Балочная клетка

    Окончательно  принимаем вариант №2 за рабочий. Поскольку данный вариант обеспечивает запас по прогибу в пределах 5%.

    Нормативная величина прогиба составляет

    

.

    Изгибающий  момент, действующий в сечении  балки настила:

    

.

     ;      (1.11)

    

. 

    Требуемый момент сопротивления балки:

    

.

    Исходя  из требуемой величины по сортаменту прокатных балок двутавровых принимаем двутавр №50 с Геометрические характеристики сечения (см. Рисунок 1.4 ).

Рисунок 1.4 – Геометрические параметры балки настила

    Проверка  несущей способности, жесткости и общей  устойчивости балок  перекрытия балочной клетки.

    Проверку  на прочность ведем по нормальным и касательным напряжениям:

     ;    (1.12)

     ;    (1.13)

    где – расчетное сопротивление сдвигу стали,

     ,     (1.14)

    где – предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; для стали марки принимаем равным по [4],

      – коэффициент надёжности по материалу проката, принимаем равным 1,025 по [4].

;

;

;

;

    Проверку  общей устойчивости балки настила  не проводим, поскольку она обеспечена настилом, опертым на ее сжатый пояс.

    Определим силу распора  :   ;     (1.15)

      – предельный прогиб, устанавливаемый нормами, для настила равен 1/150.

    

    Принимаем полуавтоматическую сварку в нижнем положении проволокой СВ-08А.

    Расчётное значение катета шва, прикрепляющего настил к балкам, определяем по следующим формулам:

    по  металлу шва:         (1.16)

 
по металлу границы сплавления:      (1.17)

    где l_w – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

    β_f=0,7 и β_z=1,0 – коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см²) по [1];

    γ_wf и γ_wz – коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3.

    R_wf и R_wz – расчётные сопротивления сварных соединений угловых швов при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления [4]:

       

.

    где R_wun – нормативное сопротивление металла шва, принимаем равным 410 МПа по [4];

      – коэффициент надежности по материалу шва, следует принимать равными 1,25 при значениях R_wun не более 490 МПа (5000 кгс/см²);

    

,

    где R_un – временное сопротивление стали разрыву, принимаемое по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; для стали марки принимаем равным 370 МПа по [4];

    Вычислим  расчётное значение катета шва:

    по  металлу шва:   

    по  металлу границы сплавления: 

    Так как по [4] минимальный катет шва для полуавтоматической сварки мм, то окончательно принимаем мм.

2. Расчёт  и конструирование  главной балки  составного сечения

1. Компоновка  и подбор сечения  составной балки

    Главную балку принимаем переменного  по длине сечения и рассчитываем без учета пластических деформаций. Схема к определению нагрузки, действующей на главную балку (Рисунок 2.1).

    

Рисунок 2.1 – Схема к определению нагрузки на главную балку

    Определим нагрузки, действующие на главную  балку.

    Расчетная нагрузка:

       (2.1)

    где – собственный вес главной балки, принимаем равным 2 % нагрузки, приходящейся на балку, Н/м,

      – вес 1м балки настила,  кН/м.

    

;

    Нормативная нагрузка:

     ;  (2.2)

    

;

    Определим максимальный изгибающий момент в середине пролета (Рисунок 2.2):

     ;      (2.3)

    Определим поперечную силу на опоре.

     ;       (2.4)

.

    Требуемый момент сопротивления составит:

; 

    

Рисунок 2.2 – Расчётная схема и усилия в главной балке

    Компоновку  составного сечения начинаем с установления высоты балки. Предварительно задаемся высотой балки  :

    

;

    Для балок высотой 1–2 м рациональное значение толщины стенки предварительно определим по эмпирической формуле:

     ;       (2.5)

    

; 

    Из  условия экономичности, характеризующейся  наименьшим расходом стали, вычисляем  оптимальную высоту балки  :

     ;      (2.6)

    где – коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 1,1 [1].

    

;

    Из  условия обеспечения жесткости  определяем минимальную высоту балки:

     ;      (2.7)

    где – предельный прогиб, устанавливаемый нормами, для главных балок настила равен 1/400.

    

;

    Окончательно  назначаем высоту балки равной .

    Определяем  минимальную толщину стенки из условия работы на срез

     ;       (2.8)

    где – при работе на срез без учета поясов.

    

;

    Местная устойчивость стенки балки без дополнительного  укрепления ее продольным ребром будет обеспечена, если выполняется условие:

     ;       (2.9)

    

;

    Окончательно  назначаем толщину стенки . Местная устойчивость стенки при этом обеспечена.

    Размеры горизонтальных поясных листов балки  находим исходя из необходимой несущей  способности балки. Требуемый момент инерции сечения балки:

     ;       (2.10)

    

;

    Предварительно  назначим толщину поясных листов . Высота стенки балки при этом .

    Момент  инерции стенки: 

    Момент  инерции поясных листов балки  относительно ее нейтральной оси:

    

.

    Требуемая площадь сечения поясов балки:

     ;      (2.11)

    где – расстояния между центрами полок,

    

    

    Ширина полки двутавра:

    

    Окончательно  принимаем  .

    

;

    Принимаем пояса из листа  (Рисунок 2.3) .

    

Рисунок 2.3 – Поперечное сечение главной балки

2. Изменение сечения балки  по длине

    Уменьшаем сечение поясов главной балки  на расстоянии от опоры (Рисунок 2.4).

    Определяем расчетные усилия в измененном сечении:

    

    Для сварки используем стыковой шов. Принимаем стыковую полуавтоматическую сварку с визуальным контролем качества и расчетным сопротивлением