книги / Проектирование стальных балочных клеток

Ширину участков ср определяем по формуле

Ширина расчетного сечения:

bр = 2ср + tр = 2 · 15,23 + 0,8 = 31,26 см < ар = 60 см.

Если получаем bр > ар , то в дальнейших расчетах принимаем bр = ар. Для проверки принятого сечения определяем его геометрические харак-

теристики, при этом находим положение центра тяжести сечения. Геометрические характеристики расчетного сечения:

Жесткость настила обеспечена.

71

При невыполнении какой-либо проверки необходимо изменить толщину настила и сечения ребер и провести проверки прочности и жесткости для нового сечения. При выполнении проверок со значительными запасами в целях экономии металла рекомендуется пересмотреть принятые размеры настила и ребер в меньшую сторону.

Сварные швы, прикрепляющие настил к балкам настила, рассчитываем на силу Н. Силу Н, растягивающую настил, определяем по формуле

где γсрf – средний коэффициент надежности по нагрузке, γсрf = qн / qнn =

= 40,924 / 33,785 = 1,21.

Настил приваривается к балкам настила внахлестку угловыми сварными швами. Сварка – ручная, тип электрода – Э42 [2, табл. Г.1]. Для определения опасного сечения сварного шва сравниваем следующие значения:

Rwf βf = 18 · 0,7 = 12,6 кН/см2 < Rwz βz = 16,65 · 1 = 16,65 кН/см2,

где βf и βz – коэффициенты для расчета углового шва, βf = 0,7 и βz = 1 [2, табл. 39]; Rwf – расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва, Rwf = 18 кН/см2 [2, табл. Г.2]; Rwz – расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу границы сплавления, Rwz = 0,45Run = 0,45 · 37 = 16,65 кН/см2 [2, табл. 4], здесь Run – нормативное временное сопротивление, Run = = 37 кН/см2, определяемое по [2, табл. В.3] для стали С245 при tн = 8 мм.

Так как Rwf βf = 12,6 кН/см2 < Rwz βz = 16,65 кН/см2, то расчет ведем по металлу шва.

Определяем требуемый катет сварного шва по металлу шва:

Минимально допустимый катет шва, определяемый по [2, табл. 38] для нахлесточного соединения, k minf = 6 мм в случае приварки настила толщиной

8 мм к полке толщиной 11,5 мм двутавра, принятого в качестве балок настила по результатам расчета в п. 4.

Окончательно принимаем kf = 6 мм.

4.РАСЧЕТ БАЛКИ НАСТИЛА Б4

4.1.Статический расчет балки настила Б4

Расчетная схема балки настила Б4 представлена на рис. П5.7. Сбор нагрузок на балку настила проводим в табличной форме (табл. П5.3)

72

с учетом фактического собственного веса рассчитанного выше стального настила. Приведенную толщину настила определяем по формуле

tпр = tн + (tр hр / ар) = 0,8 + (0,8 · 8 / 60) = 0,907 см.

Нормативная нагрузка от собственного веса балки настила в первом приближении принимается следующей: qсб/ = 0,3…0,5 кН/м2. Коэффициент

надежности по нагрузке для собственного веса металлических конструкций

γf = 1,05 [1, табл. 7.1]. Плотность стали γs = 78,5 кН/м3 [2, табл. Б.1].

Таблица П5.3

Нагрузка на балку настила Б4

Погонная нормативная нагрузка на балку:

qбn/ qбn/ а = 34,112 · 1,2 = 40,935 кН/м.

Погонная расчетная нагрузка на балку:

qб/ qб/ а = 41,268 · 1,2 = 49,522 кН/м.

Максимальные расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы для разрезной балки с равномерно распределенной нагрузкой определяем по формулам:

73

4.2. Конструктивный расчет балки настила Б4

Подбираем сечение балки настила из стали С255 (см. табл. П5.1). Так как расчет балок настила ведем с учетом развития пластических деформаций [2, п. 8.2.3], то требуемый момент сопротивления сечения определяем по формуле

где сх – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, сх = 1,12, определяемый в первом приближении по [2, табл. Е.1] для двутаврового сечения при отношении Аf / Аw = 0,5; Rу – расчетное сопротивление

стали по пределу текучести, Rу = 24 кН/см2, принимаемое по [2, табл. В.4] для стали балки настила С255 при толщине фасонного проката

tf = 10…20 мм; γс – коэффициент условий работы, γс = 1 [2, табл. 1].

Расчет балки настила выполняем в двух вариантах (количество вариантов и типы подбираемых двутавров уточняются преподавателем):

1)балку настила проектируем из двутавра с параллельными гранями полок типа Б (нормальный тип) по ГОСТ Р 57837-2017;

2)балку настила проектируем из двутавра с параллельными гранями полок типа Ш (широкополочный двутавр) по ГОСТ Р 57837-2017.

Вариант 1

По требуемому моменту сопротивления Wxтр = 530,62 см3 по сортаменту

(прил. 3) принимаем двутавр I 30Б3 по ГОСТ Р 57837-2017. Из сортамента выписываем геометрические характеристики подобранного сечения и собственный вес балки (рис. П5.8, а):

Wх = 606,9 см3; Iх = 9254,92 см4; А = 58,74 см2; h = 30,5 см;

bf = 15,1 см; tf = 11,5 мм; tw = 8,0 мм; qсбn = 0,461 кН/м.

Для проведения проверок несущей способности балки уточняем нагрузки и усилия на балку настила с учетом ее фактического собственного веса.

Фактическая нормативная погонная нагрузка:

qбn = qбn/ + ( qсбn – qсбn/ а) = 40,935 + (0,461 – 0,4 · 1,2) = 40,916 кН/м.

Фактическая расчетная погонная нагрузка:

qб = qб/ + γf ( qсбn – qсбn/ а) = 49,522 + 1,05 · (0,461 – 0,4 · 1,2) = 49,502 кН/м.

Фактические расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы:

По [2, табл. Е.1] уточняем интерполяцией коэффициент сх = 1,142 при фактическом отношении площади полки к площади стенке:

Жесткость балки обеспечена. При невыполнении данной проверки необходимо увеличить сечение балки и провести проверку жесткости для нового сечения.

Общую устойчивость балки настила согласно [2, п. 8.4.4, а] проверять не требуется, поскольку она обеспечена сплошным жестким настилом, непрерывно опирающимся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанным сварными швами.

Проверки местной устойчивости стенки и сжатого пояса прокатной балки настила не требуются, так как они обеспечены их толщинами, принятыми из условий проката.

76

Вариант 2

По требуемому моменту сопротивления Wxтр = 530,62 см3 по сортаменту

(прил. 3) принимаем двутавр I 25Ш2 по ГОСТ Р 57837-2017. Из сортамента выписываем геометрические характеристики подобранного сечения и собственный вес балки (рис. П5.8, б):

Wх = 612,4 см3; Iх = 7624,69 см4; А = 68,59 см2; h = 24,9 см;

bf = 17,6 см; tf = 13,5 мм; tw = 8,5 мм; qсбn = 0,538 кН/м.

Уточняем нагрузки и усилия на балку настила с учетом ее фактического собственного веса. Фактическая нормативная погонная нагрузка:

qбn = qбn/ + ( qсбn – qсбn/ а) = 40,935 + (0,538 – 0,4 · 1,2) = 40,993 кН/м.

Фактическая расчетная погонная нагрузка:

qб = qб/ + γf ( qсбn – qсбn/ а) = 49,522 + 1,05 · (0,538 – 0,4 · 1,2) = 49,583 кН/м.

Фактические расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы:

По [2, табл. Е.1] уточняем интерполяцией коэффициент сх = 1,066 при фактическом отношении площади полки к площади стенке, равном

Прочность по нормальным напряжениям обеспечена с запасом 8 %. Проверка прочности балки по касательным напряжениям:

τ Qmax 119 = 5,65 кН/см2 < Rsγс = 13,92 кН/см2. Аw 21,07

Проверку жесткости балки выполняем на нормативную нагрузку:

Указания для проверок общей и местной устойчивости рассмотрены в первом варианте расчета балки настила.

Сравниваем подобранные сечения балок настила по массе: вариант 1 – масса двутавра I 30Б3 равна 46,1 кг/м; вариант 2 – масса двутавра I 25Ш2

77

равна 53,8 кг/м. По расходу стали наиболее экономичным является первый вариант сечения балки, поэтому окончательно для балок настила принимаем двутавр типа Б (нормального типа) I30Б3 по ГОСТ Р 57837-2017.

5.РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ Б2

5.1.Статический расчет главной балки Г2

Главная балка Г2 по расчетной схеме является однопролетной шарнирно опертой балкой, загруженной опорными реакциями от опирающихся на нее с двух сторон балок настила (рис. П5.9, а) и собственным весом в виде равномерно распределенной нагрузки. Равномерное и частое расположение балок настила на главной балке позволяет перейти от действительной схемы балки к условной схеме, когда опорные реакции заменяются эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой, определенной с соответствующей грузовой площади (рис. П5.9, б). Сбор нагрузок на главную балку выполняем в табличной форме (табл. П5.4) с учетом фактического собственного веса рассчитанного выше настила и балки настила Б2. Нормативную нагрузку от собственного веса главной балки принимаем 2 % от действующей на нее нагрузки.

Таблица П5.4

Нагрузка на главную балку Г2

78

Погонная нормативная нагрузка на главную балку:

qгбn qгбn l = 34,92 · 4,8 = 167,62 кН/м.

Погонная расчетная нагрузка:

qгб qгбl = 42,117 · 4,8 = 202,162 кН/м.

Максимальные расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы для главной балки:

5.2. Конструктивный расчет главной балки Г2

По исходным данным на проектирование (см. табл. П5.1) главная балка бистальная – сталь поясов С355, сталь стенки С255 по ГОСТ 27772–2021.

Требуемый момент сопротивления главной балки:

балки С355 при толщине листового проката tf = 16…40 мм; γс – коэффици-

ент условий работы, γс = 1 [2, табл. 1].

Определяем минимальную высоту стенки балки из условия жесткости:

интерполяцией по [1, табл. Д.1] в зависимости от пролета главной балки: при