Расчет и конструирование балочной клетки (стр. 2 из 7)
Максимальный изгибающий момент равен
Максимальная поперечная сила
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки равен
По сортаменту прокатных профилей (СТО АСЧМ 20-93) выбираем двутавр № 18 со следующими геометрическими характеристиками:
Wx=143 см3;
Ix=1290 см4;
Sx=81.4 см3;
Р=18.4 кг/м;
d=0.51 см;
b=9 см;
h=18 см.
Значения касательных напряжений в сечении изгибаемого элемента должны удовлетворять условию
Условие выполняется, следовательно опорные сечения балок настила удовлетворяют условию прочности по касательным напряжениям.
Расчет по 2 группе предельных состояний для изгибаемых элементов заключается в определении вертикального относительного прогиба и сравнение его с нормируемым.
Относительный прогиб однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой
По таблице 19 СНиП 2.01.07-85* в зависимости от пролета определяем нормируемый прогиб. Для пролета l=3м
Условие выполняется, то есть сечение балки настила удовлетворяет требованиям жесткости.
Расчет вспомогательной балки.
Рис. 4
Временная нагрузка задана
Нагрузка от собственного веса железобетонного настила составит
Нагрузка от балок настила
где А – шаг колонн в продольном направлении;
В – шаг колонн в поперечном направлении;
Р – нагрузка от 1 м балки настила.
Выделяем грузовую площадь на 1 вспомогательную балку (рис. 3).
Нормативное значение нагрузки, действующей на балку настила
Расчетное значение нагрузки, действующей на балку настила
Где
- коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций (СНиП 2.01.07-85*).Максимальный изгибающий момент равен
Максимальная поперечная сила
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки равен
По сортаменту прокатных профилей (СТО АСЧМ 20-93) выбираем двутавр № 50 со следующими геометрическими характеристиками
Wx=1598 см3;
Ix=39727 см4;
Sx=919 см3;
Р=78.5 кг/м;
d=1 см;
b=17 см;
h=50 см.
Значения касательных напряжений в сечении изгибаемого элемента должны удовлетворять условию
Условие выполняется, следовательно опорные сечения балок настила удовлетворяют условию прочности по касательным напряжениям.
Расчет по 2 группе предельных состояний для изгибаемых элементов заключается в определении вертикального относительного прогиба и сравнение его с нормируемым.
Относительный прогиб однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой
По таблице 19 СНиП 2.01.07-85* в зависимости от пролета определяем нормируемый прогиб. Для пролета l=8м
Условие выполняется, то есть сечение балки настила удовлетворяет требованиям жесткости.
Подсчитаем расход и стоимость материалов при третьем варианте компоновки балочной клетки.
Расход металла на 1 м2
Где Р1 и Р2 – вес 1 метра профиля балки настила и вспомогательной балки.
Расход железобетона 1 м2∙0.1 м=0.1 м3.
Стоимость 1 м2 настила: С=0.0377 т∙10000 р+0.1 м3∙1000=477 р.
Таким образом наиболее экономичным является 1 вариант компоновки балочной клетки.
2. Расчет и конструирование главной балки
Балки настила опираются на главные балки равномерно с шагом 2 метра, пролет главных балок составляет 18 м. Таким образом, на главную балку будут действовать 9 сосредоточенных сил, примем их как равномерно распределенную нагрузку.
Рис. 5
Нагрузка, действующая на главную балку будет включать в себя:
· Полезную нагрузку;
· Собственный вес настила;
· Собственный вес балок настила;
· Собственный вес главной балки (1-2 % от нагрузки на нее).
Нагрузка от балок настила
Вес главной балки
Нормативное значение нагрузки, действующей на главную балку
Расчетное значение нагрузки, действующей на главную балку
Максимальный изгибающий момент равен
Максимальная поперечная сила
Внутренние усилия, возникающие в главной балке настолько значительны, что использование прокатных профилей исключено. Поэтому главная балка проектируется составной. Как правило, составные балки проектируются сварными, а их сечение напоминает сечение прокатных двутавров: один вертикальный лист стали образует стенку двутавра, два горизонтальных листа образуют его полки.
2.1 Определение размеров сечения
Главная балка проектируется переменного по длине сечения. Определяющим в компоновке сечения главной балки является подбор размеров стенки балки – высоты и толщины. Высота главной балки, основную часть которой составляет высота стенки, определяется по экономическим соображениям, жесткости балки и допустимой строительной высоте конструкции перекрытия. Каждый из перечисленных факторов определяет оптимальное, минимальное и максимальное значение высоты балки. Толщина стенки балки также определяется несколькими факторами и соответственно имеет несколько значений – минимальное и, принимаемое из условия работы главной балки на касательные напряжения, и рациональное, принимаемое из экономических соображений. Минимальная высота стенки главной балки определяется из условия жесткости балки с использованием формулы, связующей момент сопротивления сечения W и момент инерции I
Где y – расстояние от нейтральной оси сечения до крайнего волокна.
Поскольку определяется минимальное значение высоты, используется минимальное значение y
где
- минимальный требуемый момент инерции всего сечения главной балки;Wn, min – минимальный требуемый момент сопротивления всего сечения главной балки.
Минимальный момент сопротивления сечения главной балки определяется из условия прочности изгибаемых элементов в соответствии с требованиями п. 5.12 СНиП ∥-23-81* «Стальные конструкции»
Минимальный момент инерции сечения главной балки определяется из условия жесткости в соответствии с требованием обеспечения допустимого относительного прогиба балки, который для главных балок рабочих площадок производственных зданий при отсутствии крановых путей составляет:
(Беленя Е.И. Металлические конструкции, табл. 3.3). 
Минимальное значение высоты главной балки
Оптимальная высота стенки балки определяется, исходя из соображений минимизации массы балки. Формула для определения высоты стенки главной балки при минимуме массы балки имеет следующий вид
где К – коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки, для сварных балок К=1.15;
Предварительно определяем высоту стенки
– толщина стенки, ориентировочно принимаем 
.