Строительство и архитектура \ Металлические конструкции

Проектирование металлических конструкций рабочей площадки производственного здания, страница 2

v настил равен:

v балки настила:

Весь расход металла составит: 109,97+17,23=128,7 (кг/м²).

Производим сравнение вариантов по весу стали (табл. 1)

Таблица 1

Показатель

Ед. измерения

Варианты

Расход стали:

на настил

на второстепенные балки

на вспомогательные балки

кг / м²

94,2

15,8

109,9

18,8

ВСЕГО

кг / м²

110

100

128,7

117

Из сопоставления показателей следует, что наилучшим является первый вариант, который и принимается для дальнейших расчетов.

2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ.

Произвести расчет и конструирование разрезной и шарнирно-опертой однопролетной балки в форме симметричного сварного двутавра (рис.2.1) при следующих данных: пролет балки 12 (м); материал балки – сталь повышенной прочности С345 с R_у=33,5 (kН/см²), предельный относительный прогиб ¦/ℓ=1/400, строительная высота перекрытия h_стр£1,7(м).

Расчетная схема.

2.1. Компоновка и подбор сечения главной балки. Подбор сечения главной балки осуществляется в следующей последовательности:

1. Определяются нормативная и расчетная нагрузки на балку:

где g_n – нагрузка от настила и второстепенных балок для 1 варианта.

a=1,03 – собственный вес главной балки

2. Определяется максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета балки. Если число сосредоточенных грузов на главную балку от давления второстепенных балок более 7, то нагрузку на нее можно принять в виде равномерно-распределенной:

3. Определяется максимальная поперечная сила на опоре:

4. Определяется требуемый момент сопротивления:

5. Определяется высота балки, исходя из 3-х условий:

1) из условия заданных габаритов балка должна иметь высоту h=1,7(м);

2) из условия обеспечения необходимой жесткости минимальная высота балки определяется по формуле:

3) из условия экономии металла оптимальная высота балки равна:

в соответствии с сортаментом принимаем толщину стенки t_w=11 (мм),

где К=1,15 – конструктивный коэффициент сварной балки переменного по длине сечения;

Таким образом h_min=127.64(см), h_opt=75,893(см).

Из сравнения высоты h_opt с минимальной высотой h_min видно, что h_min>h_opt. Следовательно, при h=h_min балка будет заведомо не оптимальной по расходу материала. В этом случае наиболее выгодным вариантом является переход на малоуглеродистую сталь обыкновенного качества с более низкими механическими характеристиками. Принимаем сталь С245 с R_y=24,0(кН/см²).

Тогда:

Таким образом h_min=93.395 (см), h_opt=106.25 (см).

6. Проверяем принятую толщину стенки из условия работы на срез, приняв её высоту :

Полученная толщина отличается от принятой выше t_w=7.5 (см) не более на 0,2(см).

Принимаем стенку из листа: h_w´t_w=1060´7.5 (мм).

Чтобы не применять продольных ребер жесткости, должно соблюдаться условие:

7. Для определения размеров полки определим требуемый момент инерции сечения балки через требуемый момент сопротивления, принимая толщину стенки t_f=2,0(см) :

8. Находится момент инерции стенки балки:

9. Находится момент инерции, приходящийся на пояса:

10.Определяется требуемая площадь сечения поясов из приближенной формулы, где пренебрегается моментом инерции пояса относительно их собственной оси в виду их малости:

11. Определяется ширина полки:

Принимаем ширину полки b_f=24 (см) с учетом сортамента на универсальную сталь по ГОСТ 82-70 (прил.14[2]).

На размеры полки накладываются два условия:

1) рационального соотношения размеров стенки и полки:

2) условие удовлетворения местной устойчивости:

, но не более

Всем требованиям полка удовлетворяет. Таким образом, подобранная балка имеет размеры: стенка 1060´7.5 (мм), полка 240´20 (мм).

Производится проверка балки на прочность в следующей последовательности:

1) Определяется момент инерции сечения балки:

2) Определяем момент сопротивления:

3) Определяются наибольшие нормальные напряжения в балке:

Недонапряжение составляет 2%<5%.

2.2. Изменение сечения балки по длине.

Подобранное по максимальному изгибающему моменту сечение составной балки можно уменьшить в местах снижения моментов с целью экономии металла. В сварных балках чаще всего изменение сечения производят за счет снижения площади поясов, путем уменьшения их ширины.

При решении данной задачи в однопролётных сварных балках, при действии Подобранное по максимальному изгибающему моменту сечение составной на них равномерной нагрузки, наиболее выгодные по расчету стали места изменения сечения поясов находится на расстоянии примерно 1/6 пролета балки от опоры.

Порядок расчета в этом случае следующий:

1. Задаёмся расстоянием

2. Определяем расчетный изгибающий момент и поперечную силу в измененном сечении. В случае действия равномерно распределенной нагрузки:

3. По изгибающему моменту находим требуемый момент сопротивления измененного сечения , исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

Здесь R_wy=R_y*0,85 при визуальном контроле качества шва в измененном сечении поясных листов

4. Определим требуемый момент инерции измененного сечения:

5. Определяют требуемый момент инерции поясов:

6. Определяется требуемая площадь сечения поясов в измененном сечении:

7.Определяется ширина пояса в измененном сечении:

Принимаем окончательно в соответствии с ГОСТ 82-70 с изм. на универсальную сталь ширину пояса =16 (см). Вновь подобранная ширина пояса должна удовлетворять условиям:

Принятая ширина пояса удовлетворяет всем трем условиям.

После окончательного определения размеров балки в измененном сечении производится проверка балки по нормальным и касательным напряжениям.

Проверка нормальных напряжений выполняется по формуле:

Здесь:

, где

Проверку касательных напряжений производят в месте максимальной поперечной силы, т.е. на опоре по формуле:

1 2 3 4

Скачать файл