В целях экономии стали рекомендуется сечение составных балок, подбираемое по максимальному изгибающему моменту, изменять (уменьшать) в соответствии с эпюрой изгибающего момента. Изменяют обычно сечение поясов, сохраняя сечение стенки постоянным. Уменьшают ширину поясных листов на расстоянии 1/6 пролета от опоры. При этом следует учитывать следующие требования:

- уменьшенная ширина пояса b_lf должна быть не менее b_f = 0,5-b_f и не менее 180 мм;

- должна быть обеспечена прочность растянутого стыкового сварного шва, причем расчетное сопротивление швов сжатию и растяжению при физических методах контроля принимается R_wy = R_у, а при отсутствии физического контроля качества швов расчетное сопротивление растяжению понижается и равно R_wy = 0,85R_y. Место изменения сечения принимается на расстоянии Х₁ = L.

Изменение сечения главной балки предусматриваем за счет уменьшения ширин, поясных листов на расстоянии Х₁от опоры

Х₁ = L = 15 = 2,5 м.

Расчетные усилия в измененном сечении

= 3114,13 кН · м;

=996,5 кН.

Подбираем сечения, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса.

Расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию растяжению, изгибу по пределу текучести

R_wy= 0,85R_y = 0,85 · 24 = 20,4 кН/см².

Находим требуемый момент сопротивления

W_1Тр= =15265,3 cм³.

Для выполнения стыка принята полуавтоматическая сварка без физического контроля качества шва. Требуемый момент инерции равен

= 1297550,5 см⁴

Момент инерции полок равен разности требуемого момента и момента инерции стенки

I_1fTp = I_1Tp - I_w = 1297550,5 - 388815,2 = 908735,3 cм⁴

Площадь измененного пояса

=64,4 см2

Ширина измененного пояса

=32,2 см.

Согласно сортамента (Приложение 13) принимаем из широкополочной универсальной стали b_1f = 32 см, размеры нового пояса -320х20мм.

Геометрические характеристики измененного сечения.

Площадь пояса A_1f = b_1f t _f = 36⋅2 = 72 cм².

Момент инерции

I_1x = I_w + I_1f = I_w + 2A_1f( )² = 388815,2 + 2 ·72(168/2)² = 1404879,2 см⁴.

Момент сопротивления

=4132 см³.

Статический момент сдвигаемой части сечения пояса

Уменьшение расхода материала стали при изменении сечения балки

Масса материала балки, при изменении ее сечения, уменьшается на величину

= 133,5 кг, где

106 см² – площадь неизмененного пояса,

72 см² – площадь измененного пояса,

γ_ст – плотность стали.

Прочность и устойчивость балки

Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в точке «А» (по стыковому шву) (рис. 5.2.)

20,4 кН/см² ≤ R_wy = 20,4 кН/см². Недонапряжения нет.

Проверка прочности по приведенным напряжениям на грани стенки - точка «Б» (см. рис. 5.2.)

σ_los = 0, σ_прив = ≤ 1,15R_yγ_c, где γ= 1_с;

19,62 кН/см²;

2,87 кН/см²;

σ_прив = 20,5 < 1,15 · 24 = 27,6 кН/см².

Проверка прочности на срез по максимальным касательным напряжениям в точке «В» (см. рис. 5.2.)

7,98 < R_s = 0,58R_y = 0,58 · 24 = 13,92кН/см².

Проверка обеспеченности общей устойчивости балки

Так как сопряжение балок поэтажное, то выполняем проверку обеспеченности общей устойчивости главной балки по формуле

Рисунок 5.2 - К проверке прочности измененного сечения

=> 1,9 ¸ 23,5

Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки. Проверка местной устойчивости стенки.

h =16640 мм; τ_w=12 мм.

Условная гибкость стенки

Рисунок 5.3 - К проверке общей устойчивости

I_efs = a_б.н. = 100 см; t_f = 20 см; b_f = 53 см; h_f = 166 см; R_y = 24 кН/см².

5,55.

При _w > 3,2 стенку балки необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости.

При _w = 5,55 > 3,2 - расстояния между поперечными ребрами жесткости а < 2h_w = 2 ·1,66 = 3,32 м.

В принятом варианте размещаем ребра жесткости в местах установки балок настила, где а<2h_w, а_б.н. = 1 < 3,32 м.

Размеры поперечных ребер жесткости.

Ребрам жесткости принимаем односторонние (этажное сопряжение балок) шириной

= 119,2 мм. Принимаем b_h =120 мм = 12 см.

= 0,8 см = 8 мм

Так как _w = 5,55 > 3,2 и σ_los = 0 принимаем двусторонние поясные швы.