3.6.7. Проверка жесткости балки

При равномерно распределенной нагрузке на балку проверка производится по формуле

где α= 1,03 – коэффициент, учитывающий увеличение прогиба балки за счет уменьшения ее жесткости у опор, вызванного изменением сечения балки по длине.

3.6.8. Расчет соединения поясов балки со стенкой

Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляется в сварных балках поясными швами, обеспечивающими совместную работу поясов и стенки, тем самым предотвращается при изгибе балки их взаимный сдвиг. Кроме работы на сдвиг при наличии местной нагрузки, действующей на пояс от балок настила в месте, не укрепленном поперечным ребром жесткости, поясные швы испытывают дополнительно срез от местного вертикального давления (рис. 3.18). Соединение выполняется автоматической сваркой угловыми непрерывными швами одинаковой толщины по всей длине балки.

Рис. 3.18.К расчету поясных соединений

Расчет сварного шва производится на усилие, приходящееся на 1 см длины балки, и длина шва соответственно принимается в расчет равной 1 см.

Сравниваем:

где – при расчете по металлу шва (см. табл. 3.4);

β_z = 1,15 – при расчете по металлу границы сплавления;

γ_wfи_wz– коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районахI₁,I₂,II₂иII_3,для которыхγ_wf= 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлениеми_wz= 0,85 – для всех сталей;

R_wf = 180 МПа = 18 кН/см² – расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по металлу шва, принимаемое по табл. 2.7 в зависимости от марки сварочной проволоки, которую выбирают по табл. 2.5 для автоматической сварки стали принятого класса;

–расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по границе сплавления;

–нормативное сопротивление основного металла, принимаемое по табл. 2.3.

Поясные швы при рассчитываются по металлу границы сплавления по формуле

где – усилие на единицу длины шва от поперечной силы на опоре Q_max, сдвигающее пояс относительно стенки;

S_f1= 4575 см³,I₁=1035188 см⁴– статический момент пояса и момент инерции относительно нейтральной оси сечения балки на опоре (см стр. 72);

–давление от сосредоточенной силы F_bна единицу длины шва.

Следует иметь в виду, что T и V вычисляются в одном и том же сечении, т.е. там, гдеσ_loc≠ 0. При отсутствии сосредоточенной силыF_b (σ_loc= 0) второй член под знаком радикала исключается.

Вычисляем усилие:

T=Q_maxS_f1/I₁= 1033,59 · 4575 / 1035188 = 4,57 кН.

Определяем требуемый катет сварного шва:

где n= 1 при одностороннем шве,n= 2 при двустороннем.

При толщине t_f = 25 мм (более толстого из свариваемых элементов) конструктивно принимаем для автоматической сварки минимальный катет шваk_f,min = 7 мм (см. табл. 3.5).

3.6.9. Конструирование и расчет опорной части главной балки

Передача нагрузки от главной балки, установленной сверху на колонну, осуществляется через торцевое опорное ребро. Торец ребра рассчитывается на смятие, для чего он строгается. Выступающая часть ане должна быть больше 1,5t_r(рис. 3.19) и обычно принимается 15 – 20 мм.

Рис. 3.19.К расчету опорной части балки

Расчет ребра производится на усилие F_b, равное опорной реакции балки:

Определяем площадь смятия торца ребра:

_{Ar = brtr = Fb/(Rpγc) = 1033,59 / (33,6 · 1) = 30,76 см}²_,

где – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки), принимаемое по табл. 2.4 для класса стали С255 сR_un= 370 МПа.

Принимая ширину ребра равной ширине пояса балки у опоры b_h = b_f1= 240 мм, определяем толщину ребра:

По конструктивным соображениям рекомендуется размеры опорного ребра принимать: ;

Принимаем ребро из листа 24016 мм с площадьюA_r= 38,4 см².

Толщина опорного ребра должна быть не менее

где b_r,ef = b_r/2 = 240 / 2 = 120 мм – ширина выступающей части:

t_r= 1,6 см > 3 · 12

Опорная часть главной балки из своей плоскости (относительно оси z-z) проверяется на устойчивость как условная центрально-сжатая стойка с расчетной длиной, равной высоте стенки. Расчет на устойчивость стойки сплошного сечения при центральном сжатии выполняют по формуле

где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, принимаемый в зависимости от условной гибкостипо табл. 3.11 для типа кривой устойчивости"с" (см. табл. 3.12).

Расчетное сечение условной стойки включает в себя площадь опорного ребра A_rи площадь устойчивого участка стенки, примыкающего к ребру, шириной

Определяем геометрические характеристики стойки:

– площадь

_{As = Ar + ctw = 38,4 + 22,85 ∙ 1,2 = 65,82 см}²_;

– момент инерции

– радиус инерции

– гибкость

_{λz = hw/iz = 150 / 5,3 = 28,3;}

– условная гибкость

Коэффициент устойчивости φ = 0,907.

Производим проверку:

Опорная часть балки устойчива.

Прикрепление опорного ребра к стенке балки осуществляем механизированной сваркой в среде углекислого газа проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* для сварки стали класса С255 (см. табл. 2.5; 2.7 и 3.4):

R_wf = 21,5 кН/см² ;R_wz = 16,65 кН/см² ; β_z = 1,05

Сравниваем:

следовательно, расчетным является сечение по металлу границы сплавления.

Условие прочности сварных угловых швов, работающих на срез:

откуда катет шва

Принимаем шов с k_f = 7 мм, что большеk_f,min= 5 мм по табл. 3.5.

Проверяем максимальную длину расчетной части шва:

укладывается в конструктивную длину шва, равную высоте стенки.

Ребро привариваем к стенке по всей высоте непрерывными швами.

Главные балки скрепляют на опоре между собой через прокладку толщиной, равной конструктивному зазору, и с колонной монтажными болтами диаметром 16 – 20 мм, фиксирующими проектное положение балок. Болты взаимного сопряжения балок размещают в нижней зоне балки, что позволяет считать его шарнирным, так как допускается некоторый поворот опорного сечения балок за счет податливости болтового соединения.