Исходные данные

Место строительства – Новосибирск, температура самой холодной пятидневки -34° С.

На конструкцию действуют следующие нагрузки:

1) постоянные нагрузки 0,5 кПа;

2) временные нагрузки 11 кПа.

Максимальная строительная высота перекрытия 1,2 м.

Отметка верха перекрытия 7,0 м.

1. Выбор стали и сварочных материалов

1. Выбор стали несущих конструкций

Стали для строительных конструкций принимают в соответствие с табл. 50 [4], в зависимости от степени ответственности конструкции зданий и сооружений, условий их эксплуатации и климатического района строительства.

Место строительства - город Новосибирск, где температура самой холодной пятидневки Т= - 34 ^оС, с обеспеченностью 0,98. Климатический район строительстваII₅(t≥-30 °С).

Таблица 1

Элемент конструкции	№ группы	Сталь	Заменитель	Ryn, МПа	Run, МПа	Ry, МПа	Ru, МПа
Настил	3	09Г2С	С345	240	360	240	360
Балка настила	3	09Г2С	С345	240	360	240	360
Главная балка	2	09Г2С	С345	265	380	260	370
Колонна	3	09Г2С	С345	240	360	240	360

2. Выбор сварочных материалов

1. Сварку балок настила с настилом осуществляем ручной дуговой сваркой электродами типа Э46А ГОСТ 9467-75, в соответствие с табл. 56 [4].

2. Для сварки поясных швов главной балки будем использовать автоматическую сварку под слоем флюса. Марку флюса и проволоки выбирают из табл. 55 [4]. Применим сварочную проволоку Св-08Г2С ГОСТ 2246-70, диаметром 4мм,

флюс АН – 60.

3. Ребра жесткости привариваются механизированной сваркой в среде СО₂, проволокой Св-08Г2С, диаметром 1,8 мм.

О свариваемости стали, известного химического состава (химический состав стали ВСт3сп5 приведён в табл. 2) судят по углеродному эквиваленту. Для этого каждый легирующий элемент оценивают с точки зрения его влияния на твердость (закаливаемость) стали по сравнению с влиянием углерода. Эквивалентное содержание углерода может быть определено из выражения:

(1.1)

Таблица 2

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
0.14-0.22	0.15-0.3	0.4-0.65	до 0.3	до 0,05	до 0.04	до 0.3	до 0.008	до 0.3	до 0.08

Стали, с углеродным эквивалентом не более 0,45, свариваются без дополнительных технологических приёмов. Для стали ВСт3сп5 углеродный эквивалент, при наибольшем процентном содержании углерода, равен C_Э= 0,4283. Эта сталь при обычных способах сварки не даёт трещин. Сварка ведётся без подогрева и после не требует последующей термообработки, соединения оказываются равнопрочными основному металлу.

2. Расчет стального настила

1. Расчет плоского настила.

В данной конструкции настила примем схему, представляющую собой гибкую пластину шарнирно прикрепленную к не смещаемым опорам (рис.1). Это так называемый плоский настил. В такой схеме настил воспринимает наряду с изгибными напряжениям растягивающие, возникающие в результате несмещения опор и появления распора.

Коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки — γ_pq =1,2; для постоянной нагрузки — _pp = 1,1; коэффициент условия работы _fg = 1,05.

Методика расчета стального настила основана на представлении его работы как гибкой пластины, изгибаемой по цилиндрической поверхности.

При нагрузках не превышающих 50 кН/м², и предельном относительном прогибе

f_u/l≤ 1/150, фактором, определяющим толщину плоского настила является жесткость, поэтому расчет ведут на нормативную нагрузку.

Рисунок 1 - Расчетная схема плоского настила.

Толщину листа настила можно определить по приближенной формуле:

, (2.1)

где:

l_n– пролет настила (расстояние между балками настила), установим два варианта шага балок настила – 1,0 и 2,0 м,

t_н- толщина настила,

- допустимое отношение пролета настила к его предельному прогибу;

- модуль упругости при отсутствии поперечной деформации,

- коэффициент Пуассона,

- модуль упругости,

;

- нормативное значение нагрузки,

p_Н– постоянная нормативная нагрузка,p_Н= 0,6 кПа,

g_Н– временная нормативная нагрузка,g_Н= 20 кПа;

Таким образом, получаем:

Размеры настила: ширина 12 м, длина 14 м.

Исходя из этого:

при l = 1,0 м - 14 балок, 13 пролетов;

при l = 2,0 м - 7 балок, 6 пролетов.

Распор H, на действие которого проверяют сварные швы, присоединяющие настил к балкам, определяют по формуле

(2.2)

Для шага 1,0 м:

Для шага 2,0 м:

Расчетное значение катета углового шва, прикрепляющего настил к балкам, определяют по формулам:

(2.3)

, (2.4)

где

R_wf,R_wz —расчетноесопротивление сварных угловых швов по ме­таллу шва и по металлу границы сплавления соответ­ственно, принимаемые по табл.3, [4];

_f,_z- коэффициенты, принимаемые по табл.34 [4], _f = 0,7; _z= 1,0;

_wf, _wz- коэффициенты условий работы сварного шва,_wf = _wz = 1;

_с=1 - коэффициент условия работы,

l_w – расчётная длина, учитывающая дефекты сварки,

Принимаемый окончательно катет шва должен быть не более толщины настила.

Катет углового шва k_f, прикрепляющего настил к балкам, выполненного ручной сваркой, определим по формулам:

Первый вариант:

С учетом требований табл. 38 [4] принимаем k_f = 4 мм.

Второй вариант:

С учетом требований табл. 38 [4] принимаем k_f = 4мм.

2. Расчет балки настила по прочности

Каждую балку в перекрытии рассматривают раздельно, не связанной с другой (разрезная схема). Нагрузка на балку настила передается от настила с участков перекрытия, расположенных на смежных от балки пролетах. Следовательно, ширина грузовой площади для балок настила равна шагу этих балок или пролету настила.

Равномерно распределенная погонная нагрузка на балку:

(2.5)

где

p_Н– постоянная нормативная нагрузка,p_Н= 0,6 кПа,

g_Н– временная нормативная нагрузка,g_Н= 20 кПа;

γ_pp– коэффициент надёжности по постоянной нагрузке, γ_pp= 1,1;

γ_pq– коэффициент надёжности по временной нагрузке, γ_pq= 1,2;

ρ – плотность стали, ρ = 7850 кг/м³;

g– ускорение свободного падения,g= 9,81 м/с²;

t_Н– толщина настила;

γ_fg– коэффициент надёжности по собственному весу, γ_fg= 1,05;

l_n– шаг балок настила.

Отсюда,

Рисунок 2 – Эпюры изгибающих сил и моментов

Подбор сечения балок настила производят по максимальному изгибающему моменту:

(2.6)

где

q - равномерно распределенная расчетная погонная нагрузка;

l₃ - пролет балки, l₃ = 4,0 м.

Отсюда

Далее определяем требуемый момент сопротивления, по которому находим из сортамента нужную балку. Сечение балки принимаем двутавровое. Тип балки – двутавры стальные горячекатаные ГОСТ 8239-89.

Требуемый момент сопротивления

(2.7)

где

С₁ – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению, С₁ = 1,1;

R_y – расчётное сопротивление стали по пределу текучести,

γ_с – коэффициент условий работы, γ_с = 0,95.

Отсюда

В результате, получаем две балки:

1. двутавр №22, W_n = 232,0 см³; J_x = 2550 см⁴; P = 24,0 кг/м;

2. двутавр №30, W_n = 472,0 см³; J_x = 7080 см⁴; P = 36,5 кг/м.

3. Расчёт балок настила на жёсткость

Подбор сечений прокатных балок по жесткости идет на основе требуемой величины предельного относительного прогиба f_u/l= 1/200, который определяется по табл. 19 [3].

Проверка по жесткости осуществляется по формуле:

_(2.8)

где:

[f_u/l] = 1/200- предельный относительный прогиб.

Тогда

Жесткость балок настила обеспечена.

4. Расчёт веса настила

Для выбора окончательного варианта балки настила необходимо вычислить массу всего настила и выбрать вариант с наименьшей массой.

Массу настила определим:

(2.9)

где

m_Н – масса настила,

m_Б – масса балки настила,

P – погонная масса двутавра, P₁ = 24,0 кг/м, P₂ = 36,5 кг/м;

n – количество балок, n₁ = 14 шт, n₂= 7 шт.

Отсюда

Таким образом, оптимальным вариантом является двутавр №22 с шагом 1 м и толщиной настила 6 мм.