- За першим варіантом m _I = 108,93 кг / м ^2.
- По другому варіанту m _II = 88,72 кг / м ^2.
Висновок: по витраті стали більш економічний другий варіант. Тому до подальшого проектування приймаємо другий варіант ускладненою балочної клітки. Сполучення допоміжної і головною балок може бути поверхове або в зниженому рівні. Тип сполучення визначиться після розрахунку висоти головної балки.

2.1. Проектування складовою зварний головної балки
Розрізна головна балка завантажена зосередженими навантаженнями. Навантаження на балку передаються в місцях обпирання на неї допоміжних балок. Зосереджені сили (G - від постійного навантаження і P від ​​тимчасової) підраховуються за вантажною площі, що дорівнює добутку прольотів допоміжної балки та балки настилу:

Розрахункова схема головної балки
Таблиця 2.1. - Збір навантаження на головну балку G + P

	Найменування навантаження	Нормативна навантаження,		Розрахункове навантаження,
1	Тимчасова навантаження	432,9	1,2	519,48
2	Власний вага настилу і балок	20,93	1,05	21,97
3	Власний вага головної балки (попередньо приймаємо 3% від тимчасового навантаження)	12,987	1,05	13,64
Разом G + P		466,817		555,09

Коефіцієнт
2.1.1. Підбір перерізу головної балки
Перетин складовою зварної балки складається з трьох аркушів: вертикального - стінка і двох горизонтальних - полиць.
У нашому прикладі (при п'яти вантажі в прольоті) розрахунковий згинальний момент:
кНм.
Для прийнятої товщини листів полиць t _f 20 мм розрахунковий опір сталі С245 одно R _y = 240 МПа.
Коефіцієнт умови роботи У першому наближенні з ₁ = 1,1.
Необхідний момент опору:
W _TP =
Висота перерізу балки h попередньо визначається за співвідношенням між h _{ОПТ. W;}
h _{ОПТ. f} і h _min, де h _{ОПТ. W} - оптимальна висота перерізу з умови міцності; h _{ОПТ. f.} - оптимальна висота перерізу з умови жорсткості; h _min - висота перерізу з умови мінімальної жорсткості, при забезпеченні міцності.
1. Оптимальна висота балки з умови міцності:
см,
де - Рекомендований відношення висоти балки до товщини стінки в межах k _W = 125 ... 140. Приймаються k _W = 125;
2. Оптимальна висота балки з умови жорсткості:
см,
де ,
величина n ₀ = 232,3 отримана для прольоту L = 18,5 м лінійною інтерполяцією.
3. Висота балки з умови мінімальної жорсткості при забезпеченні міцності:
см.
У розрахунку отримані висоти розташовуються в наступному співвідношенні:
h _min = 84см <h _{ОПТ, W} = 167,99 см <h _{ОПТ, f} = 173,92 см.
Застосовуючи правило вибору, вибираємо висоту балки: h = h _{ОПТ, W} = 1680 мм.
Висота головної балки, окрім розрахунків, повинна відповідати найбільшій будівельній висоті перекриття згідно із завданням: , Де t _H - товщина настилу. Найбільша будівельна висота перекриття визначається різницею позначок верху настилу і габариту приміщення під перекриттям: h _CMAX = 8,50-6,80 = 1,70 м.
Так як h = 1680 мм <h _CMAX - t _Н = 1700-6 = 1694 мм, залишаємо вибрану висоту балки h = 1680 мм.
Далі висота стінки h _W призначається близькою до висоти балки h відповідно до ширини листа сортаменту універсальної або товстолистової сталі.
Оскільки найбільша ширина листа універсальної сталі дорівнює 1050 мм, приймаємо толстолістовую сталь шириною 1600 мм. З урахуванням обрізки крайок з двох сторін по 5 мм:
h _W = 1600 - 10 = 1590 мм.
За раніше прийнятого коефіцієнту k _W = 125 визначаємо товщину стінки:
мм. Приймаються t _W = 14 мм.
Товщину полиць призначаємо рівною t _f = 22 мм 3t _W = 42 мм, тоді повна висота балки виявляється рівною: h = h _W +2 t _f = 1590 +44 = тисячі шістсот тридцять чотири мм.
Обчислюємо момент інерції стінки:
см ^4.
Необхідний момент інерції полиць:
I _{f. Тр} = I _{тр. Max-I w} = 2065694,6-468962,55 = 1596732,1 см ^4;
Тут найбільший необхідний момент інерції балки I _{тр. Max} визначається за двома значеннями з умов міцності і жорсткості:
- З умови міцності:
I _тр = 0,5 W _тр h = см ^4;
- З умови жорсткості:
I _тр = 1219970,4 см ^4.
Необхідна площа перерізу полиці:
см ²
Товщина полки з умови забезпечення її місцевої стійкості:
см.
У розрахунку було прийнято t _f = 2,2 см> 2,03 см.
Ширина полиці призначається рівною
Обчислюємо
Приймаються b _f = 530 мм, що відповідає ширині листа універсальної сталі по сортаменту.
Уточнюємо власну вагу балки за прийнятими розмірами. Площа поперечного перерізу балки:
см ²
Вага погонного метра балки:
,
тут - Питома вага сталі; - Конструктивний коефіцієнт, що враховує вагу ребер жорсткості і зварних швів.
Вага головної балки на ділянці між допоміжними балками:
кН.
Уточнюються навантаження на балку, отримані в таблиці 2.1:
Нормативна:
кН.
Розрахункова:
P + G = 519,48 +21,97 + = 555,49 кН.
Уточнюються зусилля. Згинальні моменти від нормативних і розрахункових навантажень:


Перерізуюча сила на опорі (для п'яти вантажів у прольоті):
кН.
Геометричні характеристики перерізу балки.
Момент інерції:

Момент опору:
см ^3.
Залежно від співвідношення площ полиці і стінки A _f / A _W уточнюється коефіцієнт з _1, що враховує розвиток пластичних деформацій. Відповідно до СНиП II - 23 - 81 * п. 5.18. з ₁ = с.

Інтерполіруя за табл. 66 СНиП II - 23 - 81 * знаходимо коефіцієнт з ₁ = з = 1,118.
2.1.2. Перевірка міцності головної балки
1. Нормальні напруження:
МПа> .
Перенапруження - 6,97%. Збільшимо товщину стінки перерізу головної балки t _W до 18 мм і зробимо розрахунок заново.
Обчислюємо момент інерції стінки:
см ^4.
Необхідний момент інерції полиць:
I _{f. Тр} = I _{тр. Max-I w} = 2065694,6-602951,85 = 1462742,75 см ^4;
Тут найбільший необхідний момент інерції балки I _{тр. Max} визначається за двома значеннями з умов міцності і жорсткості:
- З умови міцності:
I _тр = 0,5 W _тр h = см ^4;
- З умови жорсткості:
I _тр = 1219970,4 см ^4.
Необхідна площа перерізу полиці:
см ²
Товщина полки з умови забезпечення її місцевої стійкості:
см.
У розрахунку було прийнято t _f = 2,2 см> 1,94 см.
Ширина полиці призначається рівною
Обчислюємо
Приймаються b _f = 530 мм, що відповідає ширині листа універсальної сталі по сортаменту.
Уточнюємо власну вагу балки за прийнятими розмірами. Площа поперечного перерізу балки:
см ²
Вага погонного метра балки:
,
Вага головної балки на ділянці між допоміжними балками:
кН.
Уточнюються навантаження на балку, отримані в таблиці 2.1:
Нормативна:
кН.
Розрахункова:
P + G = 519,48 +21,97 + = 557,45 кН.
Уточнюються зусилля. Згинальні моменти від нормативних і розрахункових навантажень:


Перерізуюча сила на опорі (для п'яти вантажів у прольоті):
кН.
Геометричні характеристики перерізу балки.
Момент інерції:

Момент опору:
см ^3.
Залежно від співвідношення площ полиці і стінки A _f / A _W уточнюється коефіцієнт з _1, що враховує розвиток пластичних деформацій. Відповідно до СНиП II - 23 - 81 * п. 5.18. з ₁ = с.

Інтерполіруя за табл. 66 СНиП II - 23 - 81 * знаходимо коефіцієнт з ₁ = з = 1,147.
2.1.3. Перевірка міцності головної балки
1. Нормальні напруження:
МПа < .
Недонапруження - 1,98% <5%, отже остаточно приймаємо такі розміри головної балки:
МПа < МПа.
Умова виконується.
2.1.4. Перевірка прогину головної балки
Умова жорсткості балки виконується.
2.1.5. Визначення типу сполучення допоміжної і головною балок
Сумарна висота елементів перекриття: настилу, балки настилу, допоміжної і головною балок:
мм.
Раніше була знайдена найбільша будівельна висота перекриття h _{C, MAX} = 1700 мм.
Так як мм, поверхове сполучення неможливо. Приймаються сполучення допоміжної і головною балок в зниженому рівні.
2.1.6. Перевірка загальної стійкості головної балки
Відповідно до п.5.16, а СНиП II - 23 - 81 * за наявності сталевого настилу, безперервно спирається на стиснений пояс балки і надійно з ним пов'язаного електрозварюванням, перевіряти загальну стійкість балки не потрібно.
2.1.7. Зміна перерізу балки
З метою економії металу зменшуємо перетин приопорних ділянки балки за рахунок зменшення ширини поясів на ділянці балки від опори до перерізу, розташованого на відстані, рівному 1 / 6 прольоту балки: 18,5:6 = 3,08 м.
Ширина пояса балки повинна відповідати ширині листа універсальної сталі по сортаменту і бути не менше:
мм; ; ,
де b _f - ширина полиці балки в прольоті, h - висота головної балки.
мм, мм.
За сортаментом приймаємо мм.
Геометричні характеристики перерізу балки на приопорних ділянках:
- Площа перерізу:
см ^2;
- Момент інерції:

- Момент опору:
см ^3;
- Статичний момент полиці щодо осі xx:
см ^3;
- Статичний момент полусеченія щодо осі xx:
см ^3.
Розрахункові зусилля в місці зміни перерізу.
Згинальний момент:
Перерізуюча сила:
кН.
Перевірка напруг:
а) у місці зміни перерізу:
- Максимальні нормальні напруження:
МПа <
- Нормальні напруження в стінці під полицею:
МПа;
- Дотичні напруження в стінці під полицею:
МПа < ;
- Приведені напруги в стінці під полицею:
б) Напруження у опори:
- Дотичні напруження на рівні нейтральної осі:

2.1.8. Розрахунок поясних зварних швів
Полиці складових зварних балок з'єднують зі стінкою на заводах автоматичним зварюванням. Зсувна сила на одиницю довжини балки:

Для сталі С245 за таблицею 55 СНиП II - 23 - 81 * приймаємо зварювальний дріт марки Св - 08А для виконання зварювання під флюсом.
Визначається необхідна висота катета k _f поясного шва "у човник".
1. Розрахунок по металу шва.
Коефіцієнт глибини провару шва [Табл. 34 СНиП II - 23 - 81 *].
Коефіцієнт умови роботи шва [П.11.2 СНиП II - 23 - 81 *].
Розрахунковий опір металу шва R _wf = 180 МПа [Табл. 56 СНиП II - 23 - 81 *].

2. Розрахунок по металу кордону сплаву.
Коефіцієнт глибини провару шва [Табл.34 СНиП II - 23 - 81 *].
Коефіцієнт умови роботи шва [П.11.2. СНиП II - 23 - 81 *]
Розрахунковий опір по металу кордону сплаву:
[Табл.3, 51 СНиП II - 23 - 81 *];
.
Порівнюючи отримані величини, знаходимо, що
МПа.
Висота катета поясного шва повинна бути не менш

При товщині більш товстого з зварюваних елементів (t _f = 22 мм) за табл. 38 СНиП II - 23 - 81 * приймаємо k _f = 7 мм.
2.1.9. Перевірка стійкості стиснутої полиці балки
Стійкість полиці буде забезпечена, якщо відношення звису полиці b _ef до її товщини t _f не перевищує граничного значення [стор.34, табл. 30 СНиП II - 23 - 81 *]:
, Де розрахункова ширина звису полиці b _ef дорівнює:
мм;


Так як стійкість поясного листа забезпечена.
2.1.10. Перевірка стійкості стінки балки
Для забезпечення стійкості стінки вздовж прольоту балки до стінки приварюються поперечні двосторонні ребра жорсткості.
Відстань між поперечними ребрами при умовній гнучкості стінки не повинно перевищувати 2h _W. Умовна гнучкість стінки визначається за формулою . Ширина ребра b _h повинна бути не менш а товщина ребра - .
У розрахунку перевіряється стійкість ділянок стінки - платівок, пружно затиснених в поясах і обмежених поперечними ребрами. Втрата їх стійкості може статися від спільної дії нормальних і дотичних напружень. Стійкість стінки балки перевіряти не потрібно, якщо при виконанні формули (33) СНиП II - 23 - 81 * умовна гнучкість за відсутності місцевого напруги.
Обчислюємо умовну гнучкість - Місцева стійкість стінки забезпечена. Конструктивно вздовж прольоту балки до стінки приварюються поперечні двосторонні ребра жорсткості під допоміжними балками з кроком 3,7 м.
Ширина ребра повинна бути не менше:

Приймаються b _h = 100 мм.
Товщина ребра:

Приймаються t _S = 8 мм.
Поперечні ребра жорсткості
2.1.11. Розрахунок опорного ребра жорсткості головної балки
Приймаються сполучення балки з колоною шарнірним, з опертям на колону зверху. Опорне ребро жорсткості кріпиться зварними швами до стінки балки. Нижній торець опорного ребра балки острогани для безпосередньої передачі тиску на колону.
Товщина опорного ребра визначається з розрахунку на зминання його торця:
м;
де N = R _A = 1390 кН - опорна реакція; МПа - розрахунковий опір сталі зминанню торцевої поверхні [Табл.1, 2, 51 СНиП II - 23 - 81 *]; см - ширина опорного ребра, рівна ширині балки на опорі.
Приймаються товщину опорного ребра t = 14 мм, а опорний виступ
а = 20 мм <1,5 t = мм.
Перевірка ребра на стійкість.
Площа розрахункового перерізу ребра:
см ^2.
Момент інерції:
см ^4,
де см.
Радіус інерції перерізу ребра см.
Гнучкість ребра .
Умовна гнучкість
Коефіцієнт поздовжнього згину за формулою п.5.3. СНиП II - 23 - 81 * при :

Перевірка опорного ребра на стійкість:
МПа < МПа.
Перевірка задовольняється.
Розрахунок катета зварних швів кріплення ребра до стінки балки (напівавтоматичне зварювання)
м,
де ( МПа - отримано при розрахунку поясних швів балки.
При товщині більш товстого з зварюваних елементів (товщина стінки t = 18 мм) за табл. 38 СНиП II - 23 - 81 * приймаємо катет шва k _f = 6 мм.
2.1.12. Розрахунок болтового з'єднання в місці примикання допоміжної балки до головної
Сполучення допоміжної балки з головною виконується в зниженому рівні.
При шести вантажі в прольоті опорна реакція допоміжної балки дорівнює
Кн.
Приймаються болти нормальної точності (клас точності В), клас по міцності 4.6, діаметром 20 мм. За табл. 58 СНиП II - 23 - 81 * визначаємо розрахунковий опір зрізу болтів для класу за міцністю 4.6: R _bs = 150 МПа.
Розрахункові зусилля, які може витримати один болт:
а) на зріз

де - Коефіцієнт умови роботи з'єднання, що визначається за табл. 35 СНиП II - 23 - 81 *; n _S = 1 - число зрізів болта;
см ² - розрахункова площа перерізу болта.
б) на зминання
кН,
де R _bp = 450 МПа - розрахунковий опір на зминання для сталі при R _un = 370 МПа за табл. 59 СНиП II - 23 - 81 *; мм - товщина ребра жорсткості.
Порівнюючи результати розрахунків за пунктами а і б, вибираємо менше: N _{b, min} = 42,39 кН. Необхідну кількість болтів у з'єднанні:
шт.
Приймаються 6 болтів діаметром 20 мм, діаметр отвору d = 22 мм. Розміщуючи болти, призначаємо відстані вздовж і впоперек зусилля (опорної реакції допоміжної балки R _A): від центру болта до краю елемента уздовж зусилля а = 60,5 мм; між центрами болтів вздовж зусилля b = 75 мм, від центрів болтів до торця балки ( поперек зусилля) а ₁ = 40 мм, що відповідає вимогам табл.39 СНиП II - 23 - 81 * по а: (а _min = 2d = 44 мм, а _max = 8t = 64 мм); по b: (b _min = 2,5 d = 55 мм, b _max = 24t = 192 мм); по а _1: а ₁ 1,5 d = мм.