4.1. Первый вариант балочной клетки

Тип балочной клетки – нормальный (рис. 4.3).

Настил – стальной.

Конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки настила и приваренного к ним. Для стационарного настила применяют плоские листы толщиной 6 – 14 мм. Исходя из несущий способности этих листов, пролет настила l_н, определяемый расстоянием между балками настила а₁, принимается в пределах 0,6 – 1,6 м.

Рис. 4.3. Первый вариант балочной клетки

4.1.1. Расчет плоского стального настила

Настил, имеющий достаточную толщину t_н и соотношение пролета настила к толщине l_н/t_н < 40, рассчитывается на поперечный изгиб как плита без распора, относительно тонкий настил при соотношении l_н/t_н > 300 работает как мембрана только на осевое растяжение. Для восприятия распора требуются неподвижные опоры. Листовой настил с соотношением пролета к толщине 40 ≤ l_н/t_н ≤ 300 занимает промежуточное значение между плитой и мембраной, работает на изгиб с растяжением.

Для расчета стального настила, изгибаемого по цилиндрической поверхности, вырезается полоска единичной ширины, работающая на изгиб от момента М_max и растяжение от усилия Н, вызванные поперечной равномерно распределенной нагрузкой q (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Расчетная схема настила

Цилиндрическая изгибная жесткость настила при отсутствии поперечных деформаций E₁I, где Е₁= Е/(1–ν²) = 2,06 · 10⁴/(1 – 0,3²) = 2,26 ·10⁴ кН/см².

Здесь Е = 2,06 · 10⁴ кН/см² – модуль упругости стали,  = 0,3 – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона).

Толщина стального настила t_н, не подкрепленного ребрами жесткости, назначается в зависимости от заданной полезной нагрузки p_n. Ее рекомендуемое значение принимается по табл. 4.3 и согласуется с ГОСТ 82-70 «Сталь широкополосная универсальная горячекатаная» и ГОСТ 19903-74 «Сталь листовая горячекатаная». При p_n = 12,55 кН/м² принимаем t_н = 8 мм.

Нормативная нагрузка от веса стального настила

где – плотность (объемный вес) стального проката.

Таблица 4.3

Рекомендуемая толщина стального настила

Полезная нагрузка pn, кН/м2	Толщина листа, мм
До 10	6 – 8
11 – 20	8 – 10
21 – 30	10 – 12
 31	12 – 14

При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и предельном относительном прогибе f_u/l_н = 1/n_о = ≤ 1/150 прочность шарнирно закрепленного по краям стального настила всегда будет обеспечена и его рассчитывают только на жесткость.

Максимальный пролет настила l_н (шаг балок настила а₁) определяется из условия жесткости по формуле

Принимаем в осях l_н = a₁ = 1,2 м (балки настила в этом случае укладываются в пролете главной балки целое число раз). Пролет можно принять несколько больше требуемого, так как фактический пролет настила (расстояние между краями полок соседних балок в свету) будет меньше.

Усилие Н на 1 см ширины настила, на которое рассчитываются сварные швы, прикрепляющие настил к балкам, определяется по формуле

где _p = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке для полезной нагрузки.

Выбор типа электродов для сварки стали соответствующего класса и расчетное сопротивление металла шва принимается по табл. 2.5 и 2.7.

Настил крепится к балкам угловыми швами, выполненными ручной сваркой электродами типа Э42 по ГОСТ 9467-75*, имеющими расчетное сопротивление металла швов R_w = 18 кН/см².

Катет углового шва k_f определяется по формуле

k_f = H/(β_fl_wR_wfγ_c) = 2,37 / (0,7 · 1 · 18 · 1) =0,19 см,

где – коэффициент, учитывающий глубину проплавления шва для ручной сварки, принимается по табл. 3.6;

_с = 1,0 – коэффициент условий работы конструкции, учитывающий возможные отклонения принятой расчетной модели от реальных условий работы элементов конструкций, соединений, а также изменения свойств материала вследствие влияния температуры, влажности, длительности воздействия, его многократной повторяемости и других факторов, не отражаемых непосредственно в расчетах (принимают по табл. 3.5);

l_w = 1,0 см – длина шва, равная ширине рассматриваемой пластинки.

Принимаем конструктивно минимальный катет k_f,min = 4 мм в зависимости от максимальной толщины соединяемых элементов по табл. 3.3.

Максимальный катет угловых швов k_f,max принимается не более толщины настила t_н.