Определяем расход металла на 1м2 балочной клетки:

g=g^н+g^б.н/а+g^в.б/в (кг/м²), где g^н- собственный вес стального настила в кг/м², определяется по формуле: g^н=ρּt^н=78,5 кН/м²ּ0,012 м=0,942 кН/м², где ρ=7850 кг/м³.

g^б.н-линейная плотность профиля балки настила в кг/м из сортамента g^б.н=26 кг/м;

g^в.б-линейная плотность профилявспомогательной балки в кг/м из сортамента g^в.б=36 кг/м;

g=94,2(кг/м²)+ 26(кг/м)/1,375(м) + 91(кг/м)/4(м) =135,86 (кг/м).

Сравнивая два типа балочных клеток (121,21 (кг/м) < 135,86 (кг/м)), приходим к выводу, что наиболее экономичной является балочная клетка нормального типа, т.к. она легче в монтаже и экономичнее по расходу металла.

2. Проектирование главной балки

2.1. Определение нагрузок. Компоновка и подбор главной балки.

Рис. 2.1 Расчетная схема главной балки

Погонная нормативная нагрузка на главную балку:

.

Погонная расчетная нагрузка на главную балку:

.

Максимальный изгибающий момент и максимальная поперечная сила в сечении главной балки:

;

.

Рис. 2.2 Сечение сварного двутавра

Требуемый момент сопротивления:

;

, где

- коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки;

- ориентировочная толщина стенки;

,где

- предварительная высота сечения балки;

, где

– величина, обратная предельному относительному прогибу главной балки .

Ограничения строительной высоты конструкции перекрытия h_стр = 2,2 м.

- при поэтажном сопряжении

h_стр^б = h_стр – t^наст – h^б.наст = 220 – 1,2 – 30 = 198,8 см.

Принимаем высоту главной балки:

.

Принимаем сопряжение главной балки и балки настила поэтажное.

.

Рис. 2.3 Поэтажное сопряжение балок

Определение толщины стенки из условий:

- прочности на срез

, где

- расчетное сопротивление стали сдвигу;

- высота стенки, где

- толщина пояса.

- местной устойчивости без укрепления продольными ребрами жесткости

Определяем толщину стенки:

;

Принимаем:

.

Требуемый момент инерции сечения балки:

.

Требуемый момент инерции поясных листов:

.

Требуемая площадь сечения одного пояса:

, где

- расстояние между осями поясов.

По сортаменту широкополосной универсальной стали (по ГОСТ 82-70*) предварительно назначаем толщину t_f = 2,0см.

Ширина пояса балки:

;

;

Принимаем:

.

Проверка местной устойчивости:

Т. к. условие не выполняется, то местную устойчивость проверяем по формуле:

;

, где

- расчетная ширина сжатого пояса.

Условие выполняется, значит, местная устойчивость обеспечена.

Проверка несущей способности:

, где

;

- условная гибкость стенки;

.

Условие выполняется, значит, несущая способность обеспечена.

Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:

Фактические геометрические характеристики сечения:

;

;

A_f /A_w = 2,0*42/1,0*146= 0,575 → с₁ = 1,113.

.

Рис. 2.4 Сечение главной балки

2.2 Изменение сечения главной балки по длине

Рис. 2.5 Расчетная схема

Т. к. длина пролета балки равна 16 м, то экономически целесообразно уменьшить сечение в местах снижения изгибающих моментов.

Расстояние от опоры до места изменения сечения:

;

Принимаем:

.

Расчетные усилия в местах изменения сечения:

;

.

Расчетное сопротивление стыкового шва растяжению при отсутствии физического контроля качества шва:

.

Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

.

Требуемый момент инерции измененного сечения:

.

Требуемый момент инерции поясных листов:

.

Требуемая площадь уменьшенного сечения одного пояса:

.

Толщина пояса остается постоянной:

;

Ширина пояса:

;

;

;

;

Принимаем:

.

Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в стыковом шве:

, где

- момент сопротивления измененного сечения;

- момент инерции измененного сечения.