Проектирование металлической балочной клетки

Уточняем изгибающий момент и поперечную силу:

По табл. 66 интерполяцией находим коэффициент сх.

сх=

Уточняем расчетное сопротивление, определенное по пределу текучести, с учетом толщины полки:

При tf = 10,2 мм Ry = 34 кН/см2

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости балки (по нормативным нагрузкам).

Уточняем нормативную нагрузку, действующую на балку, с учетом фактической массы балки.

Прогиб балки:

Жесткость балки обеспечена.

Проверяем общую устойчивость балки.

По пункту 5.16*а) устойчивость балки не требуется проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный. Настил жесткий, приваривается к сжатому поясу балки настила, следовательно проверка общей устойчивости не требуется.

Проверка подобранного сечения

Вариант 2: двутавр балочный с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83. I№30Б1

Расчетная погонная нагрузка на балку:

Уточняем изгибающий момент и поперечную силу:

По табл. 66 интерполяцией находим коэффициент сх.

сх=

Уточняем расчетное сопротивление, определенное по пределу текучести, с учетом толщины полки:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости балки (по нормативным нагрузкам).

Уточняем нормативную нагрузку, действующую на балку, с учетом фактической массы балки.

Прогиб балки:

Жесткость балки обеспечена.

Проверяем общую устойчивость балки.

По пункту 5.16*а) устойчивость балки не требуется проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный. Настил жесткий, приваривается к сжатому поясу балки настила, следовательно проверка общей устойчивости не требуется.

Вариант 3: двутавр широкополочный с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83. I№26Ш1.

Расчетная погонная нагрузка на балку:

Уточняем изгибающий момент и поперечную силу:

По табл. 66 интерполяцией находим коэффициент сх.

сх=

Уточняем расчетное сопротивление, определенное по пределу текучести, с учетом толщины полки:

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости балки (по нормативным нагрузкам).

Уточняем нормативную нагрузку, действующую на балку, с учетом фактической массы балки.

Прогиб балки:

Жесткость балки обеспечена.

Проверяем общую устойчивость балки.

По пункту 5.16*а) устойчивость балки не требуется проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный. Настил жесткий, приваривается к сжатому поясу балки настила, следовательно проверка общей устойчивости не требуется.

Сравнение балок настила.

Таблица 3.2

Наименее металлоемким является двутавр №30Б1 с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83. принимаем его для дальнейших расчетов.

4. РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

4.1 Сбор нагрузок на главную балку

Главную балку выполняют составного сечения в виде сварного симметричного двутавра, состоящего из двух поясов (верхнего и нижнего), объединенных тонкой стенкой. По расчетной схеме главная балка является однопролетной с шарнирным опиранием на колонны. Нагрузка на балку передается от балок настила в виде сосредоточенных сил. По правилу строительной механики система сосредоточенных сил в количестве более 6 заменяется равномерно распределенной нагрузкой, собранной с грузовой площади главной балки. Собственный вес главной балки на стадии предварительного расчета принимается равным 1%…2% суммарной нагрузки, действующей на балку.

Рисунок 4.1 Схема определения грузовой площади балки Г1

Нагрузка на главную балку

Таблица 4.1

Суммарное значение нормативной нагрузки на балку:

==(0,872+0,206+0,22+0,95*8+0,9*17)*0,95=22,99 кН/м2

Погонная нормативная нагрузка на главную балку:

 кН/м.

Суммарное значение расчетной нагрузки на балку настила:

==(0,916+0,216+0,548+0,95*8,8+0,9*22,1) *0,95 =28,43 кн/м2

Погонная расчетная нагрузка:

Рисунок 4.2 Расчетная схема главной балки

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

4.2 Конструктивный расчет

Главная балка бистальная: сталь поясов – С255; сталь стенки - С245.

По табл. 51 для стали С255 по ГОСТ 27772-88 для листового профиля при толщине Þ.

По табл. 6

Минимальная высота балки:

Примем с учетом сортамента листового проката tw=10 мм.

Из условия экономичности оптимальная высота балки:

Примем hef =1000мм

Принимаю tf = 20мм, bf =300мм. По ГОСТ 82-70*

Рисунок 4.3 Поперечное сечение главной балки

Проверка подобранного сечения.

Находим геометрические характеристики.

Расчет геометрических характеристик сечения по программе «Конструктор сечений»

Корректировка нагрузки с учетом фактического значения собственного веса главной балки

Суммарное значение нормативной нагрузки на балку:

==(0,872+0,206+78,5*220*10-4/5,2+ 0,95*8+ 0,9*17)*0,95=23,09 кн/м2

Погонная нормативная нагрузка на главную балку:

 кН/м.

Суммарное значение расчетной нагрузки на балку настила:

==(0,916+0,216+78,5*220*10-4*1,05/6 + +0,95*8,8+0,9*22,1)*0,95=28,20 кн/м2

Погонная расчетная нагрузка:

Корректировка внутренних усилий

Максимальный изгибающий момент:

Максимальная поперечная сила:

Проверка прочности.

Уточняем расчетное сопротивление Ryf при tf =20мм для стали полки С255:

т.51Þ Ryf =24 кН/см2

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка жесткости.

Коэффициент a учитывает изменение сечения по длине балки.

Примем a=0.85

Жесткость балки обеспечена

4.3 Изменение сечения главной балки

Выполним изменение сечения главной балки за счет ширины поясных листов. Рационально выполнить изменение сечения на расстоянии  При этом учитываем, что место примыкания ребра не должно совпадать с местом изменения сечения.  Принимаем х=1.5м

В измененном сечении находим:

Рис. 4.4 расчетная схема главной балки

Подбор сечения.

Рис 4.5 Изменение сечения главной балки: а – верхний пояс балки, б – эпюра материала

Проверка подобранного сечения.

Проверка прочности по нормальным напряжениям.

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена.

Проверка прочности по касательным напряжениям.

Прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Проверка приведенных напряжений на уровне поясных швов.

Найдем нормальные напряжения на уровне поясных швов.

Выполним стык верхнего пояса прямым швом, а нижнего – косым, равнопрочным основному металлу.

Проверка прочности по касательным напряжениям на опоре для измененного сечения.

Проверка общей устойчивости балки.

Проверка общей устойчивости не требуется, если:

Общая устойчивость обеспечена.

4.4 Расчет соединения поясов со стенкой

Расчет сварного шва, соединяющего пояс со стенкой, производим на действие сдвигающей силы Т.

Поясные швы выполняются непрерывными двухсторонними с помощью автоматической сварки под флюсом.

т.55®Флюс АН-348А, сварочная проволока СВ-08А (диаметр проволки d=3…5мм) по ГОСТ 2246-70*, тип электрода Э42, Э42А.

n=2,

т.34®bf=1.1, bz=1.15 при d=3…5мм

т.56®Rwf=18.5 кН/см2

Rwz=0.45Runw=0.45×38=17.1 кН/см2

т.51®Runw=38 кН/см2 при tw=2…20

Минимально допустимый катет шва определяем по [1, табл. 38] для таврового соединения с двусторонними угловыми швами при толщине более толстого из свариваемых элементов tf=20мм. Минимальный катет шва равен kf=6мм.

Окончательно принимаем катет поясных сварных швов kf=6мм. (см. рис. 4.7 )

4.5 Проверки местной устойчивости элементов главной балки

Проверка местной устойчивости сжатого пояса балки

По расчетной схеме сжатый пояс балки представляет собой длинную пластинку, шарнирно опертую на стенку длинной стороной. Сжимающие напряжения направлены вдоль длинной стороны. Местная устойчивость полки обеспечена если:

где  - свес полки;

Местная устойчивость полки главной балки обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки

Стенка балки представляет собой длинную пластинку, упруго защемленную в поясах. В различных сечениях балки под действием внешней нагрузки возникают нормальные, касательные и местные напряжения (), которые могут быть причиной потери местной устойчивости стенки.

Исходные данные для расчета:

Так как , местная устойчивость стенки не обеспечена. Требуется постановка поперечных ребер жесткости. Поперечные ребра жесткости располагаются в узлах сопряжения балок настила с главными балками и делят стенку на отдельные отсеки. Ширину отсека №1 принимаем 500 мм, отсеки № 2,№ 3 и № 4, расположенные в зоне действия наибольших изгибающих моментов, назначают равными а = 1600. Расчетные сечения при этом совпадают с центром зоны действия  или с серединой наиболее напряженного участка, если = 0

Рис 4.6 Проверка местной устойчивости стенки главной балки Г2: а – расчётная схема балки, б – расположение расчетных отсеков, в – эпюра изгибающих моментов, г – эпюра поперечных сил

Проверка местной устойчивости стенки 1-ого отсека.

Момент и поперечную силу для 1-ого отсека определяем по его середине х1= hef/0,5 = 1/0,5=0.25 м

Нормальное сжимающее напряжение в отсеке у верхней границы стенки

где Wx = 5604,59 – момент сопротивления в измененном сечении, принимаемый при проверке 1-ого отсека, т.к. x1=0.25м<x=1.5м.

Среднее касательное напряжение в отсеке

Критическое нормальное напряжение при отсутствии местного напряжения в отсеке

Где ccr=31,95 – коэффициент, определяемый интерполяцией по [табл.21/1] в зависимости от значения коэффициента δ

где β=0,8 – коэффициент, принимаемый по [табл.22/1], b/f=200 мм – ширина пояса в измененном сечении, принимаемая при проверке 1-ого отсека, т.к. x1=0.25м<1,5м.

Критическое касательное напряжение

где μ=1/0,5=2 – отношение большей стороны отсека к меньшей

где d – меньшая из сторон отсека

Проверяем местную устойчивость стенки 1-го отсека

Местная устойчивость стенки 1-го отсека обеспечена.

Таким же образом проверяем местную устойчивость стенок 2,3,4-го отсека, результаты заносим в табл. 4.2

Табл. 4.2

Страницы: 1, 2, 3