Компоновка первого этажа

 

Проверка жесткости (предельных деформаций) балки:

- условие выполняется

 

Расчет  балки №6

 

Распределенная  нагрузка на погонный метр будет:

Нормативная нагрузка: кН/м

Расчётная нагрузка:

 кН/м

Рисунок 16 - Расчетная схема  второстепенной балки.

 

Максимальный  изгибающий момент:

 

изгибающий  момент от нормативной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления: =1672,2см³

По сортаменту принимаю ближайший больший двутавр I55, имеющий основные характеристики: W_а=2035 см³; I_а=55962 см⁴; А=118 см²; h=550 мм; t_f=16,5 мм; t_w=11,0 мм;

ρ=92,6 кг/м; b_f=180 мм;

 

Уточняем значение коэффициента :

  ; =0,608  в соответствии с таблицей 66  c_x=1,109

Выполняем проверку прочности  балки:

МПа – условие выполняется.

 

Проверка жесткости (предельных деформаций) балки:

- условие выполняется

 

Расчет  балки №7

 

Распределенная  нагрузка на погонный метр будет:

Нормативная нагрузка: кН/м

Расчётная нагрузка:

 кН/м

Рисунок 17 - Расчетная схема  второстепенной балки.

 

Максимальный изгибающий момент:

изгибающий  момент от нормативной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления: =1704,3см³

По сортаменту принимаю ближайший больший двутавр I55, имеющий основные характеристики: W_а=2035 см³; I_а=55962 см⁴; А=118 см²; h=550 мм; t_f=16,5 мм; t_w=11,0 мм;

ρ=92,6 кг/м; b_f=180 мм;

Уточняем значение коэффициента :

  ; =0,608  в соответствии с таблицей 66  c_x=1,109

Выполняем проверку прочности балки:

МПа – условие выполняется.

 

Проверка жесткости (предельных деформаций) балки:

- условие выполняется

 

 

2. Компоновка и подбор сечения главной балки.

 

Подбор сечения  состоит в определении размеров поясов и стенки балки, исходя из заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости, и технологичности изготовления.

Рисунок 18 - Расчетная схема главной составной балки.

 

Согласно таблице 50* принимаем для группы конструкции 2, сталь класса С245.

Собственный вес балки принимаю в размере 2% от нагрузки .

Нормативная нагрузка:

кН/м

Расчётная нагрузка:

 кН/м

Максимальный изгибающий момент:

кНм

Максимальная поперечная сила:

 кН

Главную балку  рассчитываем  в упругой стадии.

     Определим требуемый момент сопротивления: см³

Определим оптимальную высоту балки, предварительно задав  ее высоту: м   и рассчитав толщину стенки: мм примем t_w=11 мм

см, примем 117 см.

 

Проверяем принятую толщину стенки:

 см, где R_s=0,58R_y=0,58*240=139,2 МПа;

чтобы не применять продольных ребер жесткости:

 см, примем толщину стенки равную 0,9 см и пересчитаем оптимальную высоту:

см, принимаем h_opt = 125 см. Проверим толщину стенки:

t_w=9 мм удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления ее продольными ребрами жесткости для обеспечения местной устойчивости.

Минимальная высота балки: см

Принимаю  h =125см

Рисунок 19 - Главная составная балка

 

Размеры горизонтальных поясных листов найдем исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычислим требуемый момент инерции сечения балки: см⁴.

Примем толщину  поясов см, тогда. Ширина листа по ГОСТ 19903-74, b_л=1250 мм.

Найдем момент инерции стенки балки: см⁴.

Момент инерции, приходящийся на поясные листы: см⁴. Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси , где - площадь сечения поясов. Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки: см , где см.

Принимаем пояса из универсальной стали 400x18мм.

Окончательно получили такие размеры  поясов: с

Проверяем принятую ширину (свес) поясов, исходя из их местной устойчивости:

; - условие выполняется.

Подобранное сечение балки проверяем  на прочность. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки:

;

 

Наибольшее нормальное напряжение в балке:

  ;- условие выполняется.

Подобранное сечение балки удовлетворяет  проверке прочности и не имеет недонапряжения больше 5%. Проверку прогиба балки можно не делать, так как принятая высота сечения больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.

 

2.1 Изменение сечения главной балки по длине.

 

    

 

Рисунок 20 - Изменение сечения балки по длине.

Требуется  изменить сечение  главной балки по длине. Место  изменения сечения принимаем  на расстоянии 1/6 пролета от опоры. Сечение  уменьшаем изменением ширины поясов.

Определим расчетный момент и перерезающую силу в сечении 1-1: м.

Определим требуемый момент сопротивления  и момент инерции измененного  сечения,  исходя из  прочности  сварного стыкового шва, работающего  на растяжение:

;

R_wy=R_y*0.85

.

Определим требуемый момент инерции поясов:

Требуемая площадь сечения  поясов:

Принимаем пояс 240х18мм с .

 Принятый пояс удовлетворяет рекомендациям;

 и  ;

Определим момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения: ;

.

Проверка прочности:

- условие выполняется.

2.2 Проверка прочности и прогиба главной составной балки.

 

Рисунок 21 - Напряжения в измененном сечении

 

 

Проверка максимальных нормальных напряжений в поясах середины балки:

  - условие выполняется; с₁=1(т.к. рассматриваем в упругой стадии).

Проверка максимальных касательных напряжений в стенке на опоре балки:

, где , - статический момент уменьшенного сечения балки.

, тогда

- условие выполняется.

Проверяем приведенные напряжения в сечении 1-1 – месте изменения сечения балки: ,

,

тогда ; - условие выполняется.

2.3 Проверка общей устойчивости и прогиба главной балки

 

Рисунок 22 - Определение свободной длины главной балки.

 

Проверяем общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет - расстояние между балками настила. Будем проверять 2 раза:

В середине пролета балки:  

 и  , следовательно можно применять формулу:

(для сечений балок, работающих упруго, =1)

 ;  

4,65<17,55

В месте уменьшенного сечения балки:

.

Проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

Проверку прогиба балки можно  не проводить, так как принятая высота балки больше минимальной.h=128,6см>h_min=63,9см

2.4 Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов,

главной балки, назначение ребер жесткости для главной балки

 

Проверка устойчивости полки:

, где  , тогда - местная устойчивость пояса обеспечена.

Проверка устойчивости стенки: (проверяем в самом неблагоприятном месте т.е в месте изменения сечения.).

Для повышения устойчивости стенки её разбивают ребрами жесткости на отдельные отсеки.

а ) Размеры  ребра:

, примем  .

, примем  ,  80×6 (мм)

б) ;  4,74>3,2 →а ≤ 2×h_ef (≈ h_w)  а ≤ 2×1250=2500.

Принимаю .

Каждый отсек между ребрами проверяем на местную устойчивость.

Рассмотрим устойчивость в отсеке с изменением сечения.

Действующие напряжения:

;

;

.

Критические напряжения:

, где

, по таблице 7.4 , тогда

  ;

Определяем условную гибкость ,

тогда  ;

Проверка:

 

-условие выполняется.

Рисунок 23 - Расстановка вертикальных ребер жесткости и места проверки напряжений

2.5 Расчет соединения поясов балки со стенкой

 

 

Рисунок 24 - Схема соединения.

 

Катет сварного шва определим под первой от опоры балкой настила, где сдвигающая сила максимальна.

Примем автоматическую сварку под слоем флюса, в лодочку, сварочной проволокой Св-08А,

, где 

; ;

тогда исходя из конструктивных требований примем катет согласно таблице 38 СНиПа. .

 

2.6 Расчет укрупнительного стыка балки на высокопрочных болтах

 

Монтажный стык делаем в середине пролета балки, где и Q=0. Стык осуществляем высокопрочными болтами d=20мм из стали 40Х”селект” , R_bun=110(кН/см²), d_отв=22 мм. Способ обработки соединяемых поверхностей газопламенный. Способ регулирования натяжения болтов по моменту закручивания.

Несущая способность  болта, имеющего 2 плоскости трения:

; , ; ; .

Стык поясов.

Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками так чтобы суммарная площадь  накладок была больше площади пояса, т.е  . Площадь пояса:

Толщина накладок: . Примаю накладки сечением 400х10 и две 180х10. Тогда площадь накладки - условие выполняется.

 

Несущая способность:

Усилия в  поясе:

  ,

.

Количество  болтов  в соединении: , примем n=12 болтов.

Чтобы распределить болты надо вычислить минимальные и максимальные расстояния.

Расстояния:

между болтами: min

max или

до края: min

max или

 

Рисунок 25 - Монтажный стык поясов сварной балки на высокопрочных болтах.

 

 

 

Стык стенки.

Момент, действующий на стенку:

Болты устанавливаем  в 2 ряда на максимальном расстоянии между болтами:

 или  .

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов: а_max=1250-85×2=1080.

, принимаю 2 ряда по 11 болтов, расстояние между которыми 100 мм, расстояние от крайнего болта до края стенки 30 мм.

Размер накладки: 1060×250×11

Проверяем стык стенки: , где k-число плоскостей трения, m-число рядов.

где ;

Рисунок 26 - Монтажный стык стенки сварной балки на высокопрочных болтах.

 

 

-условие выполняется.

Проверка по ослабленному сечению.

 

Проверяем пояс.

;

;           -проверка выполняется.

2.7 Расчет опорного ребра составной главной балки, главной прокатной балки и расчет сопряжения балок между собой