В статье приведен пример поверочного расчета несущей металлической балки покрытия, выполненный в рамках технического обследования строительных конструкций одноэтажной пристройки к производственному зданию.

ЦЕЛЬ РАСЧЕТА

 
Требуется выполнить расчет несущей стальной балки покрытия Б-1 одноэтажной пристройки (см. Рис.1, 2) на действие фактических эксплуатационных нагрузок.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ

 
Пристройка имеет прямоугольную форму в плане с размерами сторон 9,6х12 м.
Год постройки – 1952-1953 гг. Объемно-пространственное композиция здания пристройки решена в виде двух взаимно проникающих объемов (ярусов): нижнего и верхнего (светового фонаря) размером в плане 9,0х3,3 м. Покрытие 1-го яруса (нижнего объема) выполнено с уклоном в сторону «от здания» по сборным железобетонным ребристым плитам. Плиты выполнены по типовой серии ПК-01-106 в одном типоразмере: длина L=5970 мм, ширина b=1490 мм, высота h=300 мм. Верхний объем (световой фонарь) перекрыт двухскатной треугольной крышей.
Несущими конструкциями покрытия, воспринимающими нагрузку от собственного веса ж.б. ребристых плит, кровли и конструкций светового фонаря являются поперечные металлические балки двутаврового сечения Б-1 и Б-2, одна из которых расположенна вдоль торцевой стены по оси «2» (Б-2), а вторая — в середине пролета пристройки (Б-1).
План раскладки несущих балок покрытия представлен ниже на Рис.1. Поперечный разрез вдоль рассчитываемой балки Б-1 приведен на Рис.2.

 Рис.1. План ж.б. плит покрытия и несущих балок Б-1, Б-2

 Рис.2. Разрез 1-1 к плану балок и плит покрытия

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 
Рассматриваемая балка воспринимает постоянные нагрузки от собственного веса опирающихся на нее железобетонных ребристых плит покрытия, кровли, конструкций светового фонаря, а также временную нагрузку от веса снегового покрова.

Основные характеристики балки Б-1 по ОСТ 10016-39:
– поперечное сечение: двутавр №45
– момент инерции: J = 27450 см4
– момент сопротивления: W = 1220 см3
– расчетный пролет балки: L = 9,15 м
– собственный вес балки: P = 65,2 кг/м
– ширина площади сбора нагрузок: b = 6,0 м (см. Рис.1,2).

Схемы для сбора нагрузок на балку Б-1 приведены на Рис.1, 2. Расчетная схема балки Б-1, соответствующая реальной схеме нагружения, представлена на Рис.3.

Рис.3. Расчетная схема несущей балки Б-1

q – равномерно-распределенная погонная нагрузка от веса конструкций покрытия и снегового покрова (кгс/м).
PA=PБ – сосредоточенные силы от веса конструкций светового фонаря.

СБОР НАГРУЗОК НА БАЛКУ

 

Все нагрузки и коэффициенты в расчётной схеме балки приняты в соответствии с рекомендациями СТО 36554501-015-2008 «Нагрузки и воздействия».

Расчетное значение веса снегового покрова для III климатического района согласно СТО 36554501-015-2008 равна Sq=180 кгс/м2. Нормативное значение получается путем умножения расчетной величины на коэффициент 0,7 и составляет Sq=126 кгс/м2.

Расчетные (весовые) характеристики конструкций светового фонаря:

Оконные переплеты:

  • Вес 1 м2 оконного переплета согласно СН 481-75 — 27,5 кг (при толщине стекла 5 мм);
  • Общая площадь остекления (оконных переплетов) фонаря – 28,4 м2;
  • Площадь остекления одной продольной стены фонаря – 12,3 м2;
  • Площадь остекления передней поперечной стенки – 3,8 м2;

Ограждающие стены (фонарные панели):

  • Масса 1 пог.м. фонарной панели определена по материалам типовой серии 1.464.3-19 (чертежи марки КМ) и составляет 95 кг/м;

Обшивка фонарных панелей:

  • Обшивка панелей выполнена из прессованных асбестоцементных листов толщиной 10мм (ГОСТ 18124-95);
  • Вес 1 м2 асбестоцементного листа составляет 17,3 кг;
  • Общая площадь обшивки одной боковой панели длиной 9 м (снизу и сверху оконных переплетов) равна 13,1 м2;
  • Тогда общий вес обшивки одной боковой панели будет равен: 13,1 х 17,3 = 226,63 кг;
  • Соответственно, вес 1 пог.м. обшивки составит: 226,63 / 9 = 25,18 кг/м.

Покрытие (крыша):

  • Двухскатная крыша светового фонаря выполнена из металлических щитов покрытия одного типоразмера 0,75х9 м (серия 1.464.3-19);
  • Вес 1 м2 щитового покрытия определен на основе данных обследования с использованием материалов типовой серии 1.464.3-19, и составляет 56 кг/м2.

Расчетные (весовые) характеристики конструкций светового фонаря:

Табл.1. Нагрузка от 1 м2 покрытия 1-го яруса

 

Табл.2. Собственный вес м/к поперечной рамы светового фонаря

 

Табл.3. Сосредоточенная нагрузка на балку Б-1

Окончательно принимаем следующие значения нагрузок, указанных на расчетной схеме (см. Рис.3):

Сосредоточенная нагрузка:
– нормативное значение: РА=РБ=3263,4 кгс
– расчетное значение: РА=РБ=3947 кгс

Погонная нагрузка при ширине площади сбора нагрузок bГР=6 м:
– нормативное значение: q=318 кг/м2 ∙ 6 м=1908 кгс/м
– расчетное значение: q=453,8 кг/м2 ∙ 6 м=2723 кгс/м.

РАСЧЕТ ПО I ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ

 

В соответствии с принятой расчетной схемой (см. Рис.3) определим внутренние усилия, возникающие в балке при действии эксплуатационных нагрузок.

Эпюры усилий в балке Б-1:

Значения усилий и опорных реакций:

Qmax = 11299.10 кгс
Mmax = 23124.53 кгс х м
Qmin = -11299.10 кгс
Mmin = 0.00 кгс х м
RA = 11299.10 кг
RB = 11299.10 кг

Максимальный изгибающий момент в балке Б-1 от расчетных нагрузок

Mmax = 23124.53 кг х м = 2312453 кг ∙ см

Металлические двутавровые балки перекрытия были произведены по ОСТ 10016-39.
Для стали Ст2: временное сопротивление стали 34 кгс/мм2, предел текучести 19 кгс/мм2.
Для стали Ст3: временное сопротивление стали 38 кгс/мм2, предел текучести 22 кгс/мм2 (Табл.1, Прил.1 Пособия к СНиП II-23-81* по проектированию усиления стальных конструкций).

Согласно данным обследования балка Б-1 имеет поверхностную коррозию до 1 мм толщиной, следовательно, в расчете необходимо учесть пониженную марку стали (низкое качество проката). Окончательно принимаем сталь марки Ст2.

Расчетное сопротивление стали Ry находим путем деления нормативных значений предела текучести Ryn на коэффициент надежности по материалу yт=1.1 (для конструкций, изготовленных в 1932…1982 гг):

Ry = 19 / 1.1 = 17.2 кгс/мм2 = 1720.0 кгс/см2

Фактический момент, воспринимаемый сечением балки:

M = W ∙ Ry ∙ γc = 1220 см3 ∙ 1720 кг/см2 ∙ 0.9 = 2098400 кгс ∙ см ,

где: γc = 0/9 – коэффициент условий работы, принятый по Табл.6* СНиП II-23-81*.

Проверка условия прочности:

[ Mmax = 2312453 кг ∙ см ] > [ M = 2098400 кгс ∙ см ] Условие не выполнено!

ВЫВОД:

Максимальный изгибающий момент от эксплуатационных нагрузок, оказался больше фактического момента сечения балки, следовательно несущая способность балки Б-1 не достаточна для восприятия фактически действующих эксплуатационных нагрузок.

Требуется выполнить усиление балки по индивидуальному проекту.