Мал.6 а) нормальна компановка; б) ускладнення компановка

2.2.1 Підбір перерізу прокатної балки виконується у такій послідовності:

2.2.1.1 Розраховуємо погонне навантаження на балку настилу

[кН/м]

де - особиста вага настилу

- довжина прольоту настилу

- особиста вага 1м балки настилу, яка приймається орієнтировочно – 300-500 Н/м

- коефіцієнт надійності по навантаженню для тимчасового навантаження

- коефіцієнт надійності по навантаженню для особистої ваги металоконструкцій

2.2.1.2 Визначаємо максимальні розрахункові значення згинального моменту та поперечної сили, які виникають в поперечному перерізі балки настилу.

Згинальний момент

[кНм]

Поперечна сила

[кН]

Потрібний момент опору перерізу балки настилу

[см³]

де: коефіцієнт, який враховує розвиток пластичних деформацій

- розрахунковий опор по межі текучості вибирається по таблиці 51 СНиП ІІ–23–81* залежно від вибраної марки сталі для балки настилу

2.2.1.3 По таблицям сортаменту прокатного профілю приймаємо відповідний номер двотавру чи швелеру та вибираємо для нього такі характеристики:

- момент опору перерізу вибраного профілю

- особиста маса 1м профілю;

- висота профілю;

- осьовий момент інерції;

- ширина полиці профілю;

- товщина стінки профілю;

- статичний момент половини перерізу вибраного профілю.

2.2.1.4 Перевіряємо мінімальну висоту балки з умови жорсткості по формулі

[см] (2.10)

де - граничний-відносний прогін

- - коефіцієнт надійності по навантаженню

Висновок:

2.2.1.5 Виконуємо перевірочні розрахунки:

а) Уточняємо навантаження на балку настилу

б) Находимо величину згинального моменту та поперечної сили від

в) Виконуємо перевірку на міцність

- по нормальним напруженням

- по дотичним напруженням

(2.11)

де: S-статичний момент половини перерізу балки настилу відносно центральної осі

- товщина стінки балки настилу,

- осьовий момент інерції перерізу балки настилу.

Висновки:

г) Виконуємо перевірку на жорсткість.

де:

Висновки:

2.3 Компоновка та підбір перерізу головної балки

Проектування складових балок (головних балок) виконують в два етапи: на першому компонують і підбирають переріз, на другому – перевіряють міцність та стійкість балки в цілому та її елементів, а також перевіряють на жорсткість.

Складові балки переважно виконуються зварними, та частіше всього, складаються з трьох листів; одного вертикального – стінки та двох горизонтальних – поясів, у вигляді двотавра.

Компановку та підбір перерізу головної балки виконують у такій послідовності:

2.3.1 Підраховуємо нормативні та розрахункові навантаження

Головна балка сприймає навантаження від корисного навантаження , особистої ваги настилу та балок настилу, які розташовані кроком – а[м]. При такому частому розташовані цих балок можна лічити, що головна балка навантажена рівномірно розподіленим навантаженням.

Нормативне погонне навантаження на головну балку буде

(2.12)

де - особиста вага головної балки, попередньо приймається по опиту проектування 1-2% навантаження, яке приходиться на балку.

Розрахункове погонне навантаження на головну балку буде

2.3.2 Виконуємо розрахункову схему балки та визначаємо розрахункові зусилля.

Мал.7

Максимальний згинальний момент

[кНм]

Максимальна поперечна сила

[кН]

2.3.3 Визначаємо потрібний момент опору перерізу головної балки

З метою економії металу проектуємо балку змінного по довжині перерізу, а тому розвиток пластичних деформацій можливо допустити тільки в одному перерізі – перерізі з максимальним згинальним моментом.

W_потр. ,

де R_y-розрахунковий опор сталі, по межі текучості з якої буде виготовлена головна балка.

2.3.4 Компановку складового перерізу починають з установлення висоти балки, виходячи з трьох умов: найменшого розходу металу, потрібної жорсткості балки, обмеження будівельної висоти конструкції перекриття

2.3.4.1 Під будівельною висотою розуміють різницю відмітки верха настилу та верха габариту перекриваємого приміщення. Звичайно будівельна висота задається. Задоволення перших двох умов потребує деяких математичних обґрунтувань.

2.3.4.2 З умов забезпечення жорсткості визначаємо мінімальну висоту балки

h_min = (2.13)

де = граничний відносний прогін для головних балок.

2.3.4.3 З умов економічності, характерезуючої найменші витрати металу на виготовлення балки, визначаємо оптимальну її висоту.

(2.14)

де к = 1.2..1,15-для зварних балок.

t - товщина стінки балки, яка розраховується попередньо по емпіричній формулі та округляється до парного розміру.

=7+ , (2.15)

2.3.4.4 Назначаєма остаточно висота балки , повинна бути близької до h_opt (звичайно на 5.10% менше полученого по формулі), не менше h та не вище заданої будівельної висоти перекриття, якщо вона задана

h h_opt

h h

h h

Висновок:

2.3.5 Визначення товщини стінки балки -

2.3.5.1 Розраховуємо мінімальну товщину стінки балки з умов її роботи на зріз та зрівнюємо її з раніше призначеною

, (2.16)

де - розрахунковий опір сталі на зріз

2.3.5.2 Призначая остаточно товщину стінки, необхідно враховувати, що місцева стійкість стінки без додаткового укріплення її поздовжнім ребром забезпечується, якщо виконувати умову:

(2.17)

2.3.5.3 Прийнята товщина стінки повинна задовольняти міцності на діяння дотичних напружень , не вимагати постановки поздовжнього ребра для забезпечення місцевої стійкості , а також відповідати значенням товщини стандартного ряду прокатного листа

Рекомендовані товщини стінки балки: 8.12 мм кратно 1мм, при більшій товщині кратно – 2 мм. Стінки товщиною 14-24 мм проектують порівняно рідко – в балках висотою 2.5 м при значеннях .

Висновок:

2.3.6 Визначення розмірів поясних листів

2.3.6.1 Товщину поясного листа балки звичайно призначають в межах від 8 до 40 мм, но не менше однієї товщини та не більше трьох товщин стінки балки з метою уникнення усадочних напружень зварювання

Прийнята товщина поясу балки повинна відповідати стандартному ряду товщини прокатного листа

2.3.6.2 По відомим значенням потрібного моменту опору W_потр всього перерізу та висоти балки визначаємо орієнтовну площу перерізу поясних листів.

Для цього:

а) розраховуємо потрібний момент інерції площі перерізу балки

(2.18)

б) розраховуємо моменти інерції, які приходять на стінку та поясі балки:

- на стінку

де - висота стінки балки, її розмір повинен відповідати стандартному раду ширини прокатного листа

- на пояси

в) розраховуємо орієнтовну площу перерізу поясного листа

де - відстань між центрами ваги обох поясів балки

2.3.6.3 Ширина поясу балки призначається з таких умов

а) розраховується потрібна ширина

б) визначаеться з загальної стійкості балки

в) враховуються технологічні міркування

г) прийнята ширина поясу балки повинна відповідати стандартному ряду ширини прокатного листа

Висновок:

2.3.6.4 Перевіряємо прийняту ширину поясу виходячи з забезпеченням місцевої стійкості

а) при пружній стадії роботи матеріалу

(2.19)

б) при пружно-пластичній роботі перерізу балки

(2.20)

де - величина звісу поясу

Висновок

Необхідно накреслити переріз балки та проставити усі розміри

Мал.8 Переріз головної балки

2.4 Перевірка на міцність та жорсткість підібраного перерізу зварної балки (див. Мал.9)