Выбор оптимального варианта балочной клетки
Необходимо сравнить два варианта балочных клеток. Сравнение производится по расходу материала, а также по количеству балок, определяющему трудоемкость монтажа и стоимость их перевозки. результаты которого заносятся в табл. 4.5. В качестве определяющего показателя при выборе оптимального варианта принимается расход стали (кг/м2). В том случае, если расход стали по вариантам отличается менее чем на 5 %, в качестве оптимального варианта принимается вариант с меньшим количеством монтажных элементов. Выявленный на основании сравнения оптимальный вариант принимается к дальнейшей разработке.
Анализируя показатели, представленные в табл. 4.5, можно сделать следующие выводы:
– для балочных клеток с применением стального настила (1-й и 2-й варианты) первый вариант предпочтительнее второго по расходу стали на 1 м2 рабочей площадки и по количеству монтажных единиц.
– для балочных клеток с применением железобетонного настила (3-й и
4-й варианты) третий вариант несколько уступает четвертому по расходу железобетона на настил, но значительно выгоднее по расходу стали на 1 м2 рабочей площадки и по количеству монтажных единиц.
Таблица 4.5
Сравнение вариантов балочной клетки (расход на 1 м 2
Рабочей площадки)
| Наименование элемента | Расход железобетона, м3/м2 | Расход стали, кг/м2 | Количество балок, шт. | Расход железо- бетона, м3/м2 | Расход стали, кг/м2 | Количество балок, шт. | ||
| Настил стальной
| ||||||||
| 1-й вариант | 2-й вариант | |||||||
| Настил | – | 62,8 | – | – | 62,8 | – | ||
| Балки настила | – | 26 | 62 | – | 11,4 | 132 | ||
| Вспомогательные балки | – | – | – | – | 19 | 26 | ||
| Суммарный расход стали | – | 88,5 | – | – | 93,2 | – | ||
| Настил железобетонный | ||||||||
| 3-й вариант | 4-й вариант | |||||||
| Настил | 0,12 | – | – | 0,1 | – | – | ||
| Балки настила | – | 19 | 26 | – | 15,75 | 56 | ||
| Вспомогательные балки | – | – | – | – | 17,44 | 18 | ||
| Суммарный расход материалов | 0,12 | 19 | – | 0,1 | 33,19 | – | ||
Принимаем третий вариант балочной клетки:
тип – нормальный;
настил – железобетонный толщиной t н = 12 см;
балки настила – стальные прокатные с шагом а1 = 3 м.
Прежде, чем приступить к дальнейшему проектированию элементов балочной площадки, необходимо принятый вариант согласовать с руководителем курсового проектирования.
РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
Применяют сечение главной балки двутавровое симметричное, сваренное из трех металлопрокатных листов, так как прокатные балки из-за ограниченности размеров профиля не могут удовлетворить требования по несущей способности и жесткости (большие пролеты и значительные нагрузки на балку).
Определение усилий
|
|
|
Расчетная схема однопролетной балки с шарнирным опиранием на колонны представлена на рис. 5.1.
Пролет главной балки l равен наибольшему расстоянию между колоннами L . Расстояние между главными балками b равно шагу колонн В.
Рис. 5.1. Расчетная схема главной балки
При частом расположении балок настила (а1 = 3 м) < (l/5 = 18/5 = 3,6 м) сосредоточенную нагрузку, передаваемую на главную балку от балок настила, заменяют равномерно распределенной нагрузкой, собираемой с соответствующей грузовой площади, так как ломаная эпюра изгибающего момента от сосредоточенных сил близка к кривой (см. рис. 4.10).
Нормативная нагрузка
Расчетная нагрузка
Расчетный изгибающий момент в середине пролета
Нормативный изгибающий момент
M n,max = αq n l2/8 = 1,04 · 94,44 · 182 / 8 = 3977,81 кН∙м.
Расчетная поперечная сила в опорном сечении
где a = 1,04 – коэффициент, учитывающий собственный вес главной балки (предварительно принимается a = 1,02 – 1,05).
Компоновка сечения
Компоновка сечения, т.е. определение размеров элементов в пределах принятого типа сечения (рис. 5.2), является технико-экономической задачей: необходимо выбрать размеры элементов сечения из предлагаемого перечня (сортамента) таким образом, чтобы удовлетворялись условия прочности, жесткости, общей и местной устойчивости, конструктивные требования при минимальном весе конструкции. Из определяемых параметров сечения балки (h, h w, t w, b f и t f ) наибольшее влияние на вес оказывает высота h.
|
|
|
Рис. 5.2. Сечение главной балки и эпюры распределения
напряжений σ и τ по сечению
В курсовой работе балку рассчитываем в упругой стадии работы, хотя при выполнении определенных условий (см. п. 4) составная сварная балка может рассчитываться с учетом пластических деформаций, при этом расчет на прочность балки переменного сечения следует выполнять только для одного сечения с наиболее неблагоприятным сочетанием усилий M и Q.
В первую очередь необходимо обеспечить прочность балки. Требуемый момент сопротивления балки, определяемый из условия прочности по нормальным напряжениям:
W n,min = Mmax/(R y γ c) =469036 / (24 · 1) = 19543,17 см3,
где R y = 23 кН/см2 при толщине проката более 20 мм;
R y = 24 кН/см2 при толщине проката t £ 20 мм.
Выполняем компоновку сечения балки таким образом, чтобы фактический момент сопротивления принятого сечения был не меньше требуемого (W x > W n ,min), тем самым обеспечим условие прочности.
Назначаем высоту сечения балки h, которая определяется максимально допустимым прогибом балки, экономическими соображениями и строительными габаритами площадки.
|
|
|
Наименьшая рекомендуемая высота балки hmin определяется жесткостью балки – ее предельным прогибом f u (второе предельное состояние). Условие жесткости при равномерно распределенной нагрузке по длине балки
где q n – суммарная погонная нормативная нагрузка на балку.
Из условия жесткости минимальная высота балки
где f u = 4,5 см – предельный прогиб главной балки пролетом l = 18 м, определенный по табл. 4.1.
Оптимальная высота балки по металлоемкости
где k = 1,2 – 1,15 для сварных балок (меньшее значение принимается для балок переменного сечения по длине);
t w – толщина стенки балки в см, определяемая по эмпирической зависимости с округлением до стандартной толщины листового проката:
t w = 7 + 3h/1000 = 7 + 3 · 1500 / 1000 = 11,5 мм. ≈ 12 мм.
Высоту разрезной балки можно принять приблизительно равной hmin (обычно в пределах от 1/10 до 1/13l: при пролете l = 18 м от 1,8 до 1,4 м); принимаем h = 1,5 м.
Соотношение между высотой балки и толщиной стенки оказывает большое влияние на экономичность сечения; при этом, чем относительно тоньше стенка, тем больше высота и выгоднее сечение балки. Рекомендуемые соотношения высоты балки и толщины стенки приведены в табл. 5.1. Если полученное соотношение h/t w не укладывается в рекомендуемые пределы, необходимо изменить t w и вновь вычислить величину h opt.
Таблица 5.1
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 434; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!