Проектирование сварных балок составного сечения

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ БАЛОК СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Общий порядок проектирования балок составного сечения, главных балок рабочих площадок укладывается в традиционную последовательность:

1). анализ конструктивной схемы балочной клетки;

2). определение нагрузок на главную балку;

3). статический расчет балки;

4). подбор сечения;

5). конструктивное оформление балки с соответствующими расчетами;

6). графическое оформление проекта балки.

В данной работе рассмотрены все основные этапы проектирования сварных балок сварного сечения на конкретных примерах. В качестве исходных приняты следующие данные:                                                                                                                                              

шаг колонн в продольном направлении – 12 м;

шаг колонн в поперечном направлении – 5м;

отметка верха настила – 6м;

отметка низа конструкции балочного перекрытия – 4.6м;

полезная (технологическая) нагрузка = 20 ;

материал балки – сталь класса С38/23.

Дополнительно примем: коэффициенты перегрузки для собственного веса конструкций -  =1,1; для полезной нагрузки - =1,2; предельный относительный прогиб главной балки рабочей площадки -  =1/400, согласно (1, табл.45); собственный вес металлоконструкций балочного перекрытия примем - = 1 .

АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

Заполнение типовой ячейки балочной клетки (балочный ростверк) может быть различным как по виду компоновки балок – нормальный или усложненный, - так и по типу сопряжений балок друг с другом – этажное, в уровне, пониженное. Соответственно будет различной и нагрузка, приходящаяся на отдельные балки ростверка. Выбор конкретного решения является, обычно, итогом вариантного проектирования. Здесь же, не производя детальным расчетов, проследим. Как зависит нагрузка на главную балку от конструктивной схемы клетки. При нормальной компоновке, например на рис. 1,а, число балок настила достаточно велико () и можно считать, что для главной балки грузовая площадь (заштрихована) не будет зависеть от типа сопряжения. В этом случае =В , и схема загружения балки показана на рис.1,б.

При усложненной компоновке, например, по рис. 2,а, число второстепенных балок, непосредственно примыкающих к главной, мало (< 5 ) и необходимо учитывать тип их сопряжения. Если сопряжение предлагается в уровне (рис.2, б), то очертания грузовых площадей для второстепенной и главной балок будут согласно правила биссектрис иметь вид по рис.3, а, а схема загружения главной балки – по рис.3,б, где   =2;  .

Если при той же усложненной компоновке сопряжения предполагается пониженным (рис.2, в), то очертания грузовых площадей для второстепенной и главной балок будут иными (рис.4, а), как и схема загружения главной балки (рис.4, б), где ;   .

Как видно из приведенного численного анализа, нагрузка на главную балку и количественно и качественно зависит от конструктивной схемы балочного ростверка. Для рассмотрения конкретного примера по подбору сварной балки составного сечения примем первый вариант из рассмотренных и определим для него расчетную нагрузку .

а

б

Рис. 1

а

б

в

Рис. 2

а

б

Рис. 3

а

б

Рис. 4

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАЛКИ

Расчетными усилиями для балки является изгибающий момент и поперечная сила. Их определение производится от расчетной нагрузки в соответствии с расчетной схемой (рис. 5), для которой будем иметь

 .

Рис. 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАЛКИ

Основными геометрическими характеристиками балки являются момент сопротивления  и момент инерции  . Они влияют, главным образом, на прочность и жесткость балки, соответственно. Поэтому требуемый момент сопротивления находим из условия прочности  .

Здесь  определено по (1, табл.2) – для стали класса С38/23; требуемый момент инерции находим из условия жесткости от нормативной нагрузки  .

Здесь   =1/400 определено по (1, табл. 45) для главной балки рабочей площадки.

В более сложном случае загружения, когда неизвестна точная формула прогиба балки, требуемый момент инерции можно найти приближенно где

КОМПОНОВКА СЕЧЕНИЯ БАЛКИ

Сравнивая требуемые геометрические характеристики с величинами  и  по сортаменту двутавров, убедимся, что прокатные сечения явно не подходят, так как их  и  меньше требуемых. Это указывает на необходимость проектирования главной балки с  составным сечением. Сечение балки (рис.6), состоящее из двух поясов и стенки (Н-образное), можно компоновать различными методами:

- по аналогии с каким-либо прототипом;

- по известным из опыта пропорциям;

- по тому или иному расчетному алгоритму, - имея целью определение всех параметров сечения  ().

Рис. 6

Рассмотрим два последних метода.

Компоновку по известным пропорциям можно выполнить, зная из опыта, что       

6

из наличия выпускаемого проката и условия обеспечения местной устойчивости поясного листа