Конструирование и расчет балочной клетки и колонны при проектировании рабочей площадки производственного здания (стр. 2 из 7)
Расчетная нагрузка
.Нормативный изгибающий момент
.Расчетный изгибающий момент
Требуемый момент сопротивления
.По сортаменту принимаем I 90Б1, имеющий ближайший больший момент сопротивления
статический момент полусечения Sx = 3964 см3; момент инерции сечения Ix = 304400 см4; площадь сечения А = 247,1 см2; ширина пояса bf = 300 мм; толщина пояса tf = 18,5 мм;Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса вспомогательной балки длиной 1 м
.Нормативная нагрузка на балку настила с учетом собственного веса
.Расчетная нагрузка с учетом собственного веса
.Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса
.Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса
.Проверяем принятое сечение.
Проверка прочности
Проверка жесткости
где fu = l/208 = 4,33 см при пролете l =9 м.Принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.
Определяем вес вспомогательной балки на 1м2 рабочей площадки
4. Выбор оптимального варианта балочной клетки
Необходимо сравнить два варианта балочных клеток. Сравнение производится по расходу материала, а также по количеству балок, определяющему трудоемкость монтажа и стоимость перевозки. К дальнейшей разработке принимается наиболее рациональный вариант.
Анализ вариантов по показателям, представленных в табл. 1.
Таблица 1. Сравнение вариантов балочной клетки (расход на 1 м2 рабочей площадки)
| Наименование элемента | Нормальный тип | Усложненный тип | ||||||
| Расход железобетона,м3/м2 | Расход стали,кг/м2 | Стоимость,руб./м2 | Коли-чество балок | Расход железобетона,м3/м2 | Расход стали,кг/м2 | Стои-мостьруб./м2 | Ко-ли-чест-воба-лок | |
| Настил | 0,1 | 0,1 | ||||||
| Балкинастила | 53,8 | 63 | 25,9 | 126 | ||||
| Вспомогательные балки | – | |||||||
| Суммарный расход стали | 53,8 | 38,8 | 21 | |||||
| Суммарный расход железобетона | 0,1 | 0,1 | ||||||
Принимаем к дальнейшей разработке нормальный тип балочной клетки:
– настил железобетонный, толщиной tн = 10 см;
– балки настила стальные с шагом а1 = 1,5 м.
5. Расчет главной балки
Сечение сварной балки двутавровое симметричное, составленное из трех металлопрокатных листов. Выбираю сталь С 345, с расчетным сопротивлением Ry = 300 МПа (толщина проката 20÷40 мм).
5.1 Определение усилий
При частом расположении балок настила (шаг а1 = 1,5 м < l/5 = 15/5 = 3 м) сосредоточенную нагрузку, передаваемую на главную балку от балок настила, заменяем равномерно распределенной нагрузкой.
Расчетная схема главной балки представлена на рис.5.
Рис. 6. Расчетная схема главной балки
Нормативная нагрузка
.Расчетная нагрузка
где b = 9 м – шаг главных балок.
Расчетный изгибающий момент в середине пролета
Нормативный изгибающий момент
Расчетная поперечная сила в опорном сечении
5.2Компоновка сечения
Рис. 7. Сечение главной балки
Балку рассчитываем в упругой стадии работы. Из условия прочности требуемый момент сопротивления балки
,где Ry = 300 МПа при толщине проката более 20 мм;
Назначаем высоту сечения балки h, которая определяется максимально допустимым прогибом балки, связанным с жесткостью балки, экономическими соображениями и строительной высотой перекрытия Н, т.е. разностью отметок верха настила и верха габарита помещения под рабочей площадкой. Минимальная высота из условия жесткости
где fu = l/225 = 0,0044 при пролете l = 15 м – предельный прогиб главной балки.
Высота разрезной главной балки принимается в пределах (1/10…1/13)l = =(1,5…1,15 м). Предварительно принимаем высоту балки h = 1,5 м.
Оптимальная высота балки из условия наименьшего расхода стали
здесь tw – толщина стенки балки, предварительно определяемая по эмпирической зависимости tw = 7 + 3h/1000 = 7 + 3·1500/1000 = 11,5 мм.
Принимаем tw = 12 мм.
Максимально возможная высота балки
hстр = H – (tн + hбн + Δ) = (1080 –800) – (10 + 49,6 + 14) = 206,4 см,
где Δ= fu + (30 …100 мм) = 6,67 + 7,33 = 14 см – размер, учитывающий предельный прогиб балки fu = 6,67 см и выступающие части, расположенные ниже нижнего пояса балки (толщина стыковых накладок, болты, элементы связей т.п.).
Требуемая площадь пояса
Ширина пояса bf = h/3 = 150/3 = 50 см.
Толщина пояса tf =
/ bf = 115,23/50 = 2,3 см.Сравнивая полученные данные, окончательно назначаем высоту балки h = 1550 мм. Приняв толщину поясов tf= 25 мм, ширину поясов bf = 530 мм, стенку выполняем из листовой горячекатаной стали по ГОСТ 19903–74 высотой hw = 1500 мм и толщиной tw = 12 мм.
Проверяем необходимость постановки продольных ребер жесткости. Условная гибкость стенки
следовательно, продольные ребра жесткости не требуются.
Проверяем местную устойчивость сжатого пояса, для чего отношение свеса пояса
= (530–12)/2 = 259 мм к его толщине tfдолжно быть не более предельного, определяемого по СНиП [1], 
Условие выполняется.
5.3 Проверка прочности принятого сечения балки
По назначенным размерам вычисляем фактические геометрические характеристики сечения:
– момент инерции
– момент сопротивления
– площадь сечения
По найденной площади A и плотности стального проката ρ = 7850 кг/м3 определяем вес 1 пог. м балки
где k = 1,1 – конструктивный коэффициент, учитывающий увеличение веса балки за счет ребер жесткости, накладок и т.п.
Уточняем расчетные значения изгибающего момента M и поперечной силы Qс учетом собственного веса главной балки, для этого определяем:
– нормативную нагрузку
– расчетную нагрузку
– расчетный изгибающий момент
– нормативный изгибающий момент
– поперечную силу
Проверка прочности балки по нормальным напряжениям
Недонапряжение в балке составляет
что допустимо в составном сечении согласно СНиП [1].
Прочность балки обеспечена.5.4 Изменение сечения балки по длине
Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту в середине пролета, можно уменьшить в местах снижения моментов. Наибольший эффект дает симметричное изменение сечения на расстоянии x = l/6 от опор. Наиболее простым является изменение сечения за счет уменьшения ширины пояса (рис.7).
