Материал главной балки - сталь С235 R_y = 230 МПа = 23 кН/см²

R_ср = 13,5 кН/см²

R_см = 35,4 кН/см²

Вес настила и балок настила

q₁ⁿ = 1,11 кН/м²

Придельный прогиб [f/l] = 1/400 = 0,0025

Шаг главных балок - 800 см

Пролет главной балки 15 м = 1500 см

Максимально возможная строительная высота перекрытия

H = 9,2 - 7,8 = 1,4 м = 140 см

Производим расчет на равномерно распределенную нагрузку эквивалентную сосредоточенным грузам.

Нормативная погонная нагрузка на главную балку

qⁿ = (q₀ⁿ+q₁ⁿ)?l

qⁿ =(15+1,11) ?8=128,88 кН/м

Расчетная погонная нагрузка на главную балку

qⁿ = (г_fqq₀ⁿ+г_fq1q₁ⁿ)?l

qⁿ =(1,2?15+1,05?1,11) ?8=153,324 кН/м

Расчетный изгибающий момент главной балки

Расчетная поперечная сила

Находим требуемый момент сопротивления сечения балки первоначально принимая с₁=с=1,1 (с учетом упругопластических деформаций)

Сечение балки принимаем в виде сварного двутавра.

1) Определим высоту сечения балки.

Минимальная высота балки

(7)

Оптимальная высота

(8),

где

t_w - Толщину стенки находим задавшись соотношением h/10=150 см, по приближенной формуле находим

t_w=7+3h/1000=7+3?1500/1000=11,5 мм > принимаем t_w = 12 мм

Принимаем высоту сечения балки согласно сортамента h=140 см.

Из условия работы на срез толщину стенки определим по формуле

(9)

Чтобы не принимать продольных ребер:

Сравнивая полученные величины принимаем t_w = 10 мм, т.к. она отвечает условию прочности на действие перерезывающей силы и не требует укрепления стенки продольными ребрами жесткости.

2) Размеры горизонтальных поясных листов определим исходя из несущей способности балки

Требуемый момент инерции сечения балки

Находим момент инерции балки, принимая толщину поясов 2,5 см

Требуемая площадь сечения поясов балки

Моментом инерции поясов относительно их собственной оси пренебрегаем.

Принимаем по ГОСТу пояса из универсальной стали 450?25 мм, для которых отношение b_n/h=450/1400=0,32 - находится в приделах 0,2 - 0,5, обеспечивающих общую устойчивость.

Вес погонного метра балки

q = A?г = (2?0,45?0,025+1,35?0,01)?78,5 = 2,826 кН/м

3) Уточним нагрузки с учетом собственного веса балки

Расчетная погонная нагрузка

q₁ = 153,324+1,05?2,826 = 156,2913 кН/м

Уточним ранее принятый коэффициент упругопластической работы с₁

, то таблице 6 получим с₁ = 1,087

Проверяем принятую ширину (свес) поясов исходя из их местной устойчивости

Проверяем подобранное сечение по прочности.

Момент инерции и момент сопротивления подобранного сечения

Наибольшее нормальное напряжение в балке

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и имеет недонапряжение 1,02%. Проверку прогиба производить не надо, так как принятая высота сечения балки больше минимальной.

4) В целях экономии стали изменим сечение полки на участке от опоры до 1/6 пролета.

Расчетный изгибающий момент в сечениях x = L/6 = 15/6 = 2,5 м

Требуемый момент сопротивления

Так как

Момент инерции полок

Требуемая площадь поясных горизонтальных листов

, где

h₀ - расстояние между центрами тяжести полок.

Принимаем полку из листа 240?25 мм, что удовлетворяет условию

Проверим принятое сечение на прочность. Момент инерции принятого сечения

Момент сопротивления

Нормальное напряжение в месте изменения сечения балки

Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки

, где

Статический момент получения балки

Проверим совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в месте изменения сечения балки

Общую устойчивость балки не проверяем, так как сжатый пояс балки раскреплен общим настилом.

5) Проверим местную устойчивость стенки

Определим необходимость постановки ребер жесткости

>

Вертикальные парные ребра жесткости необходимы

В зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой, так как местные напряжения в стенке в этой зоне не допустимы.

Определим длину зоны использования пластических деформаций в стенке.

Принимаем расстановку вертикальных парных ребер жесткости в местах закрепления вспомогательных балок и посередине между балками, то есть с шагом 150 см.

Поскольку л_w = 5 ? 3,2, проверку устойчивости стенки следует производить.

Устойчивость стенки проверяем в месте изменения сечения балки

М = 244205 кНм

Q = 781 кН

Действующие напряжения

Находим критическое напряжение

(10),

где

м=а/h_w = 150/135=1,11 (отношение большей стороны пластины к меньшей)

Определим степень упругости защемления стенки в поясах

(11),

где

В = 0,8 - для всех балок кроме подкрановых

, где

с_кр - из таблицы № 7 = 34,62

Проверим местную устойчивость стенки по формуле

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена.

6) Рассчитываем поясные швы сварной балки

Швы выполняем двухсторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08А.

Определяем толщину шва в сечении у опоры.

По таблице 5.2 «Металлические конструкции» под общей редакцией Е.И. Беленя - Москва, Строиздат, 1985 определяем

R_уш = 180 Мпа = 18 кН/см² - для металла шва

R_усв = 162 Мпа = 16,2 кН/см² - для металла границы сплавления

в_шв = 1,1

в_св - 1,15

Определяем опасное сечение шва

> Опасным сечением оказалась граница сплавления.

Минимально допустимый при толщине пояса t_f = 25 мм шов к_ш = 7 мм, что больше получившегося по расчету значения равного 1,7 см.

7) Назначаем размеры промежуточных ребер жесткости

Ширина ребра b_р ? h_w/30+40=1350/30+40=85 мм

Принимаем b_р = 90 мм

Толщина ребра t_р ? b_р/15 = 90/15 = 6,0 мм

Принимаем t_р = 6,0 мм.

Производим расчет опорных ребер жесткости.

Требуемую площадь опорного ребра находим по смятию торца

,

где R_см = 34,5 кН/см² - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.

Принимаем толщину ребра t_р = 1,8 см, тогда b_р = 33,11/1,8 = 18,4 см

Окончательно принимаем сечение ребра 200?18 мм.

Сечение удовлетворяет условию

0,5?b_р/t_р=0,5?200/18 = 5,56 < ,

то есть местная устойчивость обеспечена.

Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки

Л = h/i_z = 140/4,66 = 30,1, по таблице 5 ц = 0,93

Устойчивость опорного ребра обеспечена.

8) Выполним расчет сопряжения главной балки со вспомогательной

Расчет сопряжений балок в одном уровне сводится к определению количества или диаметра болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу с помощью поперечного ребра жесткости.

Расчетной силой является опорная реакция балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки. Расчетная погонная нагрузка на вспомогательную балку составила

q_r = 19,17 кН/м, при пролете 8 м

Целесообразно для сопряжения балок принимать 2 или 3 болта. Возьмем три болта нормальной точности по ГОСТ 7798-70 (R_ср = 16 кН/см²).

Определим диаметр болта:

(12),

где

nс_р = количество рабочих срезов болта. Тогда

> в соответствии с рекомендациями принимаем 3 болта o16 мм

9) Расчет и конструирование монтажного болтового стыка в сварной балке

Пролет балки 15 м, максимальная величина отправной марки - 10 м.

Принимаем расположение монтажного стыка с учетом заданной максимальной величины отправочной марки и его размещения на расстоянии не менее 0,5 м от ребер жесткости в широкой части пояса балки.

Назначаем размеры отправочных марок -5,0 м и 10,0 м.

Поперечные размеры стыковых накладок поясов и стенки примем в соответствии с размерами сечения балки. Площадь сечения накладок должна быть не менее площади пояса или стенки. Толщину накладок на стенку балки целесообразно принимать равной толщине стенки.

При толщине пояса в 25 мм примем толщину накладок 14 мм, толщину накладок на стенку балки назначим равной ее толщине - 10 мм.

Расчетный изгибающий момент в сечении на расстоянии 5,0 м от левой опоры:

Расчетная перерезывающая сила

Стык на высокопрочных болтах

К расчету примем высокопрочные болты d = 20 мм из стали 40Х «секлет».

Расчетное сопротивление высокопрочного болта R_вн = 110 кН/см²

Определим несущую способность болта d = 20 мм, имеющего две плоскости трения (К = 2)

,

где

А_bn = 2,45 см² - площадь нетто сечения болта d = 20 мм

г_b = 1 - коэффициент условий работы

м = 0,42 - коэффициент надежности учитывающий способ регулирования натяжения ботов по углу закручивания.

Стык поясов

Пояс балки перекроем тремя накладками сечением 420?14 и 2?18?14 мм общей площадью сечения

42?1,4+2?18?1,4 = 109,2> А_f = 42?2.5 = 105 см²

Усилие в поясе:

, где

Количество болтов для прикрепления накладок

,

по условиям размещения накладок принимаем 6 болтов. Длина накладок - 70 см.

Стык стенки

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 1340?280?10 мм.

Момент приходящийся на стенку

Принимаем расстояние между крайними по высоте болтами а_max = 126 см.

Найдем коэффициент стыка

> количество болтов по вертикали к = 6 шт.

Принимаем по 2 болта в горизонтальном ряду полунакладки и 8 рядов по вертикали по 18 см. Общее количество болтов на полунакладке равно 16.

Проверим прочность стыка стенки с учетом действия момента и поперечной силы:

V = Q/n = 390.42/12=32.53 кН

-

Прочность на высокопрочных болтах обеспечена

2.1 Расчет колонны сплошного сечения