2.2. Компоновка сечения главной балки

Сечение главной балки компонуется из трех листов (рис.6): вертикального листа (стенка) и двух горизонтальных (полки). Высота балки h принимается в результате сопоставления строительной, минимальной и оптимальной высоты.

Строительная высота h_С диктуется заданными отметками верха настила h_Н и подплощадочного габарита hр. При этом строго соблюдается верхняя отметка, так как здесь находится оборудование, обслуживающее технологический процесс. Отметка низа конструкций может быть поднята, но не может быть опущена, так как под балочной клеткой должен быть соблюден габарит (рис.7).

h_C=(h_Н - h_р)-(t_Н+)=(10,2-8,2)-(0,007+0,07)=1,9 м, (6)

где зазор, учитывающий прогиб главной балки; принимается 30…80мм, но не менее L/n₀=17,6/250=0,07 м.

Рис.6. Сечение главной балки

Из условия предельного состояния по жесткости (2) определяют минимальную высоту сечения h_min, при которой расчетные напряжения =R_Y, то есть полностью используется прочность материала. h_MIN=(5/24)L400(q_n/q)(R_Y/E)= =(5/24)17,6*400(13259,5/15819,7)(2700/2,06*10⁶)=1,6 м. (7)

Рис. 7. К определению строительной высоты балки

Оптимальная высота h_OPT определяется из условия минимума массы. Приближенно эту высоту можно определить по формуле:

h_OPT=(6 ³√ M_max100/R_y )/100= (6 ³√ 612538,8*100/2700)/100=1,7 м ₍₈₎

Высоту сечения h назначают в зависимости от соотношений между полученными значениями h_C, h_MIN и h_OPT:

а) если h_Ch_OPT>h_MIN, принимаем h=h_OPT;

б) если h_C>h_MIN>h_OPT, принимаем h=h_MIN;

в) если h_MIN<h_C<h_OPT, принимаем h=h_C;

г) если h_Ch_MIN, принимаем h=h_C.

Высоту сечения h принимаем по первому условию h=h_OPT=1,7 м.

Сечение балки в последнем случае будет работать с пониженными напряжениями, то есть с перерасходом стали; такие случаи часто встречаются при ограниченной строительной высоте.

При выборе высоты надо решить вопрос о способе сопряжения балок настила с главными балками (рис.8).

Если h_C>h+h_БН+t_Н+, то можно принять этажное сопряжение как наиболее простое. В ином случае балки необходимо сопрягать в одном уровне.

Для балки 30Б2 h_БН=0,3 м

1,9>1,7+0,3+0,007+0,07=2,1; 1,9<2,1-условие не выполняется, поэтому сопряжение производится на одном уровне.

Высота стенки h_W принимается ориентировочно на 40…60мм меньше h, то есть учитывается предполагаемая толщина полок. Окончательно высоту стенки назначают кратной 50мм с тем, чтобы для ее изготовления можно было использовать стандартные листы по ГОСТ 19903-90.

h_W= h-0,05=1,7-0,05=1,65 м.

Толщина стенки t_W определяется из условия прочности и устойчивости. Из условия прочности стенки на срез в опорном сечении .t_W,MIN=1,2Q_MAX/(hW100R_S)=1,2*139213,4/1,65*100*1566=0,65 см,

где R_S=0,58R_y=0,58*2700=1566.

Во избежание постановки продольных ребер жесткости для обеспечения устойчивости стенки

t_W,MIN=(h_W/5,5)=(165/5,5)=1.08см.

Окончательно толщина стенки назначается равной минимально возможной стандартной величине.

Рис. 8. Сопряжения балок: а – в одном уровне; б - этажное

Для определения ширины b_f и толщины t_f полки можно определить сначала требуемую площадь одной полки A_f. Поскольку момент сопротивления балки состоит из моментов сопротивления полок и стенки, момент сопротивления двух полок будет равен

W_f=W_ТР -W_W=W_ТР-t_Wh²/6=22686,6-1,2*165²/6=17241,6 см³

(с некоторыми допущениями), а требуемая площадь одной полки из условия прочности

A_f=W_f / h_W=17241,6/165=104,5 см².

По большему значению требуемой площади полки назначаем ее размеры из стандартного листа, соблюдая следующие граничные условия:

а) b_f=(1/3…1/5)h_W – требование общей устойчивости балки;

b_f=1/3*1650=550 мм, принимаем b_f=560 мм,

t_f= A_f/ b_f=104,5/56=2,2см=22мм.

б) b_f/t_f - требование местной устойчивости сжатой полки,

56/2,2≤√2,06*10⁶/2700; 25,5≤27,6 условие выполняется.

Как правило, ширину полки назначают не менее 200мм. Стандартные размеры ширины листа: 200, 210, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 600, 630, 650, 670, 700мм и т.д. Стандартные размеры толщины листа: от 6 до 12мм через 1мм, а далее – 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40.