Проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания (стр. 3 из 6)

Уточним коэффициент с:

А_w = t_w(h - 2t_f) = 0,7×(39,2 - 2×1,05) = 25,97 см²

А_f = 0,5(А - А_w) = 0,5(61,25 - 25,97) = 17,655 см²

Þс = с₁= 1,102

Уточним нагрузку на балку.

Вес вспомогательной балки

а) нормативный m_в gL_н =48,1×9,81×10^-3×0,875 = 0,413 кН

б) расчетный m_в gL_нg_f =0,413× 1,05 = 0,434 кН

Полная нагрузка (G+Р) с учетом данных табл.3

а) нормативная 27,193 кН/м

б) расчетная 33,248 кН/м

Средняя величина коэффициента g_f = 33,248/27,193 = 1,191

Изгибающий момент от расчетной нагрузки

М_max = 3,5 × 33,765 × 3,063 - 5× 0,875 × 33,248 = 216,52 кН

Проверка прочности

R_gg_с = 1,1 × 230 = 253 МПа - недонапряжение на 3,4 %

Проверка касательных напряжений t с учетом ослабления сечения на опоре выполняется при расчете стыка с главной балкой.

Проверка прогиба балки

- проверка проходит

Проверка общей устойчивости балки

Сжатый пояс в направлении из плоскости изгиба балки раскрепляется балками настила, расстояние между которыми равно l_ef = L_н= 0,875 м

Наибольшее значение отношения l_efк ширине сжатого пояса b_f, при котором требуется проверка общей устойчивости, определяется по формуле:

- расчет на общую устойчивость балки не требуется

Высота покрытия по главным балкам

h_п = t_н + h_бн + h_в = 6 + 100 + 392 = 498 мм

Расход стали на настил, балки настила и вспомогательные балки на 1 м² балочной клетки

m_1I = r t_н + m_б/L_н + m_в/L_бн = 7850 × 0,006+ 9,5/0,875 + 48,1/2,5 = 77,2 кг/м².

2.1.3. Сравнение вариантов балочной клетки.

Расход стали на 1 м² площади балочной клетки покрытия по главным балкам:

^- по первому варианту - m₁ = 118,94 кг/м²

- по второму варианту - m_1I = 77,2 кг/м²

Вывод: по расходу стали более экономичен второй вариант. Поэтому к дальнейшему проектированию принимаем второй вариант усложненной балочной клетки. Тип сопряжение вспомогательной и главной балок определится после расчета высоты главной балки.

2.2. Проектирование составной сварной главной балки.

Разрезная балка загружена сосредоточенными нагрузками. Нагрузки на балку передаются в местах опирания на нее вспомогательных балок. Сосредоточенные силы подсчитываются по грузовой площади:

А_гр = L_в L_бн = 7× 2,5 = 17,5 м²

Сбор нагрузки на главную балку

Таблица 5

Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	gf	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Временная нагрузкаР = Рн× Агр = 12 × 17,5	210,0	1,2	252
2	Собственный вес настила и балокGбн = mgAгр=77,2×9,81×10-3 ×17,5	13,25	1,05	13,91
3	Собственный вес главной балки (3% от временной нагрузки)Gтр=0,02×210	6,3	1,05	6,615
Итого G+Р	229,55	272,525

Коэффициент

2.2.1. Подбор сечения главной балки

Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок (рис. 9).

Расчетный изгибающий момент

М_max = 9(G+P)L_бн - 4,5(G+P)L_бн = 4,5(G+P)L_бн = 4,5×272,525×2,5 = 3065,91 кН×м

Для принятой толщины листов полок t_f ≤ 20 мм расчетное сопротивление стали С375 равно R_у =345 МПа. Коэффициент условия работы g_с =1. В первом приближении с₁ = 1,1.

Требуемый момент сопротивления:

Высоту сечения балки h предварительно определим по соотношению между h_оптW, h_опт,f и h_min, где h_оптW - оптимальная высота сечения из условия прочности; h_опт,f - оптимальная высота сечения из условия жесткости; h_min - оптимальная высота сечения из условия минимальной жесткости, при обеспечении прочности.

1) оптимальная высота балки из условия прочности:

,

где

- отношения высоты балки к толщине стенки в пределах k_W = 125…140. Принимаем k_W = 130.

2) оптимальная высота балки из условия жесткости:

,

где

, n₀ = 231,94 - для пролета L = 17,5 м

3) высота балки из условия минимальной жесткости при обеспечении прочности:

Выбор высоты балки

Т.к. h_min< h_оптW<h_опт,f , принимаем h = h_оптW

Высота главной балки должна соответствовать наибольшей строительной высоте перекрытия согласно заданию:

h ≤ h_{c max} - t_н,

где t_н - толщина настила.

Наибольшая строительная высота перекрытия определяется разностью отметок верха настила и габарита помещения под перекрытием:

h_{c max} = 8,4 - 6,6 = 1,8 м

Т.к. h = 1199 см<h_{c max} - t_н = 1800 - 6 = 1794 мм -оставляем выбранную высоту h = 1199 см.

Принимаем толстолистовую сталь шириной 1250 мм. С учетом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм h_W= 1250 -10 = 1240 мм.

По коэффициенту k_W = 130 определяем толщину стенки: t_W = h_W /k_W = 1240/130 = 9, 5 мм. Принимаем t_W =10 мм. Толщину полок назначим равной t_f=18≤ 3 t_W = 30 мм.

Полная высота балки:

h = h_W + 2 t_f = 1240 + 2×18 = 1276 мм

Момент инерции стенки:

Требуемый момент инерции полок:

J_тр = J_{тр max} - J_W,

где J_трmax определим по двум значениям из условий

а) прочности J_тр = 0,5W_тр h = 0,5×8848,2×127,6 = 564512,2 см⁴

б) жесткости J_тр = 530132 см⁴

J_тр = 564515,2 - 158885 = 405630,2 см⁴

Требуемая площадь сечения полки:

Толщина стенки из условия обеспечения ее местной устойчивости:

В расчете было принято 1,8 см, что больше t_f = 1,42 см.

Ширину полки назначаем из условия

или b_f = 427 …256 мм. Принимаем b_f =360 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту. Уточним собственный вес балки по принятым размерам.

Площадь поперечного сечения:

А = 2А_f + А_W= 2× 1,8 × 36 + 1,0×124 = 253,6 см²

Вес погонного метра балки:

g_г = g_S Аy = 77 × 0,02536×1,03 = 2,01 кН/м,

где g_S= 77 кН/м - удельный вес стали;

y = 1,03 - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер жесткости и сварных швов.

Вес главной балки на участке между вспомогательными балками:

G_г = g_гL_бн = 2,01 × 2,5 = 5,025 кН

Уточним нагрузки на балку, полученные в табл.5.

Нормативная Р_n + G_n = 210,0 + 13,25 + 5,025 = 228,275 кН

Расчетная Р + G = 252 + 13,9 + 5,33 = 271,23 кН

Уточним усилия. Изгибающие моменты от нормативных и расчетных нагрузок

Мⁿ_max = 4,5(G_n+P_n)L_бн = 4,5×228,275×2,5 = 2568,09 кН×м

М_max = 4,5(G+P)L_бн = 4,5×271,23×2,5 = 3051,4 кН×м

Перерезывающая сила на опоре

Q_max = 3(G+P)= 3×271,23 = 813,69 кН

Геометрические характеристики сечения балки

Момент инерции