавляет новые мотивы для строительства деревянных зданий.

Как обсуждалось во вводном разделе этой главы, современные конструкции должны быть пластичными и рассеивающими, особенно когда они построены в сейсмических зонах.Хотя деревянные конструкции однозначно признаны способными отвечать таким требованиям, при условии, что они являются регулярными, гиперстатическими и связаны с пластичными крепежными элементами (что также подтверждается в таблице 2), большинство вопросов, связанных с оценкой и моделированием этой способности, все еще находятся в стадии обсуждения.

3.1. Важнейшая роль соединений

Соединения в современных деревянных зданиях — это металлические устройства, обеспечивающие передачу усилий между элементами конструкции. Их конструкция является наиболее стратегической частью структурного проекта деревянного сооружения, поскольку от характеристик соединений (тип, механические свойства, геометрия, расстояние, методы сборки) могут сильно зависеть жесткость, прочность, пластичность и энергия. рассеяние всей структуры.

Несмотря на то, что некоторые конструктивные типологии (такие, как устойчивые к моменту системы деревянных каркасов, системы панелей для резки древесины и системы с перекрестными ламинированными панелями) указаны как особенно способные обеспечить пластичное поведение при экстремальных динамических боковых нагрузках [43], это конструкция соединения, которая в конечном итоге определяет ресурсы пластичности деревянной конструкции. Фактически, один и тот же структурный тип может быть приписан различным классам пластичности в зависимости от способности его соединений к вращательной пластичности, что может быть выведено, например, из классификации, проведенной EC8, как указано в таблице 2.

Наиболее распространенными соединениями в современных деревянных конструкциях являются механические крепежные детали дюбельного типа (гвозди, шурупы, дюбели, болты, заклепки), которые глубоко проникают в древесину для переноса нагрузки с помощью деревянного подшипника и изгиба соединителя. Штекерные соединители могут использоваться отдельно или в сочетании с металлическими предварительно просверленными пластинами. Ожидается, что соединения с крепежами типа дюбеля будут пластичными из-за крайне нелинейного поведения древесины при напряжениях врезания и пластического поведения стальных крепежных элементов при изгибе [44].Тем не менее, на них иногда могут влиять внезапные и хрупкие разрушения, такие как сдвиг в блоке или расщепление [45]. Десять различных типов отказов (шесть в одном сдвиге и четыре в двойном сдвиге) рассматриваются европейскими стандартами для деревянных соединений типа дюбеля [46].

На самом деле, деревянные элементы и металлические соединения играют разные роли в сейсмическом поведении деревянных конструкций. Поскольку механизмы разрушения деревянных элементов в основном хрупкие, деревянные элементы должны оставаться в диапазоне упругости даже при очень сильных событиях.Задача удовлетворения спроса на пластичность возложена на металлические соединения, которые, как ожидается, будут выдерживать большие неупругие деформации при предотвращении разрушения. На пластичное поведение соединений влияют как металлические крепежные элементы (которые могут вести себя пластично или хрупко, в зависимости от того, достигнута пластификация или нет), так и прочностные свойства древесины, окружающей зону соединения (направление зерна относительно направление нагрузки).

Предотвращение хрупкого разрушения может гарантировать адекватную пластичность всей конструкции.Соблюдение некоторых правил иерархии прочности может обеспечить пластичное поведение деревянных конструкций. В частности, важно, чтобы крепежные элементы были более слабыми, чем деревянные элементы, которые они соединяют, чтобы они могли производить и рассеивать большое количество энергии. С другой стороны, чем слабее крепеж, тем ниже их несущая способность. Способ обеспечения как адекватной пластичности, так и достаточной площади опоры заключается в использовании большого количества слабых крепежных элементов. Некоторые альтернативы для улучшения характеристик соединений типа дюбелей обсуждаются в работе.[47].

Хотя пластические свойства одних стальных крепежных деталей хорошо известны и их поведение при циклических нагрузках легко предсказуемо, нелинейный отклик сборки металлических соединителей и окружающей древесины довольно сложно предсказать, поскольку он не является перекрестным свойство участка (как для железобетона). Фактически, поведение деревянных соединений зависит от нескольких факторов, некоторые из которых хорошо известны как прочностные свойства и геометрическая конфигурация используемых материалов, другие подвержены неопределенности как влиянию соседних металлических крепежных элементов или взаимодействию между крепежными элементами и окружающей древесиной.Это затрудняет разработку аналитической модели, способной воспроизвести поведение соединения с древесиной.

Большинство признаков, показанных на рисунке 7 и обсужденных в разделе 2.2.1, характеризуют поведение соединений из металлической древесины, что можно сделать из рисунков 9a и 9b, которые предоставляют качественные примеры типичного гистерезисного поведения клепаных и заколоченных соединений, соответственно. В частности, было обнаружено, что два явления типичны для гистерезисного отклика стальных соединений типа дюбелей, как это было упомянуто в [6].[43]. Первым из них является эффект сжатия , подразумевающий различные гистерезисные кривые от первого до последующих циклов нагрузки (см. Рисунок 9). Второй, называемый памятью материала , обусловлен зависимостью кривой проскальзывания нагрузки от истории нагрузки. Оба эти явления могут влиять на пластичное поведение структуры древесины.

Рисунок 9.

Типичные гистерезисные кривые циклических испытаний металлических (а) клепаных соединений и (б) прибитых соединений.

3.1.1. Влияние эффекта сжатия на пластичное поведение соединений

Эффект сжатия является очень типичной характеристикой гистерезисного поведения соединений дюбельного типа, влияющих как на исторические, так и на современные деревянные конструкции. Механические причины этого обсуждались в разделе 2.2.1. Этот эффект был задокументирован многими авторами, например [48–52]. В частности, было обнаружено, что для данного уровня смещения самое высокое сопротивление и самая широкая петля гистерезиса были достигнуты при первом цикле нагрузки, в то время как последующие циклы были сужены и достигли более низкого сопротивления, стабилизируясь после примерно трех циклов (см. Фиг.9а и 9б).Стабилизация сжатой кривой после трех циклов также упоминается в UNI EN 12512: 2006 [30]. Из-за уменьшения площади петли гистерезиса эффект сжатия может фактически отвечать за уменьшение количества рассеиваемой энергии, хотя соединения по-прежнему способны демонстрировать высокие значения пластичности.

При моделировании механического поведения стального соединения типа дюбеля для целей численного анализа следует учитывать эффект сжатия. Обсуждение того, как это можно сделать, можно найти в работе.[34], даже если стандартные модели, охватывающие эффект сжатия и разрушения прочности и жесткости, еще не доступны, что также не предусмотрено в кодексах практики.

3.1.2. Влияние истории нагрузки на пластичное поведение соединений

Из результатов, доступных в литературе, ясно, что гистерезисное поведение деревянных соединений может сильно зависеть от типа проведенного экспериментального испытания (динамическое, статическое, циклическое, монотонное). ) а также на принятом протоколе испытаний.С другой стороны, хотя существуют различные протоколы для проведения испытаний на циклическую нагрузку на деревянные конструкции, например, EN 12512 [30], стандарт CUREE-Caltech [33], протокол UBC [11], консенсус по наилучшему протоколу для предполагается, что стандарт еще не достигнут [48]. Однако многие экспериментальные данные подтвердили влияние истории нагрузки на конечные результаты.

Это было показано в работе. [48], что соединение обычно достигает своей максимальной нагрузки при меньшей деформации при циклических нагрузках, чем при монотонной нагрузке.В работе [50], было обнаружено, что коэффициент пластичности стенок сдвига древесины может быть намного выше при измерении в статических монотонных испытаниях, чем при измерении в динамических испытаниях. Эти экспериментальные данные указывают на то, что результаты монотонных испытаний имеют тенденцию переоценивать поведение нагрузок-деформаций соединений в отношении испытаний на циклическую нагрузку, и поэтому их следует избегать при определении сейсмических характеристик деревянных зданий [48]. Динамические испытания, безусловно, являются наилучшим выбором для определения поведения деревянных конструкций при сейсмических или ветровых нагрузках, также с учетом того факта, что режимы разрушения могут сильно различаться в статических и динамических условиях [50].Однако было обнаружено, что петли гистерезиса, полученные в ходе динамических испытаний, очень чувствительны к принятому протоколу [11, 53].

Зависимость пластичности соединения от экспериментального теста также может быть выведена из Таблицы 3, где собраны экспериментально полученные коэффициенты пластичности для различных соединений древесины [44, 48, 51–52, 54]. Таблица 3 может быть весьма удобной, чтобы иметь представление о пластичной способности деревянных соединений, хотя приведенные здесь данные следует сравнивать с осторожностью, учитывая различные образцы, схемы испытаний и протоколы нагружения, используемые в тестах (читатель упоминается документы приведены в таблице для каких-либо подробностей).

Таблица 3.

Пластичность соединений, полученная в результате экспериментальных испытаний.

Примечание: XLam, с перекрестным ламинированием.

Аналогично, коэффициенты пластичности современных деревянных стен приведены в Таблице 4, как это получено из ссылок. [50, 55, 56]. Данные, собранные в Таблице 4, указывают на хорошую пластичность, которая может быть продемонстрирована современными деревянными конструкциями, хотя для сравнения данных, собранных в Таблице 4, снова необходимо соблюдать осторожность. Наконец, можно также отметить, что кривые гистерезиса, полученные при испытании современных деревянных стен с прибитыми гвоздями соединениями, имеют признаки, аналогичные показанным на рис. 7, что можно сделать, например, из диаграмм, приведенных в [6].[50–51, 55, 57].

Таблица 4.

Пластичность современных деревянных стен, полученных в результате экспериментальных испытаний ,

Примечание: OSB, ориентированная стружечная плита; GF, гипсовое волокно.

3.2. Нелинейный динамический анализ для прогнозирования сейсмического отклика деревянных конструкций

Нелинейный анализ временной истории (NLTHA) является наиболее полной процедурой, допускаемой сейсмическими кодами для проектирования сейсмостойких конструкций.Он включает в себя полное исследование истории времени при различных совместимых со спектром движениях грунта. Несмотря на свой потенциал, NLTHA все еще недостаточно используется, вероятно, из-за трудностей, с которыми оно, несомненно, связано, и даже из-за некоторых недостатков действующего кодекса практики [58]. Такой анализ, однако, является лучшим способом прогнозирования фактических сейсмических характеристик конструкций, состоящих из упругих и неупругих частей. Действующие кодексы практики позволяют проводить нелинейный анализ для расчета внутренних сил в элементах деревянных конструкций при условии, что они способны перераспределять внутренние силы через соединения адекватной пластичности [46].

При реализации NLTHA эффективный подход к моделированию структуры заключается в том, чтобы отделить критические зоны, в которых пластичное поведение NLTHA может проявляться от других частей конструкции, которые, как ожидается, будут упруго деформироваться даже в конечном состоянии. Это типичная процедура, которой придерживаются, например, в железобетонных рамах, где пластиковые петли обычно сосредоточены на обоих концах колонн и балок, в то время как превентивная пластификация балок гарантируется некоторыми правилами иерархии прочности на основе кода.Аналогичная процедура может быть использована для деревянных конструкций, принимая деревянные элементы в качестве чисто упругих элементов и соединений в качестве нелинейных связей. Чтобы соответствовать современной философии проектирования емкости, деревянные элементы должны быть перепроектированы так, чтобы их хрупкое разрушение следовало за пластификацией соединений (правило иерархии прочности).

3.2.1. Моделирование деревянных соединений

Использование экспериментальных данных часто является наилучшим способом получения механического поведения деревянного соединения при динамических нагрузках.В литературе было предложено несколько эмпирических моделей, которые обычно включают параметры, откалиброванные по экспериментальным данным, см., Например, [34, 43, 59, 60]. Следует, однако, отметить, что извлечение общей модели из экспериментальных кривых нагрузки-смещения требует осторожности из-за возможной зависимости как от истории нагрузки, так и от схемы испытаний [34, 61, 62], как уже обсуждалось в разделе 3.1.2. Более подробные микромодели были также предложены другими авторами, например [62–64], которые исследовали нелинейный отклик металлических крепежных элементов и окружающей древесины с помощью трехмерного анализа методом конечных элементов.Все еще требуя некоторой эмпирической корректировки параметров, такие сложные модели обычно подразумевают значительное ухудшение вычислительных усилий, которое может стать неустойчивым для целей, отличных от целей передовых исследований.

Как уже отмечалось в разделе 3.1, поведение деревянных соединений зависит от нескольких факторов, некоторые из которых трудно предсказать. Это затрудняет разработку аналитической модели, способной воспроизвести поведение соединения с древесиной.Как бы трудно это ни было, найти подходящую модель для гистерезисного поведения соединений важно для изучения динамического отклика деревянной конструкции, по крайней мере, когда необходимо выполнить нелинейный анализ.

Коммерческие пакеты для структурного анализа обычно позволяют выбирать между различными механическими моделями для реализации поведения нелинейных связей. Например, сводная гистерезисная модель, предоставляемая широко используемым SAP2000 для нелинейных связей (NLLINK), изображена на рисунке 10.Чтобы принять модель, подобную этой, необходимо правильно назначить набор параметров, чтобы воспроизвести все типичные явления, экспериментально обнаруженные в соединениях древесины, такие как жесткость и снижение прочности, а также эффекты защемления.

Рисунок 10.

Мультилинейная модель пластикового шарнира для нелинейных связей (NLLINK) в SAP2000.

1. Введение

В течение многих лет строительную отрасль в Китае называли «крупными энергопотребляющими домохозяйствами» в сфере промышленности и транспорта. На строительное энергопотребление приходится треть общего энергопотребления всего общества, что в 2–3 раза выше, чем в других странах при тех же климатических условиях (см. [1]). Это в основном связано с традиционными китайскими строительными материалами, такими как сталь, цемент, глиняный кирпич и т. Д.Эти материалы не только тратят много природных ресурсов, но и вызывают загрязнение окружающей среды. Поэтому использование экологически чистых строительных материалов стало ключом к энергосбережению и сокращению выбросов в строительной отрасли. 5 марта 2016 года премьер-министр Ли Кэцян четко заявил в «Отчете о работе правительства» четвертой сессии 12-го Всекитайского собрания народных представителей, что цель работы в области жилищного строительства — дальнейшее продвижение новой урбанизации и активное развитие зеленых. здания и строительные материалы (см. исх.[2]). Очень важным направлением развития зеленых зданий является архитектура деревянных конструкций (см. [3]). Большое количество исследований также показали, что структура древесины лучше способна экономить энергию и сокращать выбросы, чем другие структурные формы (см. [4, 5, 6]). Как одна из основных тенденций в современной архитектуре, энергоэффективность зданий может быть полезной для роста национальной экономики, а также способствовать защите экологической среды (см. [6, 7]). Кроме того, у здания с деревянным каркасом есть сильная сборная конструкция, потому что большинство его компонентов обрабатываются на заводе.Исследование компонентов очень важно, потому что компоненты тесно связаны с безопасностью и энергоэффективностью структуры древесины.

Поскольку важные части деревянного строительного здания, система пола и крыша обычно делятся на два вида систем: традиционная система решетка-стропила и система ферменных конструкций из светлого дерева, и последняя используется более широко. С развитием структуры светлого дерева в Китае перспективы применения фермы из светлого дерева в современной структуре дерева в Китае будут становиться все более и более широкими.Ферменная конструкция балки состоит из нескольких частей одиночной фермы из светлого дерева с помощью соединителей и обычно используется в ключевых частях кровли или системы пола в современных зданиях с деревянными конструкциями и в проектах по реконструкции кровли. Для системы пола и крыши современной конструкции из дерева ключевые соединения испытывали как верхнюю равномерную нагрузку, так и концентрированную нагрузку от других связанных с ними ферм. Таким образом, силовое обстоятельство настолько сложное, что обычная одиночная деревянная ферма вряд ли может выдержать (см. [8, 9, 10]).Общим решением в практическом проектировании является увеличение площади поперечного сечения элемента путем объединения множества обычных ферм из светлого дерева в качестве конструктивного элемента для получения большей несущей способности (как показано на фиг.1). Форма балочной фермы может быть легко получена и соответствует тенденции развития индустриализации и модульности зданий. Кроме того, возникла какая-то длиннопролетная и консольная конструкция с развитием современного деревянного строения, которому требуется деревянная ферма с более высокой несущей способностью.По мере необходимости, ферменная ферма имеет более высокую грузоподъемность, больший пролет и более широкий диапазон использования по сравнению с одиночной деревянной фермой. В настоящее время исследования по одной ферме очень зрелые (см. [11, 12, 13]), но по ферме фермы было проведено мало исследований. В большинстве практических инженерных проектов многие строители работают в основном в зависимости от своего опыта без какого-либо надежного стандарта, что приведет к некоторым потенциальным проблемам безопасности. Ферменная конструкция балки обычно соединяется с гвоздем и болтом, что вызывает легкую коррозию, а механические свойства снижаются в условиях огнестойкости.Поэтому в этой главе был разработан новый тип метода соединения, который используется для фермы фермы (как показано на рисунке 2). Разъем деревянного дюбеля нелегко заржаветь, и его механические свойства не будут быстро снижаться в условиях огнестойкости. Кроме того, деревянные разъемы могут повысить пластичность подключенных компонентов. Таким образом, производительность фермы фермы улучшается. Узел соединения деревянной конструкции также связан с несущей способностью и нормальным использованием всего здания в будущем.Поэтому очень важно изучить узлы соединения структуры древесины (см. [14]).

Рисунок 1.

Применение фермы в конструкции здания.

Рисунок 2.

Новый тип фермы фермы.

2. Новая конструкция узла соединения ферменной фермы

В настоящее время способы соединения ферменной фермы относительно просты. Метод внутреннего соединения рекомендуется в технической спецификации для ферм из светлого дерева (JGJ / T 265-2012), но при соединении с гвоздями остаются следующие проблемы.

1. Обработка сложная. Ферма фермы должна постоянно переворачивать ферму во время обработки. Гвозди в разных частях не способствуют промышленно обработанной линии обработки.

2. Плохая огнестойкость. Под воздействием огня сталь размягчается и ее механические свойства быстро уменьшаются. Отказ узла ферменной фермы влияет на его общую несущую способность, что приводит к кратковременному отказу конструкции.

3. Легко ржавеет.Стальные или железные гвозди подвержены коррозии при воздействии воздуха, которые более выражены в условиях высокой влажности и высокой соли, что снижает долговечность всей деревянной конструкции.

4. Плохое рассеяние энергии. Гвозди — это соединения крепежного типа, которые ограничивают относительное вращение фермы и фермы и не могут потреблять энергию, генерируемую поперечной силой, что приводит к ослаблению поперечного сопротивления всего здания.

В связи с проблемами, связанными с режимами соединения ферменной фермы, в этой главе предлагается новый тип режимов соединения ферменной фермы, который заменяет традиционные железные соединители на деревянные соединители.Конкретная схема выглядит следующим образом: все отдельные фермы, составляющие ферму балок, предварительно собираются и временно фиксируются, затем предварительно сверлят в определенных местах всех ферм и, наконец, вставляют в деревянный или бамбуковый круглый дюбель, который представляет собой деревянный дюбельный соединитель ( см. [15]) (как показано на рисунке 2).

Использование деревянных или бамбуковых соединителей в основном связано с тем, что деревянные или бамбуковые соединения менее подвержены коррозии, чем железные соединения (см. [16, 17]). Также нет проблем с резким падением механических свойств в огнеупорных условиях.Кроме того, деревянные или бамбуковые соединения могут значительно улучшить пластичность соединяемых элементов (см. [18]), тем самым улучшая характеристики фермы фермы при сопротивлении боковым усилиям.

Выбор положения соединения деревянного штифта определяется характеристиками силы параллельной фермы хорды. Параллельная хордовая ферма может рассматриваться как просто поддерживаемая балка при воздействии верхней равномерной нагрузки. Сила в основном ложится на верхний и нижний пояс фермы.Верхняя хорда находится под давлением, а нижняя хорда подвергается растяжению, но полотно играет только вспомогательную роль. На рисунке 3 показана диаграмма внутренних сил фермы из светлого дерева, поддерживаемой верхним равномерным узлом. Из диаграммы внутренних сил видно, что если ферма с параллельными хордами рассматривается как статическая комбинационная структура, это означает, что хорда разорвана, и оба конца шарнирны. При равномерной нагрузке среднее значение изгибающего момента каждой хорды является наибольшим, а усилие сдвига, по меньшей мере, равно нулю.Использование деревянных дюбельных соединителей требует предварительного сверления верхнего и нижнего поясов фермы, что уменьшает размеры поперечного сечения сетки в поперечном сечении. Формула расчета усилия сдвига конструктивного элемента:

τ = QAE1

Рисунок 3.

Диаграмма внутренней силы параллельной фермы хорды. (а) Диаграмма осевой силы параллельной хордовой фермы; (б) диаграмма изгибающего момента параллельной хордовой фермы; (c) Диаграмма силы сдвига параллельной хорды.

A представляет поперечное сечение срезанной части срезанного элемента.Уменьшение A означает увеличение напряжения сдвига в элементе. Поэтому положение разъема должно быть расположено там, где усилие сдвига хорды является наименьшим, то есть серединой каждых двух узлов хорды.

3. Обзор эксперимента

3.1. Экспериментальный дизайн

Материал, использованный в испытании, — материал лиственницы ( Larix gmelinii) , импортированный из России. Марка материала II степени, плотность 0,657 г / см ³ .Содержание влаги составляет 17,4%, в соответствии с общими требованиями к физическим и механическим испытаниям древесины (GB / T 1928–2009).

В соответствии с методом непрерывной загрузки ферм в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB20329-2012) было проведено испытание на статическую нагрузку для шести типов ферм с малыми пролетами, и номер испытательного образца выражается в виде S.

Чтобы исследовать влияние деревянных дюбелей различного диаметра на производительность ферменной фермы, эксперимент в этой главе содержит ферменную ферму из трех деревянных дюбелей различного диаметра.Деревянные дюбеля имеют диаметр 12, 16 и 20 мм. Оценка эффективности трехбалочной фермы все еще рассматривается с двух сторон: предельная несущая способность и сопротивление деформации. Среди них анти-деформационная способность включает сопротивление ползучести и упругое восстановление.

Кроме того, в эксперименте также была создана ферма из балок, состоящая из трех отдельных ферм, для изучения эффекта усиления фермы фермы с увеличением количества одиночных ферм.Диаметр деревянных дюбелей, соединяющих фермы фермы, зависел от результатов эксперимента фермы фермы с двумя отдельными фермами. Чтобы отличить другие фермы фермы с двумя одиночными фермами, фермы фермы с тремя одиночными фермами обозначены G3, в то время как другие фермы фермы обозначены G2.

На рисунке 4 показана структурная форма и конкретные размеры образца, используемого в этом испытании. Фермы фермы, используемые в эксперименте, все составлены из этой единственной фермы.

Рисунок 4.

Размер фермы фермы (единица измерения: мм).

Конкретный состав испытательного образца показан в таблице 1.

Таблица 1.

Номер образца и описание.

3.2. Теоретический расчет

Расчет стандартной нагрузки ПК

Предположим, что расстояние между фермами составляет 406 мм, а срок службы здания — 50 лет.

В соответствии с редакцией кода нагрузки 2012 года для проектирования строительных конструкций (GB5009-2012):

Стандартное значение постоянной нагрузки: 0,885 × 0,406 = 0,359 кН / м

Вес фермы: 0,106 × 0,406 = 0,043 кН / м

Снеговая нагрузка нормативное значение: 0.5 × 0,406 = 0,203 кН / м

Стандартное значение рабочей нагрузки: 2,0 × 0,406 = 0,812 кН / м

Расчетное значение нагрузки: (0,359 + 0,043) × 1,2 + (0,203 + 0,812) × 1,4 = 1,9 кН / м

Нагрузка на узел: 1,9 × 1,734 ≈ 3,3 кН.

3.3. Программа и устройство нагрузки

В соответствии с нагрузкой на ферму в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB50329-2012), испытание на статическую нагрузку на ферму добавляло нагрузку первого порядка каждые 10 минут на этапе разрушения с нагрузкой 0.2 Pk за сцену. Этот тест использовал механическую испытательную машину для загрузки. Таким образом, процедура загрузки может выполняться в режиме непрерывной загрузки, который составляет 0,2 Пк каждые 10 минут. Загрузка в минуту была 0,02 Pk . После приведенного выше теоретического расчета Pk составлял 3,3 кН, а нагрузка в минуту составляла 0,066 кН. Однако в предварительном эксперименте мы обнаружили, что ферменная конструкция балки более чем в два раза превосходила несущую способность одиночной фермы.Таким образом, во время процесса загрузки нагрузка каждой ступени также удваивалась до 0,132 кН. Если балочная ферма состоит из трех отдельных ферм, нагрузка на ступень также была утроена до 0,198 кН. Схема конкретной системы загрузки показана на рисунке 5.

Рисунок 5.

Система загрузки.

3.4. Индекс оценки и расположение точек измерения

Целью этого эксперимента является изучение влияния различных диаметров штифтов на механические свойства новой ферменной фермы, соединенной штифтами.Оценка характеристик фермы фермы для различных диаметров штифтов должна также начинаться с аспектов предельной несущей способности, сопротивления деформации, формы и механизма разрушения. Следовательно, аналогично испытанию на статическую нагрузку стропильных ферм с большими пролетами, необходимо непрерывно отслеживать изменения смещения различных узлов различных стропильных ферм. В этом эксперименте между хордой и зубчатой ​​пластиной был также установлен датчик перемещения малого радиуса действия для измерения относительного скольжения зубчатой ​​пластины относительно хорды.Кроме того, тензометрические датчики были расположены на важных аккордах для измерения напряжения на различных этапах аккордов. Конкретное расположение точек измерения показано на рисунке 6.

Рисунок 6.

Расположение тензодатчиков и датчиков смещения. а) компоновка тензометрического датчика; (б) датчик перемещения; (в) универсальная механическая испытательная машина.

4. Описание явления

4.1. Общее разрушение

В этой главе проводится тест на статическую нагрузку для одной одиночной фермы и девяти фермы фермы, включая ферму фермы, состоящую из трех фермы фермы.Существует большая разница в предельной несущей способности и деформации различных типов ферм. Однако общая форма и процесс разрушения фермы примерно одинаковы. Форма повреждения разъема, снятого после испытания фермы, также сильно отличается. Это также полностью иллюстрирует различную связь между фермами фермы, которая будет иметь большее влияние на его производительность.

Во-первых, во время предварительной загрузки ступени T1 ферма не произвела существенных изменений.После 30 минут загрузки все типы ферм вызвали очень небольшие остаточные деформации. В частности, ферменная конструкция балки могла достичь полного упругого восстановления. Из кривой нагрузки-смещения ступени T1 на рисунке 7 определенное значение ползучести появилось в одиночной ферме во время фазы предварительной нагрузки. Переменные ползучести других фермы балок были незначительными. Использование дюбелей разных диаметров мало повлияло на характеристики фермы фермы.

Рисунок 7.

Смещение нагрузки на стадии Т1. (а) SPT-S; (б) SPT-N; (С) SPT-G2-12; (d) SPT-G2-16; (e) SPT-G2-20.

По ходу испытания не было значительного явления испытания для каждой фермы от 24-часовой удерживающей нагрузки до начальной ступени T3 . Однако при загрузке до 5 Pk явление испытания начало проявляться в пролете фермы, и в других узлах явного явления не было. Например, небольшая выпуклость пластины фермы произошла в верхнем узле B SPT-S, а нижняя хорда образовала трещины возле узла (как показано на рисунке 8).На других этапах другие балочные фермы были похожи на испытательный феномен одиночных ферм, и феномены разрушения также были сосредоточены в этих двух местах. В частности, выпуклая пластина центрального узла B верхнего пояса выпуклая (как показано на рисунке 9). В основном это связано с силовым механизмом параллельной хордовой фермы. Когда ферма с параллельными хордами подвергается верхней концентрированной нагрузке, верхняя хорда подвергается сжатию, а нижняя хорда находится под напряжением. В сочетании с анализом структурной механики диагональное полотно фермы будет создавать поперечную силу в узле B, чтобы противостоять верхней сосредоточенной нагрузке.Следовательно, узел В подвергался воздействию напряжения сдвига, и напряженная среда была очень сложной. В сочетании с окончательной формой разрушения ферменной плиты, ферменная плита в узле B в конечном итоге стала формой разрушения при сдвиговом сжатии.

Рисунок 8.

Трещины в нижней хорде сопровождаются процессом испытания на удаление зубьев SPT-S1.

Рисунок 9.

Ошибка сжатия сдвига сопряженной пластины в узле B. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-1; (c) SPT-G2-16-2; (d) SPT-G2-20-2.

Кроме того, многие эксперименты обнаружили, что общее повреждение фермы разрушается разрушением нижнего пояса. Узел нижнего пояса также напрямую влияет на силовые характеристики. На рисунке 10 показана фактическая фотография разрушения в нижних поясах ферм. При обработке фермы экспериментаторы должны обращать внимание на выбор нижнего пояса и стараться избегать слишком большого количества спецификаций с узлами. Тем не менее, верхний пояс и сетка фермы имели очевидные повреждения при сдвиге, а хорда не имела явных повреждений.Следовательно, когда деревянная ферма обрабатывается, сорт обрабатываемого материала может быть соответствующим образом уменьшен.

Рисунок 10.

Разрушение в нижних поясах ферм. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-2; (c) SPT-G2-16-1.

Разрушение нижней хорды фермы SPT-G2-20 было вызвано разными причинами. SPT-G2-20 имел отверстие диаметром 19,5 мм в верхних и нижних поясах. Отверстие нижней хорды было слишком большим, разрушая волокна в направлении дерева, а также уменьшая чистую площадь поперечного сечения хорды фермы.В условиях постоянной силы уменьшение чистой площади поперечного сечения стержня увеличит нагрузку на хорду. Прочность на растяжение древесины большого размера меньше прочности на сжатие, поэтому нижний пояс легко повреждается. На рисунке 11 показана реальная фотография провала балки фермы SPT-G2-20. Трещина нижнего пояса начиналась от деревянного штифта и проходила через весь пояс. В конечном итоге это привело к полному разрушению фермы, но при этом штифт был незначительным.

Рисунок 11.

Феномен отказа SPT-G2-20-1.

4.2. Разрушение узла соединения

В предыдущем разделе описан режим отказа узла фермы фермы, соединенной дюбелем диаметром 20 мм между одиночными фермами фермы фермы. Окончательный ущерб был вызван разрушением нижнего пояса, но шпонки практически не деформировались. Размер дюбелей и соединителей гвоздя был поврежден в разной степени. На рисунке 12 показан разъем, снятый с фермы после окончательного разрушения каждого ферменного фермы.

Рисунок 12.

Неисправность разъемов.

Из рисунка 12, деформация, вызванная соединением гвоздя, была большой. Как и в случае соединительной балочной фермы с длинными пролетами, в середине ногтя появился пластиковый шарнир. Когда ферма была загружена на более позднюю стадию, более очевидная дислокация произошла между отдельными фермами, которые составляют ферму фермы. Разные диаметры дюбелей порождают разные формы деформации или повреждения. Во-первых, подобно гвоздю, деревянный дюбель диаметром 12 мм также изготовил пластиковую петлю.Однако величина деформации была меньше, чем у гвоздевого соединения. Диаметр деревянных дюбелей сказался на его жесткости. Деформация дюбеля большого диаметра была небольшой. Дюбели диаметром 20 мм практически не деформировались. Деревянные дюбели почти не пострадали от повреждения фермы. Деформация деревянных дюбелей с 16 мм также не была очевидной. Потеря поперечного сечения хорды была уменьшена при обеспечении достаточной прочности сустава. Соотношение между диаметром отверстия и штифтом ферменного элемента также влияло на характеристики соединения.Черный цвет на конце дюбеля диаметром 20 мм на рисунке 13 является результатом карбонизации, когда дюбель был ввинчен в паз. Когда диаметр отверстия хорды составлял менее 0,5 мм от диаметра деревянного штифта, деревянный штифт, ввернутый в стержень, обугливался за счет высокоточного вращения, и на поверхности штифта образовался обугленный слой, который защищена поверхность деревянного дюбеля. Поверхностная прочность была улучшена. Поэтому необходимо тщательно выбирать соединители и подбирать подходящий размер предварительного сверления с точки зрения долговечности фермы фермы.

Рисунок 13.

Максимальная несущая способность ферм.

5. Предельная несущая способность

Рисунок 13 представляет собой сравнение предельной несущей способности фермы категории пять. Среди них новая ферменная ферменная конструкция из деревянных шпонок проходит в среднем два испытания. Из рисунка видно, что предельная несущая способность всех видов деревянных ферм намного выше, чем ее теоретическое расчетное значение, поэтому уменьшение пролета фермы будет эффективно улучшать ее несущую способность.Кроме того, предельная несущая способность различных ферменных ферм намного больше, чем у одинарной фермы, но предельная несущая способность различных ферменных ферм мало отличается друг от друга. Фермы из 12-мм и 16-мм деревянных шпонок имеют относительно высокую предельную несущую способность. Ферма фермы, соединяющая гвоздь, влияла на синергию фермы фермы из-за взаимного смещения между отдельными фермами, снижая таким образом характеристики подшипников. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела большую площадь отверстия в нижней хорде фермы, что уменьшало чистую площадь поперечного сечения натяжного элемента, тем самым снижая несущую способность фермы.

6. Анализ результатов испытаний на прогиб узла

На рисунке 14 показана диаграмма прогиба нижних поясов трех ферменных ферм с использованием двух дюбельных соединений различного диаметра. Из рисунка видно, что три типа ферм демонстрируют хорошую согласованность на первых двух этапах загрузки. Ферма входит в нелинейную стадию, когда она входит в стадию разрушения, и результаты двух испытаний будут различаться из-за изменчивости древесины. На рисунке 17 показано изменение общей деформации фермы в процессе загрузки.Изображение показывает, что трудно различить влияние различных методов соединения на сопротивление ползучести, характеристики упругого восстановления и сопротивление деформации фермы на образцах фермы с небольшим пролетом. Только на этапе разрушения фермы можно определить кривую прогиба и проанализировать различные типы и механизмы разрушения.

Рисунок 14.

Отклонение во времени новых ферменных ферм от начала до конца. (а) SPT-G2-12; (б) SPT-G2-16; (c) SPT-G2-20.

Как показано на рисунке 15, кривые нагрузки-отклонения одиночной фермы, фермы балки гвоздевого соединения и фермы фермы деревянного дюбеля выбираются на этапе разрушения. Из рисунка видно, что разные типы ферм имеют разные способы и механизмы отказов. Одиночная ферма показала явные характеристики хрупкого разрушения. В непосредственной близости от провала не было никаких явных признаков. Трещина произошла возле узла нижнего пояса (как показано на рисунке 8).Затем трещина продолжала увеличиваться. В конце концов, полный отказ фермы был вызван внезапным переломом нижней хорды.

Рисунок 15.

Кривая нагрузки на прогиб ферм.

Пластичность двух ферменных ферм значительно лучше, чем у одиночных. На средней и более поздних стадиях отказа фермы кривая нагрузки-смещения часто показывает поворот на одном конце. Причиной поворотов является то, что одна ферма в ферме балок была разрушена первой.Поскольку другая ферма все еще имела грузоподъемность, она быстро выдержала бы верхнюю нагрузку. Тем не менее, он также будет быстро разрушен, потому что была подчеркнута только одна ферма. Из-за различных связей между выбранными одиночными фермами фермы фермы вышеописанная ситуация будет другой. Несмотря на то, что коэффициент пролета при сдвиге был снижен, ферменная конструкция балки гвоздевого соединения все еще демонстрировала нестабильность в плоскости на более поздней стадии нагрузки. Фермы с большими пролетами были не очень очевидны.Был взаимный вывих между верхними фермами. Ферма фермы будет очевидна, что сначала была уничтожена одна ферма, а затем быстро будет разрушена другая ферма. Таким образом, ферменная конструкция балки гвоздя не дала ожидаемого эффекта «один плюс один больше двух». Ферма фермы, соединенная деревянным штифтом, могла сохранять хорошую синергию между загруженными фермами. Поэтому у SPT-G2-16 также была первая волна, в которой у SPT-G2-N были свои повороты. Однако можно видеть, что падение смещения было очень ограниченным, что указывает на то, что ферма не была полностью разрушена.По мере того, как нагрузка продолжала увеличиваться, на кривой появились три или четыре небольших поворота. В конце концов, трещины, которые образовались в нижней части двух нижних поясов фермы, были чрезмерными и полностью проникли (как показано на рисунке 16), что привело к разрушению фермы.

Рисунок 16.

Феномен отказа SPT-G2-16.

На рисунке 17 показаны кривые отклонения нагрузки трех новых ферменных ферм с различными диаметрами деревянного дюбеля в качестве соединения между отдельными фермами.Из рисунка видно, что кривые отклонения нагрузки трех ферменных ферм имеют разные формы. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела такой же режим разрушения, как и ферма, которая представляла собой хрупкое разрушение (как показано на рисунке 10). Нижний пояс был разорван под действием напряжения и сдвига. Балочная ферма, соединенная дюбелем диаметром 12 мм, была аналогична ферменной ферме, соединенной гвоздем. Хотя кривая нагрузки-смещения претерпела скручивание, ферма не показала хорошего синергизма.Наконец, появился пластиковый шарнир, похожий на деревянный штифт и гвоздь. Следовательно, балочная ферма, соединенная с помощью дюбеля, показала лучшие механические характеристики при использовании деревянного дюбеля диаметром 16 мм.

Рисунок 17.

Кривая нагрузки-прогиб новых фермы.

7. Дальнейшие эксперименты фермы фермы, состоящей из трех отдельных ферм

В последнем разделе фермы фермы, соединенные тремя деревянными дюбелями различного диаметра, были испытаны на статическую нагрузку, а ферма фермы с деревянными дюбелями диаметром 16 мм была Лучший.Все предыдущие эксперименты были выполнены на ферме фермы, состоящей из двух одинарных ферм, но ферма фермы, состоящей из трех или более ферм, не были протестированы. Для фермы фермы, которая будет широко использоваться в более крупных пролетных конструкциях и более сложных опорных средах, они не могут состоять только из двух отдельных ферм. Это должно рассмотреть больше форм единственных комбинаций фермы. В сочетании с результатами испытаний, приведенными в предыдущем разделе, в этом разделе проводится испытание на статическую нагрузку на ферму балок, состоящую из трех одинарных ферм, соединенных деревянными дюбелями диаметром 16 мм.Эффект усиления фермы фермы был изучен в сравнении с фермой фермы, состоящей из двух отдельных ферм, соединенных деревянными дюбелями одинакового диаметра.

Что касается несущей способности, ферменная конструкция фермы, состоящая из двух одинарных ферм, была 53 кН, а ферменная конструкция фермы, состоящая из трех отдельных ферм, имела несущую способность 77 кН, увеличившись на 45%. Таким образом, чем больше количество отдельных ферм, составляющих ферму фермы, тем более очевидные эффекты улучшения имеют с точки зрения режима отказа, две фермы фермы были похожи, и хорда была разрушена в условиях растягивающего сдвига, в результате чего уничтожение фермы.Как показано на рисунке 18, средняя ферма впервые появилась в виде трещин на нижнем поясе. Увеличение силы привело к полному отказу промежуточной фермы, когда только две фермы были нагружены, но ферма фермы потеряла синергию в это время. Затем деревянные дюбели нижнего пояса были также разрушены (как показано на рисунке 19). Нижний пояс одиночной фермы на внешней стороне ферменной фермы полностью растрескался в направлении зерна. Ферма провалилась в целом. Как показано на рисунке 20, кривые нагрузки-смещения двух ферменных ферм на заключительном этапе разрушения, также можно обнаружить, что две ферменные фермы имеют очень похожие режимы разрушения и обе демонстрируют хорошую пластичность.

Рисунок 18.

Отказ SPT-G3-16.

Рисунок 19.

Отказ разъемов в SPT-G3-16.

Рисунок 20.

Кривая нагрузки-смещения в стадии разрушения.

8. Заключение

В этой главе было проведено испытание на статическую нагрузку деревянных ферм, чтобы исследовать влияние различных соединений на механические свойства фермы фермы между отдельными фермами фермы фермы, особенно влияние различных диаметров дюбелей на ферменная конструкцияРезультаты показали, что:

1. Ферма фермы с деревянным штифтом должна быть присоединена к ферме фермы целиком, но диаметр деревянного дюбеля следует выбирать разумно.

2. С точки зрения несущей способности, механизма разрушения и режима фермы ферменная конструкция фермы имеет наилучшие характеристики при диаметре деревянного штифта 16 мм.

3. В предельных состояниях эксплуатационной пригодности использование соединительных штифтов различных диаметров мало влияет на сопротивление деформации фермы фермы.

4. На верхнем поясе, соединенном с пластиной фермы, пластина фермы подвержена сдвиговому повреждению из-за совместного воздействия давления и сдвига. В реальном проекте следует попытаться сделать частичное усиление.

5. По мере увеличения числа отдельных ферм, из которых состоит ферма фермы, также будут происходить значительные улучшения ее механических свойств.

6. Деревянные сучки, особенно мертвые сучки, оказывают сильное ослабляющее влияние на несущую способность аккордов деревянных ферм.Полный отказ фермы часто происходит из-за наличия узла, поэтому выбор фермы должен быть сделан. Аккорд фермы следует избегать использования материалов с сучками. При необходимости может быть выбрано, что вместо стали используют древесину, разрабатывая композитную структуру сталь-дерево.

Благодарность

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 31670566) и Национального двенадцатого пятилетнего плана поддержки науки и технологий (2015BAD14B0503).

Как сделать расчет несущей способности деревянных балок

Чтобы изготовить добротное деревянное перекрытие, следует использовать материал, подходящий по размеру и сечению. С этой целью проводится расчет несущих деревянных балок.

Длину их определяют шириной пролета, который предусмотрен для перекрытия. Сечение рассчитывается в зависимости от действующей на них нагрузки, расстояния между ними и всей длины пролета. Дома из бруса под ключ — комплексный и эффективный подход к строительству.

Как производится расчет

Что следует учитывать для определения необходимого количества стройматериала и его размеров:

• Площадь пролета, предназначенного для перекрытия;
• Расчет нагрузки на деревянную балку;
• На какой глубине в стене будут расположены балки;
• По программе-калькулятора или таблицам определить шаг и сечение.

Длина рабочего материала

Необходимая длина напрямую зависит от размера пролета с учетом запаса для установки опоры в стены. Причем глубину заделывания определяют по материалу стены. Проводя расчет деревянной балки, обязательно учитывают, что в кирпичных и блочных сооружениях углубление для досок делается минимум 10см, а для бруса — 15см. В деревянных домах глубина зарубки от 7см.

В случае применения хомутов, уголков или кронштейнов длина стройматериала должна соответствовать расстоянию между противоположными стенками. Оптимальное расстояние 2,5-4 метра. Брус или обрезная доска могут покрыть расстояние до 6 м. Для большей длины применяется двутавровое сечение. Оно имеет на обоих краях уширенные элементы. Расчет деревянной двутавровой балки проводится с учетом их параметров, расстояния между противоположными стенками и расчетных нагрузок.

Как определяется нагрузка на перекрытие

Для вычисления данного показателя надо определить собственный вес перекрытия с балками, межбалочными заполнениями, зашивками и эксплуатационную нагрузку (люди, мебель, бытовые устройства и др.). Расчет несущей способности деревянных балок проводится специалистами при проектировании. Важны два фактора: вид перекрытия и условия его эксплуатации.

1. Для чердака с легкими утеплителем, где не предусмотрено складирование вещей, постоянная нагрузка около 50 кг/м2. Эксплуатационную нагрузку рассчитывают с учетом коэффициент запаса 1,3: 70х1,3 = 91 кг/м2. Сложением обоих показателей получим общую нагрузку 141 кг/м2.

2. Расчет деревянной балки на прочность для чердачного помещения с более тяжелым утеплителем, с межбалочным заполнением или подшивкой, производится иначе. Если данное помещение предусмотрено для хранения вещей, то эксплуатационное значение нагрузки повышается до 150 кг/м2. Подсчет общего показателя даст в результате 245 кг/м2 (50+150х1,3).

3. Если на чердаке будет устроена мансарда, то расчет деревянной балки перекрытия должен проводиться с учетом веса полов, установленных перегородок, размещенной мебели. Требуется повысить показатели расчетной нагрузки до 300-350 кг/м2.

Так как в конструкцию междуэтажного деревянного перекрытия включены полы, а показатели эксплуатационной нагрузка включают вес людей и бытовых предметов, то данная конструкция должна быть рассчитана на 350 — 400 кг/м2 общей нагрузки. Делая расчет прогиба деревянной балки, надо учесть, что круглые стройматериалы устойчивы к изгибу в зависимости от диаметра.

Как рассчитать сечение и шаг

Для устройства чердачных перекрытий применяются материалы с круглым или овальным периметром, а также прямоугольным.

Произвести расчет сечения деревянной балки можно, если известна ее необходимая длина (L) и общая нагрузка. Лучшим считается прямоугольное сечение, у которого соотношение (h) и (s) составляет 1,4:1. Высоту (h) стройматериала подбирают с учетом толщины утеплителя (10-30 см). Ширина (s) может колебаться от 4 до 20 см. При использовании бревна диаметр будет соответствовать 11-30 см.

От вида используемого материала, от сечения зависит расчет пролета деревянных балок. Он бывает в пределах 0,3 — 1,2 метра. Часто встречаемый размер шага 0,6-1,0 м.

Размер пролета может соответствовать также размеру плит утеплителя, которые укладываются между блоками. А в каркасных домах оптимальным вариантом является полное соответствие шага укладки балок и шага стоек каркаса. Такая модель укладки обеспечивает надежность благодаря жесткости конструкции. Если вы рассматриваете для строительства дома из клееного бруса под ключ, перейдите по данной ссылке за подробной информацией.

основные правила выбора и монтажа

При конструировании кровельной системы небольшого по размерам здания (частный дом, гараж, сарай и т.п.) применяются такие несущие элементы, как однопролетные деревянные балки. Они предназначены для перекрытия пролетов и выступают основанием для укладки настила на крышу. На этапе планирования и создания проекта будущей постройки в обязательном порядке осуществляется расчет несущей способности деревянных балок.

Деревянный балки предназначены для перекрытия пролетов и выступают основанием для укладки настила на крышу.

Основные правила выбора и монтажа однопролетных балок

К процессу расчета, выбора и укладки несущих элементов следует подходить со всей ответственностью, так как от этого будет зависеть надежность и долговечность всего перекрытия. За многие столетия существования строительной индустрии выработались некоторые правила конструирования кровельной системы, среди которых стоит отметить следующие:

Схема монтажа деревянных балок перекрытия.

1. Длина однопролетных брусьев, их габариты и количество определяются после осуществления измерений пролета, который требуется перекрыть. При этом важно учитывать способ их крепления к стенам здания.
2. В стены, возведенные из блоков или кирпича, несущие элементы должны углубляться не менее чем на 15 см, если они изготовлены из бруса, и не менее чем на 10 см, если используются доски. В стены из сруба балки должны углубляться минимум на 7 см.
3. Оптимальная ширина пролета, пригодного для перекрытия с помощью балок из дерева, находится в пределах 250-400 см. При этом максимальная длина брусьев составляет 6 м. Если требуется применить более длинные несущие элементы, то в этом случае рекомендуется устанавливать промежуточные опоры.

Расчет нагрузок, действующих на перекрытие

Кровля передает несущим элементам нагрузку, которая состоит из собственного веса, включая вес используемого теплоизоляционного материала, эксплуатационного веса (предметов, мебели, людей, которые могут по ней ходить в процессе выполнения тех или иных работ), а также сезонных нагрузок (например, снега). Точный расчет выполнить в домашних условиях у вас вряд ли получится. Для этого нужно обратиться за помощью в проектную организацию. Более простые расчеты можно произвести самостоятельно по такой схеме:

Рисунок 1. Таблица минимально допустимого расстояния между балками.

1. Для чердачных перекрытий, при утеплении которых использовались легкие материалы (например, минвата), на которые не влияют большие эксплуатационные нагрузки, можно говорить, что в среднем на 1 м² кровли приходится вес в 50 кг. Согласно ГОСТ для подобного случая нагрузка будет равна: 70*1,3 = 90 кг/м², где 1,3 – запас прочности, а 70 (кг/м²) – нормированное значение для приведенного примера. Суммарная нагрузка будет равна: 50+90 = 140 кг/м².
2. Если в качестве утеплителя применяется более тяжелый материал, то нормированное значение по ГОСТу будет равно 150 кг/м². Тогда общая нагрузка: 150*1,3+50 = 245 кг/м².
3. Для мансарды данное значение будет равно 350 кг/м², а для межэтажного перекрытия – 400 кг/м².

Узнав нагрузку, можно приступать к расчету габаритов однопролетных деревянных балок.

Расчет сечения деревянных балок и шага укладки

Несущая способность балок зависит от их сечения и шага укладки. Данные величины являются взаимосвязанными, поэтому их расчет осуществляется одновременно. Оптимальной формой для балок перекрытия является прямоугольная с соотношением сторон 1,4:1, то есть высота должна быть больше ширины в 1,4 раза.

Расстояние между соседними элементами должно быть не менее 0,3 м и не более 1,2 м. В случае монтажа рулонного утеплителя стараются сделать шаг, который будет равен его ширине.

Если конструируется каркасный дом, то ширина принимается равной шагу между стойками каркаса.

Для определения минимально допустимых размеров балок при шаге их укладки в 0,5 и 1,0 м можно воспользоваться специальной таблицей (рис. 1).

Все вычисления должны производиться в строгом соответствии с существующими нормами и правилами. При возникновении некоторых сомнений в точности расчетов полученные значения рекомендуется округлять в большую сторону.

Нагрузки на балку — Калькулятор опорной силы

Онлайн-калькулятор опорной силы балки

Калькулятор ниже можно использовать для расчета опорных сил — R ₁ и R ₂ — для балок до 6 несимметрично нагружает.

Длина балки (м, футы)

Сила F1 (Н, фунт _f )

Расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F2 ( Н, фунт _f )

D Расстояние от _{рандов 1} (м, фут)

Сила F3 (Н, фунт _f )

D от ₁ (м, фут)

Сила F4 (Н, фунт _f )

D от ₁ (м, фут)

Сила F5 (Н, фунт _f )

D Расстояние от R ₁ (м, фут)

Сила F6 (Н, фунт _f )

D istance от ₁ (м, фут)

Для балки в b равновесие нагружено грузами (или другими нагрузочными силами) силы реакции — R — на опорах равно сил нагрузки — F . Баланс сил может быть выражен как

F ₁ + F ₂ + …. + F _n = R ₁ + R ₂ (1)

где

F = усилие от нагрузки (Н, фунт _f )

R = сила от опоры (Н, фунт _f )

Дополнительно для балки в балансе алгебраическая сумма моментов равно нулю .Баланс момента может быть выражен как

F ₁ a _f1 + F ₂ a _f2 + …. + F _n a _fn = R a _r1 + R a _r2 (2)

где

a = расстояние от силы до общей точки отсчета — обычно расстояние до одной из опор (м, фут)

Пример — A балка с двумя симметричными нагрузками

A 10 м длинная балка с двумя опорами нагружена двумя равными и симметричными нагрузками F ₁ и F ₂ , каждая 500 кг .Опорные силы F ₃ и F ₄ можно рассчитать

(500 кг) (9,81 м / с ² ) + (500 кг) (9,81 м / с ² ) = R ₁ + R ₂

=>

R ₁ + R ₂ = 9810 N

= 9,8 кН

Примечание! Нагрузка от веса груза — м — мг Ньютон — где г = 9.81 м / с ² .

При симметричных и равных нагрузках опорные силы также будут симметричными и равными. Используя

R ₁ = R ₂

, приведенное выше уравнение можно упростить до

R ₁ = _R = (9810 N) / 2

4905 N

= 4,9 кН

Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox

— бесплатные приложения для автономного использования на мобильных устройствах.

Пример — Балка с двумя несимметричными нагрузками

A Длинная балка 10 м с двумя опорами нагружена двумя нагрузками, 500 кг располагается 1 м от конца ( R ₁ ) , а другой груз 1000 кг расположен 6 м с того же конца. Баланс сил можно выразить как

(500 кг) (9,81 м / с ² ) + (1000 кг) (9,81 м / с ² ) = ₁ + ₂

=>

R ₁ + R ₂ = 14715 N

= 14.7 кН

Алгебраическая сумма моментов (2) может быть выражена как

(500 кг) (9,81 м / с ² ) (1 м) + (1000 кг) (9,81 м / с ² ) (6 м) =? R ₁ (0 м) + R ₂ (10 м)

=>

R ₂ = 6377 (N)

= 6,4 кН

F ₃ можно рассчитать как:

R ₁ = (14715 Н) — (6377 Н)

= 8338 N

= 8.3 кН

Вставьте балки в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox Sketchup Extension

(PDF) Расчет несущей способности системы «Железобетонная балка — деформируемое основание» при кручении с изгибом

6. Vl. Колчунов, А. Демьянов, И. Яковенко, М. Гарба, Наука и строительство,

1 (15), 42, (2018)

7. В. Травуш, Д. Конин, А. Крылов, С. Каприелов, И.Чилин, Инжиниринг и реконструкция

, 4 (72), 63, (2017)

8.И. Яковенко, Вл. Колчунов, И. Лымарь, Сеть конференций MATEC, 6-я Международная

Научная конференция «Надежность и долговечность железнодорожного транспорта

Конструкции и здания», 0216, 12, (2017)

9. А. Голышев, Вл. Колчунов, Сопротивление железобетонных конструкций, возведенных в

сложных геотехнических условиях (Киев: Издательство Основа, 2010)

10. Голышев А., Вл. Колчунов, И.Яковенко, Сопротивление железобетонных конструкций, зданий и сооружений

, возведенных в сложных инженерно-геологических условиях

(Киев, Изд-во Толока, 2015)

11.Вл. Колчунов, И. Яковенко, Вестник Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского

, 3 (98), 56, (2016)

12. Сальников А., Вл. Колчунов, И. Яковенко, Прикладная механика и материалы, 725–

726, 784, (2015)

13. Т. Муллапуди, А. Аюб, Журнал структурной инженерии, 139 (4), 561, (2013)

14. Л. Бернардо, М. Тейшейра, Journal of Building Engineering, 19, 49, (2018)

15. Дж. Хёнджин, С.Канг, Х. Деук, Х. Джин-Ха, К. Сын-Хо, О. Ён-Хун, Composite

Structures, 129, 143, (2015)

16. Вл. Колчунов, А. Сальников, Инжиниринг и реконструкция, 3 (65), 24, (2016)

17. А. Демьянов, И. Яковенко, Вл. Колчунов, Новости высшей школы

Учреждения Технология текстильной промышленности 4 (370), 246, (2017)

18. А. Демьянов, Вл. Колчунов, А. Сальников, М. Михайлов Инжиниринг и

реконструкция, 3 (71), 13, 2017

19.Клепиков С.А. Методические указания по определению коэффициентов жесткости оснований зданий и конструкций

(Изд-во НИИСК, Киев, 1977)

20. С. Клепиков, Ф. Бородачева, И. Матвеев Методические указания по расчету балок на

эффекты неравномерных вертикальных и горизонтальных перемещений основания (Издательство НИИСК,

Киев, 1979)

21. Яковенко И., Вл. Колчунов, Журнал прикладных инженерных наук, 15 (3), 366,

(2017), DOI: 10.5937 / jaes15-14662

22. А. Демьянов, Вл. Колчунов, IOP Conference Series: Materials Science and

Engineering, 463.032089, (2018), DOI: 10.1088 / 1757-899X / 463/3/032089.

23. Демьянов А. Вл. IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия, 456 (2018),

doi: 10.1088 / 1757-899X / 456/1/012104

8

E3S Web of Conferences 97, 040598 (2019) https://doi.org/ 10.1051 / e3sconf / 2019970405

FORM-2019

9

Расчет нагрузок на коллекторы и балки — Строительная техника

Обратите внимание: Эта старая статья нашего бывшего преподавателя остается доступной на нашем сайте в архивных целях.Некоторая информация, содержащаяся в нем, может быть устаревшей.

Понимание того, как нагрузки передаются через конструкцию и действуют на элементы конструкции, является первым шагом к определению размеров коллекторов и балок

Пол Физетт — © 2005

Большинство строителей автоматически выбирают двойные заголовки -2 x 8 или -2 x 10 для обрамления окон и дверей в каждом доме, который они строят. Эти коллекторы работают для поддержки большинства жилых помещений и по совпадению удерживают верхние части окон на одинаковой высоте.Замечательное решение, но эффективно ли это и экономично ли использование материала? То же самое верно и для балок, таких как конструкционные коньковые балки и центральные балки. Слишком часто строители собирают брус размером 2 дюйма, чтобы выдержать нагрузки на крышу и пол, не рассматривая другие варианты. Вы не сможете превзойти пиломатериалы для большинства небольших оконных коллекторов, но по мере увеличения пролётов и нагрузок более прочные материалы становятся лучшим выбором. Пиломатериалы ограничивают возможности дизайна и в некоторых случаях просто не работают. Parallam, Timberstrand, клееный брус и Anthony Power Beam — примеры альтернативных материалов, которые предоставляют строителям захватывающий выбор.

В этой серии из двух частей мы рассмотрим, как пиломатериалы и эти инженерные материалы подходят для использования в качестве коллекторов и балок. Часть I покажет вам, как отследить структурные нагрузки до коллекторов и балок. В части II будут рассмотрены процедуры определения размеров, характеристики и стоимость этих материалов для нескольких приложений (см. «Определение размеров проектируемых балок и коллекторов» для части 2).

Делаю работу

Работа коллекторов и балок проста. Они передают нагрузки сверху на фундамент снизу через сеть конструктивных элементов.Идея определения размеров коллекторов и балок проста: сложите все временные и статические нагрузки, действующие на элемент, а затем выберите материал, который будет выдерживать нагрузку. Балка должна быть достаточно прочной, чтобы не сломаться (значение Fb), и достаточно жесткой, чтобы она не прогибалась чрезмерно под нагрузкой (значение E). Однако процесс определения размеров этих структурных элементов может быть сложным, если вы не инженер. Вот упрощенный подход, который поможет вам указать подходящий материал для многих приложений.

Первый шаг такой же для пиломатериалов и конструкционных древесных материалов: сложите все нагрузки, действующие на жатку или балку, а затем преобразуйте эту нагрузку в значение , какую нагрузку будет ощущать каждая прямая опора жатки или балки . Говоря лучевым языком, вы говорите: этот заголовок должен нести X-фунтов на линейный фут. Этот перевод является ключом к любой проблеме определения размеров конструкции. Вооружившись этой информацией, вы можете определить минимальный размер, пролет или прочность балки (кредит джулио). Размеры спроектированных деревянных компонентов определяются с помощью таблиц пролетов, которые соответствуют различным пролетам и фунтам на фут балки.Для пиломатериалов необходимо произвести математические расчеты.

считаются распределенными нагрузками или точками нагрузок. Слой песка, равномерно распределенный по поверхности, является примером чистой распределенной нагрузки. Каждый квадратный фут поверхности испытывает одинаковую нагрузку. Текущие и статические нагрузки, указанные в строительных нормах и правилах для крыш и полов, являются приблизительными значениями распределенных нагрузок. Точечные нагрузки возникают, когда груз накладывается на одно место в конструкции, например на колонну.Нагрузка на опорную конструкцию распределяется неравномерно. Анализ точечной нагрузки лучше доверить инженерам. Мы будем рассматривать только распределенные нагрузки. Это позволит нам определять размеры балок для наиболее распространенных приложений.

Рисунок 1

Давайте проследим распределенные нагрузки для нескольких разных домов. Предположим, что все они расположены в одном климате, но имеют разные пути загрузки из-за конструкции. Эти примеры показывают, как распределенные нагрузки распределяются между элементами конструкции.Наши образцы домов находятся в районе, где снеговая нагрузка составляет 50 фунтов на квадратный фут площади крыши (снег рассматривается как временная нагрузка). Само собой разумеется, что в более теплом климате снеговая нагрузка, вероятно, была бы меньше, поэтому вам необходимо проверить свою кодовую книгу на предмет временных и статических нагрузок в вашем регионе. Все нагрузки указаны в фунтах на квадратный фут горизонтальной проекции (площадь пятна контакта). (СМ. РИСУНОК 1)

Рисунок 2

Здесь каждый квадратный фут кровельной системы обеспечивает 50 фунтов динамической нагрузки и 15 фунтов статической нагрузки (всего 65 фунтов на квадратный фут) на структурную опорную систему.Помните, что эти нагрузки равномерно распределяются по всей поверхности крыши. Наружная стена (и коллекторы внутри) будут нести все нагрузки от средней точки дома (между опорными стенами) к внешней стороне дома (включая свес крыши). Расстояние в этом случае составляет 12 футов + 2 фута = 14 футов. Таким образом, каждый линейный фут стены должен выдерживать нагрузки, создаваемые полосой шириной 1 фут в этом районе 14 футов. С технической точки зрения стена имеет ширину притока 14 футов. Отсюда мы легко можем видеть, что каждая линейная опора стены поддерживает:

Условия:

Важно перечислить временную нагрузку, постоянную нагрузку и общую нагрузку отдельно, поскольку временная нагрузка используется для расчета жесткости, а общая нагрузка используется для расчета прочности.

Рисунок 3

Этот дом идентичен нашему первому примеру, за исключением того, что он построен из палки. В результате временная нагрузка, статическая нагрузка и распределение сил различны. В отличие от стропильной крыши, временная нагрузка и собственная нагрузка на стропила и балки перекрытия должны учитываться как отдельные системы. Поскольку чердак можно использовать для хранения, временная нагрузка на чердак в соответствии с нормами составляет 20 фунтов на квадратный фут.

Условия:

Рисунок 4

Опять же, у этого дома такая же ширина, но у него 2 уровня.Нагрузки на нижний коллектор создают крыша, верхние стены и система 2-го этажа. В Стандартах архитектурной графики вес внешней стены размером 2 × 6 составляет 16 фунтов на фут ² . Таким образом, стена высотой 8 футов весит 8 футов x 16 фунтов / фут ² = 128 фунтов на линейный фут. На жатку доставлено:

Условия:

Балки

Рисунок 5 — На этом рисунке показаны 2 конструктивных элемента: конструкционная коньковая балка и центральная балка.У обоих есть приток площадью 12’0 ″. Нагрузка на фут балки определяется так же, как и для жаток.

Условия коньковой балки

Пример фермы

Центральная балка несет половину нагрузки на пол, нагрузку на перегородку и половину нагрузки на второй этаж.Текущие и статические нагрузки указаны в строительных нормах и правилах. Вес перегородки указан в Стандартах архитектурной графики как 10 фунтов на квадратный фут.

B) Условия балок первого этажа

Резюме

Эти примеры являются типичными для типов вычислений, которые вам необходимо выполнить для определения равномерной нагрузки, которая распределяется на балку или коллектор.Вы должны установить, какую нагрузку принимает каждая прямая опора жатки или балки. Следующим шагом является использование технической литературы любой из компаний, производящих деревянные компоненты, для определения пролета и размера балки. Все они соотносят допустимые пролеты с нагрузкой на фут балки. Списки пролетов основаны на допустимом прогибе, динамической нагрузке и статической нагрузке, которые перечислены в вашей книге строительных норм. В части 2 «Определение размеров инженерных коллекторов и балок» мы сравниваем стоимость и характеристики некоторых деревянных изделий с пиломатериалами.

Все иллюстрации любезно предоставлены Journal of Light Construction.

Необходимо рассчитать несущую способность стальной балки при ремонте жилого дома.

 Здравствуйте, cpopetz, похоже, вы очень хорошо описали
твоя проблема. Думаю, мы сможем получить ответы.

(а) нагрузка, которую несет балка
один этаж

ПРИМЕЧАНИЕ. У вас есть сплошная балка с двумя равными пролетами.
Однако, чтобы упростить задачу, мы можем рассматривать его как простой
луч.4. Я бы сказал, что имеющаяся у вас балка адекватна. я
иметь программу балки, которая будет обрабатывать фактические конечные условия, которые
у вас есть. Я проверю луч с помощью этой программы и позволю вам
знаю, какие результаты я получаю. Если есть что-то из того, что я опубликовал,
вы не понимаете, пожалуйста, попросите разъяснений.

Скоро вернусь к вам, Redhoss 

Расчет нагрузки на колонну, балку, стену и перекрытие | Расчеты конструкции колонны | Расчет балочной нагрузки | Расчет нагрузки на стену

Что такое столбец?

Элемент сжатия, т.е.е., колонна, является важным элементом каждой железобетонной конструкции . Они используются для безопасной передачи нагрузки надстройки на фундамент.

В основном колонны, стойки и опоры используются в качестве элементов сжатия в зданиях, мостах, опорных системах резервуаров, заводов и многих других подобных конструкций.

Колонна определяется как вертикальный сжимающий элемент, который в основном подвергается действующей длине и осевым нагрузкам, превышающей в три раза ее наименьший поперечный размер.

Элемент сжатия, эффективная длина которого меньше чем в три раза меньше его наименьшего поперечного размера, называется опорой.

Сжимающий элемент, который является наклонным или горизонтальным и подвергается осевым нагрузкам, называется распоркой. В фермах используются подкосы.

Функция колонн заключается в передаче нагрузки конструкции вертикально вниз для передачи ее на фундамент. Помимо стены выполняет также следующие функции:

• Он разделяет территорию здания на разные отсеки и обеспечивает конфиденциальность.
• Обеспечивает защиту от взлома и насекомых.
• Сохраняет тепло в здании зимой и летом.

Также прочтите: Что такое Pier Foundation | Типы пробуренных опор | Преимущества и недостатки фундаментов пробуренных опор

Что такое луч?

Балка — это конструктивный элемент, устойчивый к изгибу. Балка в основном несет вертикальные гравитационные силы, но также тянет на нее горизонтальные нагрузки.

Балка называется стеновой плитой или порогом , которая несет передающие и нагружает их на балки, колонны или стены. Он прикреплен с помощью.

В ранние века древесина была наиболее предпочтительным материалом для использования в качестве балки для этой структурной опоры, теперь она выдерживает силу вместе с вертикальной гравитационной силой, теперь они сделаны из алюминия, стали или других подобных материалов. .

Фактически балки — это конструкционные материалы, которые выдерживают поперечную силу нагрузки и изгибающий момент.

Для того, чтобы выдерживать большее напряжение и нагрузку, предварительно напряженные бетонные балки широко используются в настоящее время в фундаменте мостов и других подобных громоздких конструкций.

В настоящее время используются несколько известных балок: балка, фиксированная балка, консольная балка, неразрезная балка, выступающая балка.

Что такое стена?

Стена — структурный элемент, который разделяет пространство (комнату) на два пространства (комнаты), а также обеспечивает безопасность и укрытие. Как правило, стены подразделяются на два типа: внешняя стена и внутренняя стена.

Наружные стены служат ограждением для дома для укрытия, а внутренние стены помогают разделить ограждение на необходимое количество комнат. Внутренние стены также называются перегородками.

Стены делят жилую зону на разные части. Они обеспечивают конфиденциальность и защиту от температуры, дождя и кражи.

Также прочтите: Что такое гипс | Тип штукатурки | Дефекты штукатурки

Что такое плита?

Плита предназначена для обеспечения плоских поверхностей, обычно горизонтальных, на крышах зданий, перекрытиях, мостах и ​​других типах конструкций .Плита может поддерживаться стенами , железобетонными балками, обычно монолитными с плитой , конструкционными стальными балками, либо колоннами , либо из земли.

Плита — это пластинчатый элемент, имеющий глубину (D), очень маленькую по сравнению с его длиной и шириной. Плита используется в качестве перекрытия или крыши в зданиях, равномерно переносит распределительную нагрузку.

Плита может быть

• Просто поддерживается.
• Continuos.
• Консоль.

Расчет различных нагрузок на колонну, балку, стену и перекрытие

• Столбец = Собственный вес x Количество этажей
• Балки = Собственная масса на погонный метр
• Нагрузка на стену на погонный метр
• Общая нагрузка на плиту (постоянная нагрузка + динамическая нагрузка + ветровая нагрузка + собственный вес)

Помимо указанной выше нагрузки на колонны также действуют изгибающие моменты, которые необходимо учитывать при окончательном проектировании.Эти инструменты представляют собой упрощенный и трудоемкий метод ручных расчетов для проектирования конструкций, который в настоящее время настоятельно рекомендуется в полевых условиях.

Наиболее эффективным методом проектирования конструкций является использование передового программного обеспечения для проектирования конструкций, такого как STAAD Pro или ETABS. Для профессионального проектирования конструкций есть несколько основных допущений, которые мы используем при расчетах нагрузок на конструкции.

Также прочтите: Введение в портальную балку | Нагрузка на портальный желоб | Тип нагрузки на портальный желоб

Расчет нагрузки на колонну:

Мы знаем, что собственный вес бетона составляет около 2400 кг / м ³ , , что эквивалентно 24.54 кн / м ³ , а собственный вес стали составляет около 7850 кг / м ³ . (Примечание: 1 килоньютон равен 101,9716 килограмму)

Итак, если мы примем размер колонны 300 x 600 мм с 1% стали и 2,55 (, почему 2,55 так, высота колонны 3 м — размер балки ) метр стандартной высоты, собственный вес колонна около 1000 кг на этаж , что id равно 10 кН.

Как загрузить расчет в столбец?

1. Размер колонны Высота 2.55 м, длина = 300 мм, ширина = 600 мм
2. Объем бетона = 0,30 x 0,60 x 2,55 = 0,459 м³
3. Вес бетона = 0,459 x 2400 = 1101,60 кг
4. Вес стали (1%) в бетоне = 0,459 x 1% x 7850 = 36,03 кг
5. Общий вес колонны = 1101,60 + 36,03 = 1137,63 кг = 11,12 кН

При проведении расчетов мы предполагаем, что собственный вес колонн составляет от от 10 до 12 кН на этаж.

Мы применяем тот же метод расчета и для балки.

мы предполагаем, что каждый метр балки имеет размеры 300 мм x 600 мм. без учета толщины плиты.

Предположим, что каждый (1 м) метр балки имеет размер

Как выполнить

1. 300 мм x 600 мм без плиты.
2. Объем бетона = 0.30 x 0,60 x 1 = 0,18 м³
3. Вес бетона = 0,18 x 2400 = 432 кг
4. Вес стали (2%) в бетоне = 0,18 x 2% x 7850 = 28,26 кг
5. Общий вес колонны = 432 + 28,26 = 460,26 кг / м = 4,51 кН / м

Таким образом, собственный вес будет около 4,51 кН на погонный метр.

Также прочтите: Разница между битумом и гудроном | Что такое битум | Что такое смола

известно, что плотность кирпича колеблется от 1800 до 2000 кг / м ³ .

Для кирпичной стены толщиной 9 дюймов (230 мм), высотой 2,55 метра и длиной 1 метр ,

Нагрузка на погонный метр должна быть равна 0,230 x 1 x 2,55 x 2000 = 1173 кг / метр,

, что эквивалентно 11,50 кН / м.

Этот метод можно использовать для расчета нагрузки кирпича на погонный метр для любого типа кирпича с использованием этого метода.

Для блоков из газобетона и блоков из автобетона (ACC), таких как Aerocon или Siporex, вес на кубический метр составляет от 550 до 650 кг, на кубический метр.

Нагрузка на погонный метр должна быть равна 0,230 x 1 x 2,55 x 650 = 381,23 кг

, если вы используете эти блоки для строительства, нагрузка на стену на погонный метр может составлять всего 3,74 кН / метр , использование этого блока может значительно снизить стоимость проекта.

Пусть, Предположим, плита имеет толщину 150 мм.

Таким образом, собственный вес каждого квадратного метра плиты будет

Расчет нагрузки на перекрытие = 0.150 x 1 x 2400 = 360 кг, что эквивалентно 3,53 кН.

Теперь, если принять во внимание, что нагрузка на чистовую отделку перекрытия составляет 1 кН на метр , наложенная временная нагрузка составит 2 кН на метр, а ветровая нагрузка согласно Is 875 — около 2 кН на метр .

Итак, исходя из приведенных выше данных, мы можем оценить нагрузку на плиту примерно в от 8 до 9 кН на квадратный метр.

Как нагружать расчетную балку перекрытия стены колонны

Часто задаваемые вопросы

Расчет нагрузки на колонну:

• Объем бетона = 0.23 x 0,60 x 3 = 0,414 м³
• Вес бетона = 0,414 x 2400 = 993,6 кг
• Вес стали (1%) в бетоне = 0,414x 0,01 x 8000 = 33 кг
• Общий вес колонны = 994 + 33 = 1026 кг = 10KN

Расчет нагрузки на стену

1. Плотность кирпичной стены с раствором составляет примерно 1600-2200 кг / м ³ . Таким образом, мы считаем собственный вес кирпича стены составляет 2200 кг / м ³ в этом расчете .
2. Объем кирпичной стены: Объем кирпичной стены = l × b × h, длина = 1 метр, ширина = 0,152 мм, высота стены = 2,5 метра, объем = 1 м × 0,152 м × 2,5 м, объем кирпичной стены = 0,38 м ³
3. Собственная нагрузка кирпичной стены: Вес = объем × плотность, Собственная нагрузка = 0,38 м ³ × 2200 кг / м ³ , Собственная нагрузка = 836 кг / м
4. Его преобразуем в килограмм Ньютон, разделив на 100, получим 8,36 кН / м.
5. Таким образом, статическая нагрузка кирпичной стены составляет около 8.36 кН / м, действующее на колонну.

Расчет балочной нагрузки

• 300 мм x 600 мм без учета толщины плиты.
• Объем бетона = 0,30 x 0,60 x 1 = 0,18 м³
• Вес бетона = 0,18 x 2400 = 432 кг
• Вес стали (2%) в бетоне = 0,18 x 2% x 7850 = 28,26 кг
• Общий вес колонны = 432 + 28,26 = 460,26 кг / м = 4,51 кН / м

Нагрузка на колонну

Колонна является важным элементом конструкции RCC, который помогает передавать нагрузку надстройки на фундамент.Это вертикальный сжимающий элемент, подверженный прямой осевой нагрузке , и его эффективная длина в три раза больше, чем его наименьший поперечный размер.

Расчет статической нагрузки для здания

Собственная нагрузка = объем элемента x удельный вес материалов.

Путем вычисления объема каждого элемента и умножения его на удельный вес материалов, из которых он состоит, можно определить точную статическую нагрузку для каждого компонента.

Расчет конструкции колонны

• Объем бетона = 0,23 x 0,60 x 3 = 0,414 м³
• Вес бетона = 0,414 x 2400 = 993,6 кг
• Вес стали (1%) в бетоне = 0,414x 0,01 x 8000 = 33 кг
• Общий вес колонны = 994 + 33 = 1026 кг = 10KN

Расчет опорной нагрузки

Для стены толщиной 6 дюймов, высотой 3 метра и длиной 1 метр можно измерить нагрузку на погонный метр, эквивалентную 0.150 x 1 x 3 x 2000 = 900 кг, что эквивалентно 9 кН / метр . Следуя этой методике, можно измерить нагрузку на погонный метр для любого типа кирпича.

Расчет нагрузки на бетонную плиту

• Размер плиты Длина 3 м x 2 м Толщина 0,150 м
• Объем бетона = 3 x 2 x 0,15 = 0,9 м³
• Вес бетона = 0,9 x 2400 = 2160 кг.

Расчет нагрузки на сталь

• Размер плиты Длина 3 м x 2 м Толщина 0,150 м
• Объем бетона = 3 x 2 x 0.15 = 0,9 м³
• Вес бетона = 0,9 x 2400 = 2160 кг.
• Вес стали (1%) в бетоне = 0,9 x 0,01 x 7850 = 70,38 кг.
• Общий вес колонны = 2160 + 70,38 = 2230,38 кг / м = 21,87 кН / м.

Как рассчитать нагрузку на балку

1. 300 мм x 600 мм без плиты.
2. Объем бетона = 0,30 x 0,60 x 1 = 0,18 м³
3. Вес бетона = 0,18 x 2400 = 432 кг
4. Вес стали (2%) в бетоне = 0.18 x 2% x 7850 = 28,26 кг
5. Общий вес колонны = 432 + 28,26 = 460,26 кг / м = 4,51 кН / м

Рекомендуемое чтение —

Несущая способность на сдвиг каркасных соединений железобетонной круглой стальной трубы

В этой статье, чтобы исследовать механизм сдвига и сдвигающую способность каркасных соединений железобетонной круглой стальной трубы (SRCFCST), Численная модель конечных элементов, отражающая механическое поведение каркасных соединений балки из железобетонных колонн SRCFCST, создана путем моделирования бетона с помощью структурной модели пластичности повреждений и моделирования стали с помощью идеального упругопластического материала, а ее эффективность подтверждена экспериментальными данными.Из-за равномерного распределения круглой стали, армированной по сечению, и без определенного фланца и стенки, механизм сдвига каркасных соединений SRCFCST анализируется на основе эквивалентной круглой стальной трубы (CST) прямоугольной стальной трубе. Предлагается метод расчета несущей способности на сдвиг в зоне сердечника стыка, состоящей из четырех частей: бетон внутри трубы, бетон снаружи трубы, обруч и стенка, армированная сталью; и соответствующие формулы для расчета несущей способности на сдвиг.Сравнительный анализ несущей способности соединений на сдвиг показывает, что результаты численного моделирования и формулы несущей способности при сдвиге хорошо совпадают с экспериментальными значениями, которые могут служить ориентиром для нелинейного анализа и инженерного проектирования подобных соединений.

1. Введение

Стальная железобетонная конструкция — это конструкция, состоящая из стали и железобетона, сокращенно SRC. В колоннах SRC сталь и бетон работают вместе, что не только обладает хорошими антисейсмическими характеристиками и долговечностью, но также может относительно снизить затраты.В настоящее время он широко применяется в высотных зданиях по всему миру [1, 2].

В конструкциях SRC используются различные формы стального профиля, например, стального профиля с решетчатым профилем, стали с H-образным профилем, стали с поперечным сечением (обычно SRC) и круглой стальной трубы (CST). По сравнению с обычной структурой SRC, труба, армированная CST в колоннах SRC, имеет преимущества простого и легкого изготовления, а сталь равномерно распределена по секции, что очень полезно для угловых колонн, несущих двухосный изгиб.В то же время трехмерный сдерживающий эффект стальной трубы на бетон с внутренним ядром может также более эффективно раскрыть потенциал стали и бетона [3]. Однако в настоящее время исследования структуры SRC в основном сосредоточены на общей структуре SRC, и лишь немногие из них были выполнены на структуре SRCFCST [4].

Соединения являются ключевыми деталями, соединяющими колонны и балки каркаса. При землетрясении, чтобы соответствовать требованиям проектирования «сильные соединения, слабые элементы», сила сдвига, воспринимаемая внутренними соединениями, даже в несколько раз больше, чем у балок и колонн [5, 6].С этой целью некоторые ученые провели множество исследований механизма сдвига и сдвиговой способности каркасных соединений, но в основном это были исследования каркасных соединений из железобетона и общего SRC [7–10]. Chen et al. [11] и Хан и Ли [12] изучали сейсмическое поведение соединений стальных труб, заполненных бетоном (CFST), с учетом влияния плиты. Также исследуется влияние плиты на передачу сдвига в зоне панели. Zhang et al. [13] экспериментально исследовали поведение стыков кольцевых балок между заполненными бетоном колоннами из сдвоенных стальных труб и железобетонными балками.Результаты испытаний показали, что соединения с хорошими асейсмическими характеристиками могут легко соответствовать принципам антисейсмического проектирования, а именно: «сильная балка — слабая балка» и «прочный стык — слабый элемент». Также было реализовано конечно-элементное моделирование для проведения параметрического анализа. Han et al. [14] провели эксперименты с колонной из тонкостенных стальных труб из ограниченного бетона (TWSTCC) с соединениями железобетонных балок, подвергающимися циклической нагрузке, и обнаружили, что соединения TWSTCC в целом демонстрируют отличные сейсмические характеристики и могут применяться в практической инженерии, особенно в зоне землетрясений.Nie et al. [15] предложили новую систему соединения для заполненной бетоном композитной колонны из стальных труб и железобетонных балок и проанализировали механические свойства этого типа соединения под действием сейсмической нагрузки и обнаружили, что эффективное удержание может быть достигнуто с помощью кольца жесткости. , и можно получить отличную осевую несущую способность, а также превосходную пластичность и способность рассеивать энергию. Chen et al. [16] с целью исследовать сейсмическое поведение сквозного соединения между заполненными бетоном стальными трубчатыми колоннами и железобетонными балками, а испытания на циклическую нагрузку и последующие испытания на осевое сжатие представлены на шести образцах балка-колонна.Модель конечных элементов также разработана и проверена путем сравнения с экспериментальными результатами. Ding et al. [17] провели испытание на циклическую нагрузку на группе соединений без сквозного сердечника, установили модель конечных элементов для расчета и анализа, обсудили ее кривую деформации, кривую пластичности, кривую деградации жесткости и кривую диссипации энергии и пришли к выводу, что соединения SRCFCST имеют лучшая сейсмостойкость, чем у обычных соединений железобетонных балок и колонн. Liao et al. [18] установили семь составных моделей соединений, в том числе четыре заключенных в бетон колонны CFST на стыки железобетонных балок и три облицованные бетоном колонны CFST на стыки стальных балок, а затем модели были протестированы и сравнены при постоянной осевой нагрузке на верхнюю часть колонны и циклическая нагрузка на конец балки.По результатам испытаний были исследованы прочность, пластичность, деградация жесткости и рассеиваемая энергия образцов. Однако исследований сопротивления сдвигу каркасных соединений SRCFCST мало, и его механизм сдвига также нуждается в дальнейшем улучшении [19]. В этой статье создана численная модель конечных элементов для моделирования механического поведения соединений SRCFCST колонна-каркас железобетонной балки; а его эффективность подтверждена результатами малоцикловых экспериментов с повторяющимся нагружением в [3].С учетом равномерного распределения кольцевой армированной стали по сечению и без определенных фланцев и стенок, механизм сдвига бетонной внутренней трубы, бетонной внешней трубы, обруча и стальной стенки в области сердцевины стыка анализируется на основе эквивалентного CST. к стальной прямоугольной трубе; и предложены формулы для расчета несущей способности на совмещенный сдвиг общей площади сердечника. Сравнительный анализ несущей способности соединений на сдвиг показывает, что результаты численного моделирования и формулы несущей способности при сдвиге хорошо совпадают с экспериментальными значениями, которые могут служить ориентиром для нелинейного анализа и инженерного проектирования подобных соединений.

2. Числовая модель конечных элементов

2.1. Материальное соотношение материалов

Под действием циклической нагрузки эффект циклического упрочнения стали (включая профилированную сталь и арматурный стальной стержень) приведет к тому, что она будет создавать большую деформацию, чем при однонаправленной нагрузке, что делает упрочняющий эффект стали неочевидным. когда зона активной зоны достигает предельной опоры, в то время как бетон в зоне активной зоны мог быть разрушен [20]. Таким образом, при численном моделировании упрочняющим эффектом стали можно пренебречь и принять идеальную упругопластическую модель.

Для колонн SRCFCST бетон в центральной области стыков можно разделить на бетон снаружи стальной трубы и бетон внутри стальной трубы. Эффекты сдерживания у них разные. Результаты испытаний показывают, что сдержанность последнего больше, чем у первого. Однако, согласно результатам экспериментов, при разрушении бетон на стороне стыка отслоился, а бетон внутри стальной трубы не разрушился [19], что показывает, что сдерживающее воздействие на бетон внутри стальной трубы колонны SRCFCST меньше, чем у заполненной бетоном стальной трубы в предельном состоянии [3].Это связано с тем, что напряжение в стальной трубе бетонной конструкции достигнет предела текучести на стадии разрушения, в то время как эксперименты показывают, что разрушение конструкций SRCFCST происходит из-за деформации арматуры вокруг стальной трубы и стальной трубы. еще не поддается на данном этапе, что приводит к меньшему влиянию на бетон изнутри, чем у заполненных бетоном стальных трубчатых конструкций.

Более того, при циклических нагрузках «пластическая деформация» в традиционном понимании составляет небольшую долю неупругой деформации бетона [21, 22].Таким образом, одно и то же определяющее соотношение может быть использовано для бетона внутри и снаружи стальной трубы при численном моделировании. В этой статье для бетона принята модель повреждаемости и пластичности, которая применяет изотропное упругое повреждение и принимает во внимание деградацию упругой жесткости, вызванную пластической деформацией при растяжении и сжатии, и восстановление жесткости при циклических нагрузках, что позволяет точно моделировать механические поведение бетона при циклическом.

При циклических нагрузках характеристики механики разрушения бетона связаны с открытием и закрытием внутренних микротрещин и их взаимодействием.Модель предполагает, что модуль упругости после повреждения может быть выражен как взаимосвязь между начальным модулем упругости и фактором повреждения, т. Е. Где — начальный модуль упругости бетона, — модуль упругости бетона после повреждения и — повреждение. коэффициент, который можно разделить на коэффициент повреждения при сжатии и коэффициент повреждения при растяжении.

Поскольку прочность бетона на растяжение намного ниже прочности на сжатие, а также имеет небольшое влияние на конструкцию, влияние коэффициента повреждения бетона при растяжении в этой статье не рассматривается.Коэффициент повреждения бетона при сжатии может быть рассчитан с помощью классической теории повреждений, и формулы расчета следующие [23]: где — начальный модуль упругости бетона при сжатии; деформация сжатия бетона; и является основной функцией бетона при одноосном сжатии.

При циклических нагрузках формула для расчета пластической деформации бетона при сжатии с учетом повреждения при сжатии выглядит следующим образом: где — пластическая деформация бетона при сжатии с учетом повреждения при сжатии.

Принята кривая зависимости напряжения от деформации при одноосном сжатии (растяжении), рекомендованная в GB50010-2010 Кодексах проектирования бетонных конструкций, которая состоит из трех частей: упругой, упрочняющей и разупрочняющейся [24].

2.2. Численная модель

2.2.1. Блок Перегородка

Полная геометрическая модель каркасного соединения колонн и железобетонных балок SRCFCST, исследованная в данной статье, показана на Рисунке 1 [19].