Подобрать сечение составной сварной балки, являющейся главной балкой рабочей площадки, компоновка которой выполнена в предыдущем пункте.

Исходные данные:

(а) по заданию на проектирование

- пролет главной балки l_{m b} = 15,0 м;

- шаг главных балок a_{m b} = 5,5 м;

- строительная высота перекрытия неограниченна;

- материал – углеродистая сталь обычной прочности;

- временная равномерно распределенная нагрузка на площадку v_n = 24 кН/м² (вся временная нагрузка длительная).

(б) по результатам выполнения предшествующих разделов

- количество балок настила, опирающихся на главную балку 12 (10 шагов по 1,3 м и 2 шага по 1 м);

- шаг балок настила a_{f b} = 1,3 м;

- балки настила - двутавры 35Б1 (по ГОСТ 26020-83), ширина полки b_{f , f b} = 155 мм;

- реакция балки настила Q_fb = 98,12 кН;

- постоянные нагрузки: от массы настила g_{sh , n} = 0,785 кН/м², от балок настила g_{f b , n} = 0,35кН/м².

Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Сварные балки перекрытия относятся к 1-й группе конструкций (табл. 50* [1]). Сталь обычной прочности, соответствующую этой группе, принимаем С255 по ГОСТ 27772-88. Расчетное сопротивление стали принимаем для листов толщиной до20 мм (предполагаемая толщина поясов балки) R_y = 240МПа, R_un = 370 МПа (табл. 51* [1]), E = 2,06×10⁵ МПа, n = 0,3 (табл. 63 [1]). Для сооружений II уровня ответственности (прил.7* [2]) коэффициент надежности по ответственности равен g_n = 0,95.

Коэффициент условий работы при расчете на прочность g_c=1,0, при расчете на устойчивость g_c=0,95 (табл. 6 [1]).

Коэффициенты надежности по нагрузке g_fg =1,05 (п.2.2 [2]), g_fv =1,20 (п.3.7 [2]).

Предельный относительный прогиб главной балки f_{mb , u} = l_mb/250, (п.2, табл. 19 [2]).

Статический расчет

Расчетную схему главной балки принимаем в виде разрезной шарнирно-опертой однопролетной балки. Поскольку число сосредоточенных грузов от давления балок настила более 5, то нагрузку принимаем в виде равномерно распределенной.

Рис. 2.1. Расчетная схема балки

Погонная (линейная) нагрузка для расчета на прочность определяется по формуле

где g_mb – вес 1 м.п. главной балки, принимаем g_mb=2,5 кН/м.

Линейная нагрузка для расчета на жесткость равна:

Максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета балки

Максимальная поперечная сила на опоре

.

Изгибающий момент в середине пролета балки от нагрузки для расчета на жесткость

2.3 Компоновка и предварительный подбор сечения составной балки

Принимаем гибкость стенки l _w=125, в соответствии с рекомендациями [3]. Минимальная толщина стенки равна t_{w , min}= 12 мм.

Определяем минимальную высоту сечения сварной балки при предельном относительном прогибе ( f_{m b} / l_{mb u} =1/250)

Находим минимальную толщину стенки из условия предельного прогиба

.

Толщина стенки из условия прочности на срез равна

где R_s=0,58R_y=0,58×240=139,2 МПа.

Определяем наименьшую толщину стенки из условия смятия, поскольку принимаем этажное сопряжение балок в балочной клетке. В каждом узле опираются две балки настила, поэтому F=2Q_{f b} = 2 ×98,12=196,24 кН. Толщиной полки главной балки задаемся t_f=2 см.

Находим толщину стенки, соответствующую балке оптимальной высоты.

Сравниваем все полученные значения толщины стенки: t_{w , min} = 1,2см; t_{w , f} = 0,6см; t_{w , s} = 0,82см; t_{w , loc} = 0,42см; t_{w , opt} = 1,21см.

Наибольшее значение из этого ряда t_{w. opt} = 1,21 см показывает, что следует принимать высоту балки, соответствующую t_{w, opt} .

Принимаем толщину стенки 13 мм, тогда высота стенки будет равна

h_w = t_w l _w=1,3×125 = 156 см.

Принимаем размеры стенки с учетом стандартных размеров ГОСТ 19903-74^*

h_w х t_w = 1700 х 13 мм.

Определяем размеры поясных листов. Требуемая площадь поясов (принимая h = h_w) равна

Требования, предъявляемые к размерам поясных листов и диапазон определяемых величин следующие:

b_f =(1/3…1/5)h = 57…34см;

b_f,min = 18,0см;

t_f,max = 3 t_w= 3×1,3=3,9 см;

Принимаем размеры поясных листов с учетом ослабления верхнего пояса отверстиями для болтов крепления балок настила b_f x t_f = 500 x 20 мм, которые удовлетворяют всем вышеуказанным требованиям. Подобранное сечение показано на рис. 2.2.