Толщина стенки  

Принимаем толщину стенки 10 мм. 

                                                           

Минимальную высоту определяем по формуле:

 
Строительная высота – не ограничена.

Принимаем h=1,25 м, что больше h_min и ≈ h_опт 

4.2. Подбор сечения главной балки 

Подбор сечения  главной балки состоит из следующих  этапов:

Из:

а) условия прочности  на срез

б) местной устойчивости (без продольных ребер жесткости)

в) опыта проектирования 
 
 
 
 
 
 

Толщина стенки 

Полагая, что t_п = 2,0 см; h_ст = h-2·t_п = 125-2·2 = 121см; R_S =0,58·Ry=0,58·240= 139,2 МПа = 13,92кН/см² (для стали С245): 

а) ;

б) ;

в) .

 Принимаем t_ст=12 мм. При этом λ_ст=h_ст/t_ст = 1210/12 = 100,83 , что незначительно отличается от принятого, поэтому пересчет h_опт не требуется. 

Определение требуемой площади  поясов А_птр 

Обеспечивающий необходимый момент инерции сечения:

 

А_п = 2· I_птр /h²_ст  = 2· 691678,7 /121²= 92,94 см²

где h_п - принимаем на 2-3см меньше высоты балки. Принимаем пояса из листа 420х20мм (по ГОСТ 82-70). А=42,0·2,0=84,0 см² 
 

Компоновка  сечений с учетом рекомендаций 

Желательно  учитывать стандартную ширину и  толщину листов широкополосной универсальной  стали в соответствии с сортаментом, а также зависимость расчетного сопротивления R от толщины листа: 

;    ;   ;

где b_св= b_п/2-t_ст/2=42/2-12/2=15;

Таким образом, все рекомендации выполнены. 
 

Геометрические  характеристики сечения

Определим геометрические характеристики сечения  главной балки:

Момент  инерции главной балки относительно оси х-х:

 

Момент  сопротивления главной балки относительно оси х-х

Проверяем прочность  главной балки по нормальным напряжениям:

Проверим качественное состояние балки по напряжению:

 что допустимо.

                  Рис. 8. Схема к определению

 геометрических 

параметров  сечения 

          Проверим подобранную  балку по прогибам не требуется т.к высота балки h=1250 мм. значительно превышает минимально допустимую высоту=77,95 см.

 
4.3. Проверка общей устойчивости главной балки.

    Проверять общую устойчивость главной балки  не требуется, т.к. она закреплена балками  настила через  к которым приварен настил и выполняется условие:

= 

Общая устойчивость балки обеспечена.

 
4.4. Проверка местной устойчивости элементов балки.

Местная устойчивость полки обеспечена, т.к.:

Проверяем устойчивость стенки.

Определяем условную гибкость стенки:

    _{Так как λw≤3,2 то необходима установка ребер жесткости. Так как в данном курсовом проекте сопряжение главных балок и балок настила – в одном уровне, и балки настила будут передавать нагрузку на   главные балки  посредств соединения с ребрами жесткости,  то шаг ребер жесткости будет совпадать с шагом балок настила l=0.8 м согласно рисунку 2.1..}

    Рис. 9. Схема размещения ребер жесткости.

    Назначаем размеры двусторонних рёбер жёсткости:     

    Принимаем  

    Сечение ребра назначаем  . Поперечные рёбра жёсткости привариваем сплошным односторонним швом с катетом полуавтоматической сваркой. 
 

Перерасчет  главной балки с учетом собственного веса и веса ребер жесткости.

    Геометрические  характеристики сечения  главной балки:

Момент инерции  главной балки   I_x = см⁴

Момент сопротивления  главной балки W_x =13291,69см³

    Полная масса главной балки(с учетом ребер жесткости) :

Масса 1м главной балки и ребер жесткости : M_гл.бл= 2M_б.п +M_б.ст+ M_р.ж

M_б.п – масса поясов главной балки.

M_б.ст – масса стенки главной балки.

M_р.ж – масса ребер жесткости (принимаем 24/10=2,4 ребра на 1м. балки )

M_б.п = t_n b_nст=0,020,427850=65,94;

M_б.ст = t_ст b_стст=0,0121,2107850=113,982;

M_р.ж = (2,4b_р.жh_р.жt_р.ж..ст)=(2,40,081,0,006_.7850)=10,94;

M_гл.бл = 2M_б.п +M_б.ст+ M_р.ж= 265,94+113,982+10,94=256,80;

    Проверяем прочность главной балки по нормальным напряжениям с учетом собственного веса и веса ребер жесткости:

    Нагрузка  действующая на главную балку:

      кН/м. 

      – вес настила и балки настила.

    Максимальный  изгибающий момент:

       

       Проверка прочности:

    

                  

                                       

                  

    Недонапряжение:

    *_б = (264-263,48)/264= 0,19%<5,0 %

    Все условия выполняются, следовательно  окончательно принимаем данную балку(рис.1.4). 

4.5.Изменение сечения главной балки 

Изменение сечения выполняется без учета  пластических деформаций за счет уменьшения

ширины  поясных листов на расстояние около 1/6 пролета от опоры рис.10. При этом следует учитывать следующие требования. 

Рис.10. Расчетная схема главной балки и усилия в месте изменения сечения.

Принимаем место  изменения сечения на расстоянии 1,7 м от опор.

Находим расчетные  усилия:

 

Подбираем сечение, исходя из прочности стыкового шва  нижнего пояса.

Требуемый момент сопротивления:

 

Для выполнения стыка принята полуавтоматическая сварка без физического  контроля качества шва. Требуемый момент инерции главной балки в месте изменения сечения.

_{Момент  инерции стенки главой балки:}

;

Требуемый момент инерции поясов:

Требуемая  площадь поясов:

Требуемая ширина поясов главной балки в  месте изменения сечения:

Определяем  требуемые геометрические характеристики в месте изменения сечения:

 По сортаменту подбираем ширину полки равную

Определяем геометрические характеристики измененного сечения:

A=28×2.0=56 см²

Статический момент пояса:

. – статический момент пояса.

.- статический момент половины           сечения.

Проверяем нормальные напряжения в сварном шве:

Проверяем приведенные  напряжения по границе стенки в месте  изменения сечения   при

 
 
 
 

Проверка:  

Проверяем прочность  опорного сечения на срез:

 
 
 

Все проверки выполняются следовательно прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.

Выполним  перерасчет массы главной балки  с учетом уменьшения площади сечения  поясов:

Т.к. толщина  поясов не изменена то посчитаем изменение  площади поясов по длине балки:

_)*100%=22,6%

    Масса поясов главной балки уменьшилась  на 22,6%, следовательно  нагрузка действующая на главную балку:

         M_гл.бл = 2M_б.п 0,774+M_б.ст+ M_р.ж= 265,940,774+113,982+10,94=226,99;

      кН/м. 

      – вес настила и балки настила.

    Максимальный  изгибающий момент действующий в сечении главной балки:

       

    Опорная реакция:

        
 

4.6. Конструирование и расчет опорной части балки. 

Принимаем конструкцию  опорной части по варианту №1.

Ребро крепится к стенке полуавтоматической сваркой  в углекислом газе cварочной проволокой Св-08Г2С рис. 11.Размер выступающей части опорного ребра принимаем 20мм. Из условия смятия находим:

 

     где   F_оп = Q_max=1384,70 кН.

     R_см,т = 32,7 кН/см² таблицы 1* и 2*/2/

Принимаем ребро  из листа 280х16 мм. Площадь Ар=28·1,6=44,8 см ² > 42,35 см ²; В расчетное сечение стойки включается сечение ребра и примыкающие к нему участки стенки шириной:

 
 

рис. 11. Схема опорного ребра.

Проверка на смятие:

`

Проверка  устойчивости опорной части балки  из плоскости балки, как стойки, нагруженной  опорной реакцией F_оп:

где А_оп = А_р + b₁·t_st = 44,8+22,85·1,2= 72,22 cм² 

Значение  определяем по табл.72/2/ в зависимости от гибкости λ:

где  

 

тогда гибкость     тогда

 

Проверяем местную  устойчивость опорного ребра:

       

Тогда получим   

Подбираем размер катета швов по формуле: