2. Расчет балок настила.

а)

В ариант 1.

Прокатная балка настила относится к третьей группе конструкций по назначению и для неё с учётом климатического района строительства можно использовать сталь С345 с R_y=31,5 кН/см² при толщине фасонного проката до 20 мм.

Расчётная схема балки настила – однопролётная шарнирно опёртая балка (рис. 2, б).

Выполним предварительный подбор сечения балки без учета её собственного веса. Нормативная и расчётная погонная нагрузки на балку настила

б)

кН/м

кН/м,

где q_n1 =20 кН/ м² – временная нагрузка; кН/м² – нагрузка от собственного веса настила, здесь γ=78,5 кН/м³ – объемный вес стали; γ_f1, γ_f2 – коэффициенты надежности по нагрузке от временной нагрузки и от собственного веса стальных конструкций; а - ширина грузовой площади (рис. 2, а).

Расчётный изгибающий момент и поперечная сила

Рис. 2 Расчётная схема

Балки настила.

кН∙м=16207 кН∙см,

кН.

Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций, предварительно назначив с₁=1,1:

см³,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы конструкции.

Назначаем двутавр № 36 (№ 33 не проходит проверку по прогибам) по ГОСТ 8239-89 с характеристиками сечения: W_x=743 см³; I_x=13380 см⁴; S_x=423 см³; h=36 см; b=14,5 см; t_w= 0,75 см; t_f=1,23 см; p_l= 48,6 кг/м.

Нагрузка от собственного веса балки составит

кН/м.

Её доля по отношению к общей нагрузке на балку составляет

в связи с чем уточнение нагрузки не требуется.

Проверка прочности балки:

где – расчётное сопротивление стали срезу.

Прочность балки обеспечена.

Предельно допустимый относительный прогиб балки для l=7,5м – .

Проверка жесткости балки

2,88 см < см.

Жесткость балки обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жестко с ним соединенным.

Местную устойчивость элементов сечения балки не проверяем, поскольку она обеспечена их большими толщинами.

Настил привариваем к балкам настила автоматической сваркой под слоем флюса. Для автоматической сварки с учётом стали и климатического района строительства можно использовать сварочную проволоку Св-08А [1, табл. П4.1].

Определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный):

где R_wf=18 кН/см² [1, табл. П4.]; R_wz=16 кН/см² [1 прил. 1]; β_f=0,9; β_z=1,05 [1, табл. П4.4]; γ_wf= γ_wz=1.

Расчёт углового шва на срез ведём по металлу шва при действии силы, равной величине распора, определённой при расчёте настила.

Расчётный катет шва крепления настила угловыми швами определим по формуле.

где l_w=1 см – расчётная ширина полосы настила.

Конструктивные требования к сварным швам:

,

где k_{f, min}=5 мм – минимальный катет сварного шва, принимаемый по табл. П4.5 [1] в зависимости от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов t_max = t_f = 11,2 мм; k_{f, max} = t_n = 5 мм – максимальный катет шва.

Принимаем катет сварного шва – 5 мм.

Масса балок настила на 1 м² – 51,65 кг/м².

Вариант 2.

Выполним предварительный подбор сечения балки без учета её собственного веса (рис.1, б). Нормативная и расчётная погонная нагрузки на балку настила

кН/м

кН/м,

где q_n1 =20 кН/ м² – временная нагрузка; кН/м² – нагрузка от собственного веса настила, здесь γ=78,5 кН/м³ – объемный вес стали; γ_f1, γ_f2 – коэффициенты надежности по нагрузке от временной нагрузки и от собственного веса стальных конструкций.

Расчётный изгибающий момент и поперечная сила

кН∙м=28118 кН∙см,

кН.

Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций, предварительно назначив с₁=1,1:

см³,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы конструкции.

Назначаем двутавр № 40 по ГОСТ 8239-89 с характеристиками сечения: W_x=953 см³; I_x=19062 см⁴; S_x=545 см³; h=400 мм; b=155 мм; t_w=8,3 мм; t_f=13 мм; p_l=57 кг/м.

Нагрузка от собственного веса балки составит

кН/м.

Её доля по отношению к общей нагрузке на балку составляет

в связи с чем уточнение нагрузки не требуется.

Проверка прочности балки:

где – расчётное сопротивление стали срезу.

Прочность балки обеспечена.

Предельно допустимый относительный прогиб балки для l=7,5 м – .

Проверка жесткости балки

3,516 см < см.

Жесткость балки обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жестко с ним соединенным.

Местную устойчивость элементов сечения балки не проверяем, поскольку она обеспечена их большими толщинами.

Настил привариваем к балкам настила автоматической сваркой под слоем флюса. Для автоматической сварки с учётом стали и климатического района строительства можно использовать сварочную проволоку Св-08А [1, табл. П4.1].

Определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный):

где R_wf=18 кН/см² [1, табл. П4.]; R_wz=16 кН/см² [1 прил. 1]; β_f=0,9; β_z=1,05 [1, табл. П4.4]; γ_wf,= γ_wz=1.

Расчёт углового шва на срез ведём по металлу шва при действии силы, равной величине распора, определённой при расчёте настила.

Расчётный катет шва крепления настила угловыми швами определим по формуле.

где l_w=1 см – расчётная ширина полосы настила.

Конструктивные требования к сварным швам:

,

где k_{f, min}=6 мм – минимальный катет сварного шва, принимаемый по табл. П4.5 [1] в зависимости от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов t_max = t_f = 13 мм; k_{f, max} = t_n = 12 мм – максимальный катет шва.

Принимаем катет сварного шва – 6 мм.

Масса балок настила на 1 м² – 35,63 кг/м².

Вариант 3.

В общем случае шаг вспомогательных балок является объектом оптимизации. В нашем случае принимаем b=4 м (рис. 1, в), исходя из опыта проектирования (b=2…5 м) и кратности пролёту главной балки. Пролёт балки настила равен шагу вспомогательных балок l=b=4 м. Шаг балок настила а=1,5 м.

Выполним предварительный подбор сечения балки настила без учета её собственного веса. Нормативная и расчётная погонная нагрузки на балку настила

кН/м

кН/м,

где q_n1 =20 кН/ м² – временная нагрузка; кН/м² – нагрузка от собственного веса настила, здесь γ=78,5 кН/м³ – объемный вес стали; γ_f1, γ_f2 – коэффициенты надежности по нагрузке от временной нагрузки и от собственного веса стальных конструкций.

Расчётный изгибающий момент и поперечная сила

кН∙м=7474 кН∙см,

кН.

Требуемый момент сопротивления определяем с учётом развития пластических деформаций, предварительно назначив с₁=1,1:

см³,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы конструкции.

Назначаем двутавр № 22 по ГОСТ 8239-89 с характеристиками сечения: W_x=232 см³; I_x=2550 см⁴; S_x=131 см³; h=220 мм; b=110 мм; t_w=5,4 мм; t_f=8,7 мм; p_l=24 кг/м.

Нагрузка от собственного веса балки составит

кН/м.

Её доля по отношению к общей нагрузке на балку составляет

в связи с чем уточнение нагрузки не требуется.

Проверка прочности балки:

где – расчётное сопротивление стали срезу.

Прочность балки обеспечена.

Предельно допустимый относительный прогиб балки для l=4 м – .

Проверка жесткости балки

1,986 см < см.

Жесткость балки обеспечена.

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и жестко с ним соединенным.

Местную устойчивость элементов сечения балки не проверяем, поскольку она обеспечена их большими толщинами.

Настил привариваем к балкам настила автоматической сваркой под слоем флюса. Для автоматической сварки с учётом стали и климатического района строительства можно использовать сварочную проволоку Св-08А [1, табл. П4.1].

Определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный):

где R_wf=18 кН/см² [1, табл. П4.]; R_wz=16 кН/см² [1 прил. 1]; β_f=0,9; β_z=1,05 [1, табл. П4.4]; γ_wf, γ_wz=1.

Расчёт углового шва на срез ведём по металлу шва при действии силы, равной величине распора, определённой при расчёте настила.

Расчётный катет шва крепления настила угловыми швами определим по формуле.

где l_w=1 см – расчётная ширина полосы настила.

Конструктивные требования к сварным швам:

,

где k_{f, min}= 5 мм – минимальный катет сварного шва, принимаемый по табл. П4.5 [1] в зависимости от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов t_max = t_n = 11 мм; k_{f, max} = t_n = 11 мм – максимальный катет шва.

Принимаем катет сварного шва – 5 мм.

Масса балок настила на 1 м² – кг/м².