Исходные данные на проектирование стальной балочной клетки

Рабочие площадки служат для размещения производственного оборудования на определенной высоте в помещении цеха промышленного здания. В конструкцию площадки входят колонны, балки, настил и связи (рис. 1). Система несущих балок стального покрытия называется балочной клеткой.

Балочные клетки могут быть упрощенного, нормального или усложненного типа (рис.2).

Исходные данные:

временная нагрузка — q^Н_{0 = 12 кН/м²;}

толщина настила площадки нормального типа — 12 мм толщина настила площадки усложненного типа — 6 мм пролет главной балки — 17,50 м пролет вспомогательной балки — 7,00 м габарит помещения под перекрытием — h = 6,6 м отметка верха настила (ОВН) — Н = 8,4 м тип сечения колонны — сплошная сталь настила и прокатных балок — С235.

сталь главной балки и колонны — С375.

Расчет стальной балочной клетки

Разработка вариантов стальной балочной клетки

Вариант 1. Балочная клетка нормального типа

Расчет настила Таблица 1 Сбор нагрузки на 1 м² настила.

Средняя величина коэффициента надежности по нагрузке.

Примем расчетную схему настила Сварные швы крепления настила к балкам не дают возможности его опорам сближаться при изгибе. Поэтому в настиле возникают растягивающие цепные усилия Н. Изгиб настила происходит по цилиндрической поверхности. Цилиндрический модуль упругости стали определяется по формуле: балочный клетка колонна.

В расчете определим наибольший пролет полосы настила единичной ширины при заданной толщине листа t_{Н = 0,012 м и предельном прогибе :}

После подстановки величин qⁿ и t_Н в формулу, получаем:

Принимаем L = 1,944 м, т. е. пролет L_{Н укладывается 9 раз по длине главной балки. Предельный прогиб для заданного пролета. Вычисляем наибольший пролет: Lmax = 2,12 м. По расчету принимаем LН = 1,944 м.}

Проверка прогиба настила.

Вычислим балочный прогиб, т. е. прогиб от поперечной нагрузки в середине полосы шириной b = 1 м, имеющий цилиндрическую жесткость Е_{1J, без учета растягивающей силы Н:}

Прогиб настила с учетом растягивающей силы Н:

коэффициент найдем по формулам.

Прогиб настила :

Относительный прогиб:

Предельный прогиб: — проверка удовлетворяется.

Проверка прочности настила:

Изгибающий момент с учетом приварки настила на опорах:

Растягивающая сила.

Проверка прочности полосы настила шириной b = 1 м.

.

где W=(t²_Н)/6 =0,012²/6 = 2,410^-5 м³

_СR =1,1230 = 253 МПа, где R=230 МПа — расчетное сопротивление проката по табл. 51^* СНиП II-23−81^*

_СR — условие выполняется.

Расчет сварного шва крепления настила к балке.

1. Расчет по металлу шва коэффициент глубины провара шва _{f = 0,7 (табл. 34^* СНиП II-23−81^*)}

коэффициент условия работы шва _{wf = 1 (по п. 11.2 СНиП II-23−81^*)}

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23−81^* принимаем электроды типа Э42. Расчетное сопротивление металла шва R _wf = 180 МПа.

_{f wf} R _wf = 0,7 1 180 = 126 МПа

2. Расчет по металлу границы сплавления.

коэффициент глубины провара шва _{z = 1,0 (табл.34 СНиП II-23−81^*)}

коэффициент условия работы шва _{wz = 1 (п. 11.2^* СНиП II-23−81^*)}

Расчетное сопротивление по металлу границы сплавления:

R _wz = 0,45 R_un = 0,45 360 = 162 МПа (по табл. 3 СНиП II-23−81^*),.

R_un — нормативное сопротивление фасонного проката.

_{z wz} R _wz = 11 162 = 162 МПа

Минимальная из величин при расчетах по металлу шва и по металлу границы сплавления ( _w R _w)_min = 126 МПа Требуемый катет шва.

Принимаем К_{f = Кfmin = 5 мм Расчет балки настила Балку рассчитываем как свободно опертую, загруженную равномерной нагрузкой. Пролет равен шагу главных балок 7 м.}

Погонную нагрузку собираем с полосы шириной, равной пролету настила L_{Н = 1,944 м.}

а) нормативная нагрузка:

q^H_б = qⁿ L_H + g^H_б = qⁿ L_H + 0,02 qⁿ L_H = 12,924 1,944 + 0,02 12,924 1,944 = 25,63 кН/м,.

где в первом приближении вес балки принимаем равным 2% от нагрузки.

б) расчетная нагрузка:

q_б = q L_H + g^H_бf = 15,37 1,944 + 0,502 1,05 = 30,41 кН/м

Изгибающий момент от расчетной нагрузки.

Требуемый момент сопротивления.

.

где с_{1 = 1,1 — коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении.}

Требуемый момент инерции по предельному прогибу (при L_{бн = 7 м n0 = 202,78)}

Принимаем двутавр № 40Б1 ГОСТ 26 020–83 (J_х = 15 750 см⁴, W_х = 803,6 см³, А = 61,25 см², b_f = 165 мм, t_f = 10,5 мм, t_w = 7,0 мм, h = 39,2 см, масса m_бн = 48,1 кг/м) Уточним коэффициент с₁:

площадь сечения стенки А_w = t_w (h- 2t_f) = 0,7(39,2 — 2 1,05) = 25,97 см²

площадь сечения полки А_f = (A — A_w) 0,5 = (61,25 — 25,97) 0,5 = 17,64 см²

По табл. 66 СНиП II-23−81^* коэффициент с = 1,091. Принимаем с_{1 = с.}

Уточним собственный вес балки и всю нагрузку а) нормативная.

q^H_б = qⁿ L_H + m_бн g = 12,924 1,944 + 48,1 9,81 10^-3 = 25,60 кН/м

б) расчетная.

q_б = q L_H + m_бн g_f = 15,37 1,944 + 48,1 9,81 10^-3 1,05 = 30,37 кН/м

Максимальный изгибающий момент.

Проверка нормальных напряжений.

Условие прочности удовлетворяется с недонапряжением (253−212,17)100%/ 253 = 16,1%.

Расчетная перерезывающая сила на опоре.

Q_max = q_б L/2 = 30,37 7 0,5 = 106,3 кН

Проверка касательных напряжений на опоре.

.

где h_w = h — 2t_f = 39,2 — 2 1,05 = 37,1 см

= 40,51 МПа R_{S S} = 0,58 230 1,1 = 146,7 МПа

Условие прочности выполняется с большим запасом Проверка прогиба балки.

— проверка выполняется Высота покрытия по главным балкам определяется как высота балки настила плюс толщина настила: h _П = h_бн + t_н = 392 + 12 = 404 мм

Расход стали на настил и балки настила.

m₁ = t_н + m_б/L_н = 7850 0,012+ 48,1/1,944 = 118,94 кг/м².