144336 (Проектирование металлических конструкций балочной площадки промышленного здания), страница 2

Компоновку сечения ГБ начинаем с определения ее высоты:

1) Предварительно задаемся высотой ГБ:

мм.

2)Определяем толщину стенки ГБ:

мм.

1. Определим оптимальную высоту ГБ из условия наименьшего расхода материала:

см. ≈1250 мм.

k=1,0 – зависит от конструктивного оформления, для сварных, переменных сечений равен 1,0.

1. Из условия обеспечения требуемой жесткости (прогиба) высота ГБ должна быть не менее h_min

см.

По заданию строительная высота перекрытия должна быть не больше 1,6 м.

5) Определяем строительную высоту ГБ исходя из максимально возможной заданной высоты перекрытия и его конструкции:

см. = 1292 мм.

В нашем случае сопряжение балок – этажное.

Высоту балки h принимаем из условия, чтобы она была близка к h_opt, не больше заданной высоты перекрытия и не меньше h_min:

h_ГБ=1250 мм.

Проверяем принятую толщину стенки из условия прочности балки на срез:

см. = 89 мм.

R_s – расчетное сопротивление стенки срезу = 0,58R_y=13.5 кН/см².

Чтобы проверить местную устойчивость стенки (для установки только поперечных ребер жесткости) необходимо определить высоту стенки балки h_w. Для этого задаемся толщиной пояса: t_f≤3t_w; t_f=25 мм.

мм.

Проверяем принятую толщину стенки из условия обеспечения местной устойчивости стенки (без продольных ребер жесткости):

см.

Окончательную толщину стенки принимаем t_w=10 мм.

Уточним высоту стенки проката по таб. 5 прил. 14: h_w=1200 мм.

Чтобы определить размер полок ГБ нужно определить:

1. Требуемый момент инерции: см⁴

2. Момент инерции стенки: см⁴

3. Момент инерции приходящего на пояс:

см⁴

1. Требуемую площадь сечения поясов ГБ:

см²

см.

Ширину полки b_f принимаем , при этом должно находиться в пределах .

Принимаем ширину полки b_f=380 мм., так как она удовлетворяет требованиям.

Уточняем принятый ранее коэф. Учета принятой деформации С₁,

исходя из по табл. 5 принимаем С₁=1,1

см² см²

В балках отношение ширины свеса сжатого пояса к его толщине не должно превышать: в сечениях работающих с учетом пластических деформаций , но не более .

см

см

Принято сечение:

t_w=1 см

h_w=120 см

t_f=2,5 см

b_f=38 см

h_f=122.5 см

h=125 см

Рис.7

Определим геометрические характеристики принятого сечения:

A_x=2A_f+A_w=2*95+120=310 см²

см³

A_f; A_w – см. с. 8

Принятое сечение проверяем на прочность:

В нашем случае принятая высота балки h больше h_min, поэтому прогиб балки проверять не надо.

3.2 Изменение сечения балки по длине

В целях экономии стали производим изменение сечения балки по длине.

Сечение балки можно уменьшать в местах снижения моментов следующими способами:

а) уменьшением ширины полки

б) уменьшением толщины полки

в) уменьшением высоты стенки

В нашем случае будем изменять ширину полки. При равномерно распределенной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения полок балки находится на расстоянии 1/6 пролета.

В месте изменения сечения определим момент и поперечную нагрузку:

кНм =16812 кНсм

кН

где: x=1/6L=2 м

Подбор сечения ведем по упругой стадии работы (без учета пластических деформаций). Подбираем b_f^’ исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса.

Определяем требуемый момент сопротивления измененного сечения:

см³

см²

R_wy=0.85R_y=19,55 кН/см²

Определим минимальную ширину и площадь измененной полки:

см

см²

Ширину измененной полки назначаем в соответствии с прокатными листами (таб. 5 прил. 14 Бел.) и исходя из конструктивных требований:

Принимаем окончательно ширину измененной полки – 250x25 мм

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:

см⁴

см³

Рис.8

3.3 Проверка прочности балки

1. проверяем нормальное напряжение в поясах в середине балки:

кН/см² (см. с.9)

1. проверяем максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки (в точке В):

кН/см²

см³

1. проверяем местные напряжения в стенке под балками настила:

кН/см²

см

кН

1. проверим приведенные напряжения стенки балки на уровне поясного шва в месте изменения сечения (в точке Б):

кН/см²

кН/см²

кН/см²

см³

Проверка показала, что прочность балки обеспечена.

3.4 Проверка общей устойчивости балки

Потеря общей устойчивости наступает когда сжатый пояс балки не закреплён в боковых направлениях и напряжения достигли критического значения.

Общую устойчивость балки можно не проверять, так как передача нагрузки осуществляется через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс и надежно с ним связанный.

3.5 Проверка прогиба балки.

Проверку прогиба можно не проводить, так как принятая высота балки выше минимальной высоты h_min.

3.6 Проверка местной устойчивости элементов балки

1. Устойчивость сжатого пояса (с учетом развития пластических деформаций) обеспечена (см. с.8).

2. Устойчивость стенки:

Проверим необходимость установки ребер жесткости при условии, если λ_w≥2,5 необходимо ставить вертикальные ребра жесткости:

В средней части балки в зоне учета пластических деформаций необходимо установить ребра жесткости под каждой БН.

Определим зону учета пластических деформаций в стенке:

см

Расстановку вертикальных ребер жесткости принимаем по рис.9

Рис.9

Проверим средние значения M и Q в 1 отсеке на расстоянии x=277 см от опоры (под БН):

кНм

кН

Определим действующее напряжение:

кН/см²

кН/см²

кН/см² (см. с.11)

Определим критические напряжения:

кН/см²

R_s=0.58R_y=13,34

Размеры отсека кН/см²

По таб. 7.6 (Бел.) при значение . Расчетное значение , по этому σ_кр определим по формуле:

кН/см²

С_кр=34,6 (по таб. 7.4 Бел.)

Определим σ_los,кр, подставляя в нее из таб. 7.5 (Бел.) значение а/2 вместо а:

кН/см²

С₁=12,8 (по таб. 7.4 Бел.)

По таб. 7.5 (Бел.) при

Проверка устойчивости стенки:

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер жесткости на расстоянии а=276,9≥2h_w=2*120=240 см возможна.

3.7Конструирование промежуточных ребер жесткости

Предусматриваем парные поперечные ребра, симметрично относительно стенки, со скосами для пропуска поясных швов.

Назначим размеры ребер.

Ширина выступающей части ребра:

мм

Принимаем b_p=100 мм

Толщина ребра:

мм

Принимаем t_p=8 мм

Высота ребра:

h_p=h_w=1200 мм

3.8 Расчет поясных швов балки

1-1 – сечение по металлу шва

2-2 – сечение по металлу границы сплавления

Расчет производится согласно пункту 11.16 СНиП II-23.81 по формулам:

-- по металлу шва

-- по границе сплава шва

В нашем случае k_f=1,2t_w=1,2*1=1,2 см

Так как балка работает с учетом пластических деформаций швы, выполняются с двух сторон автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Cв-08А.

β_f=0,95

β_w=1,05

Коэф. условий работы шва:

γ_wf= γ_wz=1

Рассчитаем расчетные сопротивления углового шва:

кН/см²

кН/см²

Где: R_wun=410 МПа = 42 кН/см² (по таб.4 СНиП II-23.81)

γ_wm=1,25 (по таб.3 СНиП II-23.81)

R_un=360 МПа = 37 кН/см² (по таб.51 СНиП II-23.81)

Проверим условие (*):

Проверим прочность по металлу шва:

В сварных балках сдвигающую силу приходящуюся на 1 см длины определяют через касательные напряжения:

Q_max,I_x^/,S_п – см. с.11

Таким образом прочность по металлу шва обеспечена.

Учитывая условие (*) расчет прочности по границе сплава шва можно не делать.

3.9 Расчет опорного ребра сварной балки.

Определим требуемую площадь смятия торца ребра:

см²

Принимаем ребро 250x12 мм, так как А_р=25x1,2=30≤А_р^тр=28,41 см²

Проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси z:

см

см²

см⁴

см

кН/см²

=0,963 (по прил. 7 Бел.)

Крепим опорное ребро к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Cв-08ГА.

Проверим прочность по границе сплавления шва:

-- см. с.15

см

Рассчитаем расчетные сопротивления углового шва:

Где: R_wun=450 МПа = 46 кН/см² (по таб.4 СНиП II-23.81)

γ_wm=1,25 (по таб.3 СНиП II-23.81)

R_un=360 МПа = 37 кН/см² (по таб.51 СНиП II-23.81)

β_f=0,95

β_w=1,05

Коэф. условий работы шва:

γ_wf= γ_wz=1

Таким образом прочность по границе сплавления шва обеспечена.

Проверим условие (**):

Так как условие (**) выполняется проверку прочности по металлу шва можно не проводить.

Ребро приваривается к стенке по всей высоте сплошными швами.

Устройство опорного ребра главной балки см. рис.11