1. Разработка конструктивной схемы рабочей площадки

На рисунке 1 представлен вариант разбивки балочной клетки: l_гб=17 м, l_бн=5 м, l_n= 1 м, где l_гб – пролет главной балки, l_бн – пролет балки настила, l_n – шаг балки настила.

Рисунок 1. Разбивка балочной клетки

2. Назначение толщины настила

Настил выполняется из плоских стальных листов С245. Его толщина определяется при заданном шаге балок и проверяется по прочности и жесткости. При нагрузках, не превышающих 50 кН/м², и предельных прогибах не менее [f]= прочность шарнирно закрепленного настила всегда обеспечена. В этом случае зависимость предельного отношения пролета к толщине от нормативной нагрузки можно определить по графику или по формуле: ,

где l_n – пролет настила,

t_n – толщина настила,

n₀= - заданное отношение пролета настила к предельному прогибу,

Е₁ = 2,26∙10⁴ кН/см²

q_n – значение равномерно распределенной нормативной нагрузки на настил.

Зная пролет настила, по формуле (2.1) определяется его толщина t_n:

Проверяя полученное значение по графику, получаем:

, следовательно, получим значение толщины настила t_n= l_n/136=0,00735м=7,35мм

Таким образом, принимается толщина настила t_n=8 мм.

Усилие, отрывающее настил от балки, определяется по формуле:

где Н – усилие отрыва настила от балки, действующее на шов

γ_f =1,1– коэффициент надежности по нагрузке

Отсюда катет сварного шва, крепящего настил к балке, определяется из условия:

,

где - катет сварного шва,

β_f, R_wf – характеристики угловых швов (β_f – коэффициент провара, β_f=0,7; R_wf – расчетное сопротивление шва R_wf = 1850 кг/см² = 18,5*10⁴ кН/м²),

- коэффициент условия работы сварных швов

Согласно СНиП II-23-81*катеты швов при ручной сварке должны быть не менее 4 мм (при толщине настила 8 мм).

Принимается катет шва k_f = 4 мм.

Расчетная длина углового сварного шва должна быть не менее 4k_f или 40 мм. В данном случае настил приваривается к балкам настила по длине балки настила.

3. Проектирование балок настила

   1. Статический расчет

Балка настила рассчитывается как однопролетная статически определимая балка, нагруженная распределенной нагрузкой по всей длине (рис. 2)

,

где p^н – нагрузка на балку

g_н^н – нагрузка от собственного веса настила

g_бн^н – нагрузка балки настила (предварительно назначается равной 30 кг/м).

l_H = l₂ – пролет настила, шаг БН

,

Р исунок 2. Расчетная схема балок настила

2. Назначение поперечного сечения балки настила

Сечение балки настила принимается из прокатных двутавровых профилей. Оно определяется из условий прочности при изгибе.

Определяем значение требуемого момента сопротивления.

По сортаменту принимаем двутавр №22 по ГОСТ 8239-89 со следующими характеристиками:

Wy, см^3	А, см^2	P, кг/м	ly, см^4	Sy, см^3	t, см
232	30,6	24	2550	131	0,87

3. Проверка принятого сечения по I и II группам предельного состояния

   1. Проверка прочности при изгибе:

,

- проверка выполняется.

2. Проверка прочности на срез:

- проверка выполняется.

3. Проверка общей устойчивости балки:

Проверка в данном случае не требуется, т.к. общая устойчивость балки обеспечивается жестким стальным настилом, прикрепленным к верхнему поясу балки.

4. Проверка местной устойчивости:

Проверка не требуется, потому что заведомо обеспечена большой толщиной прокатного профиля.

5. По допустимости вертикальных деформаций:

,

,

– проверка выполняется.

4. Проектирование главной балки перекрытия

   1. Статический расчет

Рисунок 3. Расчетная схема главной балки перекрытия

Определение нагрузок, действующих на главную балку

где – нормативная нагрузка на главную балку;

– полезная нагрузка;

– нагрузка от настила;

– нагрузка от балки настила;

– собственная нагрузка главной балки

где P – полезная нагрузка;

– длина балки настила.

где – толщина настила;

– плотность стали (для С245 равна 7,85 т/м³);

– длина балки настила.

где – масса одного метра двутавра балки настила, значение по сортаменту.

– длина балки настила;

– шаг балок настила.

где – расчетная нагрузка на главную балку.

Максимальный момент M_max и максимальная поперечная сила Q_max:

Определение требуемого момента сопротивления сечения W_x^тр:

2. Компоновка поперечного сечения главной балки

   1. Выбор высоты сечения

Определяем оптимальную высоту балки:

Определяем минимальную высоту балки:

Определяем требуемую высоту стенки:

Принимаем высоту балки .

2. Определение толщины стенки

Минимальная толщина стенки определяется исходя из условий прочности на срез, предельной гибкости и условий стандартизации толщин листового проката.

;

.

Из трех условий выбираем . Принимаем по сортаменту толщину листа .

3. Определение размеров полки

Требуемая площадь полки определяется из условий прочности.

Возьмем b_n=400 мм.

, где -толщина полки;

Принимаем толщину листов

3. Определение характеристик принятого сечения

Рисунок 4. Поперечное сечение главной балки

;

4. Проверка принятого сечения по I и II группам предельного состояния

Где:

1. По допустимости нормальных напряжений

– проверка выполняется.

2. По допустимости касательных напряжений

– проверка выполняется.

3. По допустимости прогиба

– проверка выполняется.

5. Изменение поперечного сечения главной балки по длине

Сечение изменяем на расстоянии l_гб/6 от заделки, т.е на расстоянии 2,89 м от опоры.

Рисунок 5. Главная балка (вид сверху).

Момент и поперечная сила на расстоянии 1/6 L от опор (см. рис. 5):

Рисунок 6. Положение изменённых M и Q.

Определяем требуемую ширину полки в измененном сечении:

1. из условия прочности на изгиб:

2. из условия обеспечения общей устойчивости в зоне изменения сечения:

3. из условия удобства сопряжения узкой и широкой частей полки:

4. из условия размещения ребер жесткости:

Принимаем

Для измененного сечения пересчитываем площадь и момент инерции: