Расчет главной балки - Проектирование рабочей площадки производственного здания
Расчет главной балки выполняют как свободно опертой, несущей сосредоточенную нагрузку. При наличии на балке пяти и более сосредоточенных грузов расчет ее можно производить на равномерно распределенную нагрузку, эквивалентную по интенсивности сосредоточенным грузам.
Высоту балки определяют исходя из технических и экономических соображений. В первом приближении ее можно принять равной 1/10 пролета. Наиболее целесообразной является оптимальная высота, при которой сечение балки получается наименьшим, что приводит к минимальному расходу металла. Вторым критерием является минимальная высота h, которая обеспечивает полное использование металла при прогибах, не превосходящих предельные. Относительный прогиб не должен быть больше 1/400 (0,0025) пролета.
Во всех случаях высоту балки следует назначать близкой к оптимальной, но не меньше минимальной и не больше заданной строительной высоты с учетом толщины настила.
Толщина стенки балки назначается исходя из обеспечения ее работы на срез.
Пояса в сварных балках принимаются из одинаковых листов универсальной стали по ГОСТ.
Подбор сечения сварной главной балки
Материал балки - сталь С235, RY=230 МПа=23кН/см2, RСр=135 МПа=13,5 кН/см2.
Вес настила и балок настила 1,17 кН/м2.
Предельный прогиб [f/l]=1/400=0,0025.
Шаг балок l=7,5 м, пролет L=15 м.
Максимально возможная строительная высота перекрытия 1,5 м.
Нормативная погонная нагрузка на главную балку:
кН/м
Расчетная погонная нагрузка на главную балку:
кН/м
Расчетный изгибающий момент:
кН*м=354970 кН*см
Расчетная поперечная сила:
кН
Требуемый момент сопротивления для поперечного сечения балки с учетом упругопластической работы (С1=1,1)
см3
Сечение балки принимаем в виде сварного двутавра. Определим высоту сечения балки.
Минимальная высота балки:
См
Оптимальная высота:
См
Толщину стенки находим, задавшись h= L*1/10 =1500 мм, по приближенной формуле:
мм
Принимаем tW=12 мм.
Обращаясь к сортаменту сталей, принимаем высоту стенки балки h = 140 см, так как ближайшая ширина листа 125 см меньше h = 129 см. С учетом толщины полки балки, которую в первом приближении примем равной 2,5 см, назначим высоту балки h = 145 см и сопряжение балок в одном уровне.
Из условия работы на срез толщину стенки определим по формуле:
См
Чтобы не принимать продольных ребер:
См
Сравнивая полученные толщины стенки, принимаем tW = 10 мм, так как она отвечает условию прочности на действие перерезывающей силы и не требует укрепления стенки продольными ребрами жесткости.
Размеры горизонтальных поясных листов определим исходя из необходимой несущей способности балки.
Требуемый момент инерции сечения балки:
JMp=WMp*h/2=14030*145/2=1017175 см4
Находим момент инерции балки, принимая толщину поясов tf=2,5 см:
HW=h-2*tF=145-2,5*2=140 см
JW=tW*hW3/12=1*1403/12=228667 см4
Момент инерции поясных листов:
JF=JMp-JW=1017175-228667=788508 см4
Требуемая площадь сечения поясов балки:
См2,
Где h0=h-tF=145-2,5=142,5 см
Моментом инерции поясов относительно их собственной оси пренебрегаем.
Принимаем по ГОСТ 82-70 пояса из универсальной стали 420 x 25 мм, для которой отношение bN/h = 420/1450 = 0,29 находится в пределах 0,2...0,5, обеспечивающих общую устойчивость.
Вес погонного метра балки:
Q=1*А*г=1*(2*0,42*0,025+1,4*0,01)*78,5=2,75 кН/м
Уточним нагрузки с учетом собственного веса балки.
Расчетная погонная нагрузка:
кН/м
Расчетный изгибающий момент:
кН*м
Расчетная поперечная сила:
кН
Уточним принятый ранее коэффициент пластической работы С1
AF=bF*tF=42*2,5=105 см2
AW=hW*tW=140*1=140 см2
AF/AW=105/140=0,75
По таблице приложения получим С1=1,095?1,1.
Проверяем принятую ширину (свес) поясов, исходя из их местной устойчивости.
Проверяем подобранное сечение по прочности. Момент инерции и момент сопротивления подобранного сечения балки:
JX=JW+JF=JW+2*bF*tF*(h0/2)2=228667+2*42*2,5*(142,5/2)2=1294745 см4
см2
Наибольшее нормальное напряжение в балке:
КН/см2
Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и имеет недонапряжение 19%. Проверки прогиба балки делать не нужно, так как принятая высота сечения больше минимальной.
В целях экономии стали изменим сечение полки на участке от опоры до 1/6 пролета.
Расчетный изгибающий момент в сечениях х = L/6 = 15/6 = = 2,5 м.
кН*м
Q1=q*(L/2-x)=129,1*(15/2-2,5)=645,5 кН
Требуемый момент сопротивления:
см3
См4
Т. к. JW=1*1403/12=228667 см4, то момент инерции полок:
J1f=J1-JW=635825-228667=407158 см4
Требуемая площадь поясных горизонтальных листов:
см2,
Где h0 - расстояние между центрами тяжести полок.
Принимаем полку из листа 210х25 мм, что удовлетворяет условиям:
B1?1/10*h=145 мм
B1>180 мм и b1?bF/2=420/2=210 мм
Проверим принятое сечение на прочность.
Момент инерции принятого сечения:
J1=JW+2*b1*tF*(h0/2)2=228667+2*21*2,5*(142,5/2)2=761706 см4
Момент сопротивления:
см2
Нормальное напряжение в месте изменения сечения балки:
КН/см2
Максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:
кН/см2,
Где S1 - статический момент полусечения балки:
см3
Проверим совместное действие нормальных и касательных напряжений на уровне поясного шва в месте изменения сечения балки:
кН/см2,
Где кН/см2
кН/см2,
Где SF1=b1*tF*(h0/2)=21*2,5*142,5/2=3741 см3
Прочность балки обеспечена.
Общую устойчивость не проверяем, так как сжатый пояс балки раскреплен жестким настилом.
Проверим местную устойчивость стенки.
Определим необходимость постановки ребер жесткости
Вертикальные парные ребра жесткости необходимы.
В зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой, так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы. Определим длину зоны использования пластических деформаций в стенке:
см
Принимаем расстановку вертикальных парных ребер жесткости в местах закрепления вспомогательных балок и посредине между балками, т. е. с шагом 150 см.
Поскольку =4,8 >3,2, проверку устойчивости стенки следует производить.
Устойчивость стенки проверяем в месте изменения сечения балки.
Для отсека в месте изменения сечения М=2017,2 кН*м и Q=645,5 кН.
Действующие напряжения:
кН/см2
кН/см2
Находим критические напряжения.
Критическое касательное напряжение:
кН/см2,
Где м=a/hW=150/140=1,07 - отношение большей стороны пластины к меньшей.
Определяем степень упругости защемления стенки в поясах:
,
Где в=0,8 - для всех балок, кроме подкрановых.
кН/см2,
Где СКр = 34,6 - по таблице приложения
Проверим местную устойчивость стенки по формуле:
Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена.
Рассчитываем поясные швы сварной балки. Швы выполняем двухсторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08А.
Определяем толщину шва в сечении у опоры.
По табл. 5.1 [2] определяем =180 МПа =18 кН/см2 для металла сварного шва, а по прил. 4[2] =162 МПа = 16,2 кН/см2 для металла по границе сплавления.
По табл. 8 прил. или табл. 5.3 [2] определяем вШ = 1,1 и вС = 1,15. Определяем опасное сечение шва
Опасным сечением оказалась граница сплавления.
См
Принимаем по табл. 9 прил. и табл. 5.4 [2] минимально допустимый при толщине пояса tF= 25 мм шов kШ = 7 мм, что больше получившегося по расчету kШ= 1,3 мм.
Назначаем размеры промежуточных поперечных ребер жесткости.
Ширина ребра bР ? hW/30 + 40 = 1400/30 + 40 = 87 мм. Принимаем bР = 90 мм.
Толщина ребра tР? bP/15 = 90/15 = 6,0 мм. Принимаем 6 мм.
Производим расчет опорных ребер жесткости. Требуемую площадь опорного ребра находим по смятию торца:
АР=Q/RСм*гС=968,3/34,3*1=28,2 см2,
Где RсМ = 34,3 кН/см2 - расчетное сопротивление смятия торцевой поверхности.
Принимаем толщину ребра tР = 1,8, тогда bР = 28,2/1,8 = 15,7 см. Окончательно принимаем сечение ребра 200 х 18 мм.
Сечение удовлетворяет условию:
,
Значит местная устойчивость обеспечена.
Проверим опорную стойку балки на устойчивость относительно оси z. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:
См
А=АР+tW*bСт=20*1,8+1*19,5=55,5 см2
См4
См
Л=h/iZ=145/4,65=31,2
По табл. 5 прил. ц=0,929
кН/см < гC*RY=23 кН/см2
Устойчивость опорного ребра обеспечена.
Выполним расчет сопряжений вспомогательной балки с главной балкой.
Расчет сопряжений балок в одном уровне сводится к определению количества или диаметра болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу с помощью поперечного ребра жесткости.
Расчетной силой является опорная реакция балки, увеличенная на 20% вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.
Расчетная погонная нагрузка на вспомогательную балку составила 47,49 кН/м. При пролете балки настила l = 7,5 м:
КН
Целесообразно для сопряжения балок принимать 2 или 3 болта. Возьмем 3 болта нормальной точности по ГОСТ 7798-70 (RДCp= 16 кН/см2). Определим диаметр болта:
D*Q/3=nСр* RДCp *р*d/4,
Где nСр - количество рабочих срезов болта.
См.
В соответствии с рекомендациями ([2], табл.6.3) принимаем 3 болта диаметром 24 мм.
Расчет и конструирование монтажного болтового стыка в сварной главной балке.
Пролет балки 15 м, максимальная величина отправочной марки - 10 м.
Принимаем расположение монтажного стыка с учетом заданной максимальной величины отправочной марки и его размещения на расстоянии не менее 0,5 м от ребер жесткости в широкой части пояса балки.
Назначаем размеры отправочных марок 5,2 и 9,8 м.
Поперечные размеры стыковых накладок поясов и стенки примем в соответствии с размерами сечения балки. Площадь сечения накладок должна быть не менее площади пояса или стенки. Толщину накладок на стенку балки целесообразно назначить равной толщине стенки.
При толщине пояса в 25 мм примем толщину накладок в 14 мм. Толщину накладок на стенку балки назначим равной ее толщине -- 10 мм.
Расчетный изгибающий момент в сечении, отстоящем на расстояниях х = 5,2 м от левой опоры:
M=0,5*q*x*(L-x)=0,5*129,1*5,2*(15-5,2)=3289 кН*м
Расчетная перерезывающая сила:
Q=q*(0,5*L-x)=129,1*(0,5*15-5,2)=297 кН
К расчету примем высокопрочные болты диаметром d = 20 мм из стали 40Х "селект". Расчетное сопротивление высокопрочного болта RBn= 110 кН/см2.
Определим несущую способность болта d = 20 мм, имеющего две плоскости трения (k = 2):
NB=0,7*RBn*ABn*k*гB*м/гN=0,7*110*2,45*2*1*0,42/1,02=155 кН,
Где ABn = 2,45 см2 -- площадь нетто сечения болта d = 20 мм (см. прил. табл. 10);
ГB = 1 -- коэффициент условий работы при 10 и более болтов в соединении;
М = 0,42 -- коэффициент трения при газопламенной обработке двух поверхностей без консервации;
ГN = 1,02 -- коэффициент надежности, учитывающий способ регулирования натяжения болта по углу закручивания.
Стык поясов.
Пояс балки перекроем тремя накладками сечением 420х14 и 2х180х14 мм общей площадью сечения 42*1,4 + 2*18*1,4 = 109 > AF = 42*2,5 = 105 см2.
Усилие в поясе:
NF=MF/h0=216179/142,5=1517 кН,
Где MF=M*JF/JX=354970*788508/1294745=216179 кН*см
Количество болтов для прикрепления накладок:
П = NF /NB =1517/155 = 9,8,
По условиям размещения (рис. 3) принимаем n=16 болтов. Длина накладок -- 68 см.
Стык стенки.
Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 1340 х 280 х 10 мм.
Момент, приходящий на стенку:
КН*см
Принимаем aMax=126 см.
Найдем коэффициент стыка:
,
Где m - число вертикальных рядов болтов на полунакладке.
По таблице для б=1,61 принимаем количество рядов болтов по вертикали k = 8.
Принимаем по два болта в горизонтальном ряду полунакладки и 8 рядов по вертикали по 18 см. Общее количество болтов на полунакладке равно 16.
Проверим прочность стыка стенки с учетом действия момента и поперечной силы:
КН
=0,182+0,542+0,902+1,262=2,72 см
V=Q/h=297/16=18,6 кН
Прочность монтажного стыка на высокопрочных болтах обеспечена.
Похожие статьи
-
Подбор сечения главной балки Балки проектируют сварными из трех листов. I. Исходные данные: 1. Пролет балки L=18 м; 2. Шаг колонн l = 6 м; 3....
-
Общие указания При определении места стыка следует исходить из предположения, что по условиям транспортировки балка должна быть разделена на две...
-
Момент инерции ослаблений (отверстиями) сечения пояса: . То же сечения стенки: , (размеры показаны на рис. 17). Момент инерции ослаблений всего сечения:...
-
Конструкция ребер на опорах А и Б Сечения опорных ребер представлены на рис. 15. Рис. 15. Расчетные сечения опорных ребер Определение размеров опорных...
-
Расчет колонны - Проектирование рабочей площадки производственного здания
Сечение сплошной колонны обычно принимают в виде широкополочного двутавра. Сквозную колонну конструируют из двух швеллеров прокатного профиля, связанных...
-
Расчет сопряжения балки настила с главной балкой - Проектирование балочной клетки
Расчет сопряжения балок заключается в определении числа болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу. Расчетной силой является опорная...
-
Расчет монтажного стыка сварной балки - Металлические конструкции рабочей площадки
I. Исходные данные: 1. M = , Q = 0; сталь С 245, RY = 23 кН/см2; 2. Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 24 мм из стали 40Х"селект", RBun = 110...
-
Расчет прокатных балок - Проектирование рабочей площадки производственного здания
Расчет балок настила и вспомогательных балок выполняется так же, как для однопролетных шарнирно опертых с равномерно распределенной нагрузкой. Шаг...
-
Расчет главной балки, Подбор сечения главной балки - Расчет технологической площадки
Проектирование балок составного сечения выполняем в два этапа: на первом этапе компонуем и подбираем сечения, а на втором - проверяем балку на прочность,...
-
Определение размеров плиты в плане Сначала необходимо определить расчетное сопротивление смятию бетона фундамента: Где:площадь верхнего обреза...
-
Расчет опорного ребра балки - Металлические конструкции рабочей площадки
Сталь С 245; RY = 24 кН/см2; RР = 36 кН/см2 - расчетное сопротивление на смятие. Рис. 5 Опорная реакция балки: КН Определяем площадь смятия торца ребра...
-
Компоновка сечения главной балки - Расчет технологической площадки
Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты балки. Предварительно задаемся высотой балки. Определяем толщину стенки Tw по эмпирической...
-
Расчет поясных швов - Рабочая площадка промышленного здания
Расчет производится согласно пункту 11.16 [1] по формулам: 1) по металлу шва (сечение 1-1 рис. 14); 2) по границе сплавления (сечение 2-2 рис.14). В...
-
Расчет ступенчатой колонны, Проектирование верхней части колонны - Одноэтажное промышленное здание
Расчетные длины верхней и нижней частей колонны: Где L1 = HН = 13,63 м - длина нижнего участка колонны; L2 = HB = 7,17 м - длина верхнего участка...
-
Расчет балки настила, Подбор сечения балки настила - Расчет технологической площадки
Подбор сечения балки настила Требуемый момент сопротивления сечения балки "нетто" для случая упругопластической работы при изгибе балки в одной из...
-
По пункту 7.24 [1] местная устойчивость обеспечена, если: , Где - величина неокаймленного свеса. В нашем случае: Устойчивость пояса обеспечена. Проверка...
-
Расчет траверсы, Расчет оголовка колонны - Металлические конструкции рабочей площадки
Рис. 9 Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам, и не учитываем швы,...
-
Подбор основного сечения - Рабочая площадка промышленного здания
Вначале производим расчет без учета пластических деформаций. 1. Требуемый момент сопротивления сечения: . 2. Задаемся гибкостью стенки . Рекомендуется...
-
Определение нагрузок Предварительно назначаем размеры второстепенной балки: H = 35 см, b = 15 см. Ребро второстепенной балки монолитно связано с плитой и...
-
Расчет базы колонны - Проектирование рабочей площадки производственного здания
Конструкция крепления базы колонны (рис. 4) к фундаменту должна соответствовать принятой расчетной схеме колонны. Крепление базы колонны к фундаменту...
-
Рабочие площадки располагаются внутри производственного здания и служат для размещения на них стационарного и подвижного оборудования, складов материалов...
-
Установление размеров планок Принимаема=25см. Длина планки принимается такой, чтобы края планки заходили на полки швеллера на 30-40 мм: Чтобы избежать...
-
Расчет стойки, Расчет узлов фермы - Производственное здание
Растянутую стойку проектируем из арматурной стали класса S400 в виде одиночного тяжа. Требуемая площадь поперечного сечения которого определяется из...
-
Расчетная схема Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий представлена (на Рис. 6). Учитывая малую величину распределенной нагрузки от...
-
По табл. 34 [1] принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой диаметром d<1,4 мм при нижнем положении шва, тогда коэффициенты,...
-
Изменение сечения главной балки по длине - Расчет технологической площадки
Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в местах снижения моментов (для разрезных балок - у опор). Это...
-
Расчет клеедощатой колонны, Нагрузки на колонну - Одноэтажное деревянное здание
Нагрузки на колонну Нагрузка от покрытия и снега на колонну передается в виде опорных реакций. От покрытия: N = Rа=(g+gсв)-B-l/2 = (0,628+0,207)-6-33/2 =...
-
Расчет стен - Проектирование производственного здания с проверкой на огнестойкость
Для расчета стены на несущую способность использованы следующие данные: Простенок длиной 1500 мм и шириной 300 мм; бетон класса В25; , ; армирование...
-
Расчет плиты - Проектирование производственного здания с проверкой на огнестойкость
Для расчета плиты на несущую способность использованы следующие данные: Балочная плита перекрытия; высота плиты H = 300 мм, ширина B = 3000 мм, длина L =...
-
Расчет колонн Для расчета колонны на несущую способность использованы следующие данные: Железобетонная колонна сечением 400Ч300 мм; бетон тяжелый класса...
-
Расчет несущего настила балочной клетки I. Исходные данные: 1. Нормативная равномерно распределенная временная нагрузка: pN = 22 кН/м2 = 0,0022 кН/см2;...
-
Этот расчет выполнять не следует, т. к. в п. 5.5 принято этажное сопряжение (если hопт, следует принять этажное сопряжение. У нас >hопт=118 см.) Расчет...
-
Сбор нагрузок выполнен в таблице 1. Таблица 1 Нагрузка на 1м2 настила Вид нагрузки Нормативная нагрузка gн, т/м2 Коэффициент надежности по нагрузкегf...
-
Проверка жесткости балки, Проверка прочности балки - Расчет технологической площадки
Проверка второго предельного состояния ведем путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для...
-
Расчет главной балки - Конструирование и расчет узлов металлической сварочной конструкции
Главная балка воспринимает нагрузку от вспомогательных балок. Нагрузку можно считать равномерно-распределенной, так как число опирающихся по длине балки...
-
Опорные моменты вычисляют в программном комплексе "RADUGA-BETA" Различные схемы загружения постоянной и временной нагрузкой приведены в табл.3. Расчет...
-
Проверка прочности Проверку прочности по нормальным напряжениям элементов, изгибаемых в одной из главных плоскостей, следует выполнять по формуле: , (22)...
-
Опорный узел Опорный узел выполняют из листовой стали марки ВСтЗкп 2-1 по ТУ 14-1-3023-80. Упорная плита Плиту с ребрами жесткости, в которую упирается...
-
Расчет колонны, Расчет сплошностенчатой колонны - Металлические конструкции рабочей площадки
Расчет сплошностенчатой колонны Исходные данные: 1. Длина колонны L=9м, колонна защемлена внизу и шарнирно закреплена вверху; 2. Марка стали С 235,...
-
Максимальный изгибающий момент в середине пролета панели покрытия составит: Проверяем устойчивость сжатой обшивки: Где Kpf - коэффициент продольного...
Расчет главной балки - Проектирование рабочей площадки производственного здания