Металлические конструкции в отличие от железобетонных и деревянных обладают рядом неоспоримых преимуществ, среди которых наилучшее соотношение прочности и массы.
Составная балка
По способу производства балки делятся на прокатные и составные. Первые изготавливаются заводами в больших объемах, это массовая унифицированная продукция. Составные балки — это индивидуальный заказ и расчет, их изготавливают под определенные размеры, под конкретный объект и технологию монтажа.
Как правило сечение составных балок состоит из трех частей:
- верхняя полка;
- нижняя полка;
- стенка.
Для того, чтобы соединить эти части применятся автоматическая сварка, которая выполняется в заводских условиях. Составные балки используют для больших сечений, которые не охватывает сортамент из-за большой металлоемкости. Подобрав отдельно каждый из элементов сечения, мы получаем ту конструкцию, которая идеально подходит под поставленные задачи. Чтобы оценить массу составной балки необходимо сложить массу ее поясов, стенки, ребер жесткости, стыковых накладок и других дополнительных элементов.
Но стоит помнить, что в отличие от прокатных балок гибкость стенки всегда больше, поэтому зачастую требуются дополнительные мероприятия по обеспечению местной устойчивости. Компоновка и расчет составной балки сводятся к тому, чтобы назначить такое сечение при котором будет соблюден баланс между металлоемкостью и стоимостью изготовления.
Чем больше высота балки, тем меньше масса ее поясов.
Сфера применения сварных балок – здания с большими пролетами. Для небольших пролетов до пяти метров можно использовать прокатные балки, для большепролетных зданий, где требуется перекрыть расстояние более чем 18 метров, применяют фермы. Когда пролет находится между этими значениями используют составные сварные балки.
Упругопластическая работа – это стадия работы металлического элемента, при которой деформации продолжают расти, а ширина упругой области уменьшается. Упругое ядро в сечении элемента обеспечивает несущую способность, но последующее увеличение нагрузки приводит к достижению предела текучести.
Рисунок 1. Пример составной балки двутаврового сечения (две полки и стенка). Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Компоновка сечений составных балок
При компоновке составной балки необходимо руководствоваться критериями технологичности и экономичности. Первым делом назначают высоту балки, от нее будут зависеть остальные значения. Определяют две высоты балки:
- оптимальную, исходя из величины изгибающего момента и толщины стенки;
- минимальную, исходя из предельного прогиба.
Чтобы определить высоту потребуются значения строительной высоты перекрытия, максимально допустимого прогиба, пролета балки, жесткости на изгиб. При определении минимальной высоты необходимо обеспечить жесткость, которая будет достигнута при полном использовании несущей способности металла. Определив оптимальную и минимальную высоту, назначают расчетную высоту балки, которая будет не меньше требуемой и близкой к расчетной. Обычно высоту назначают кратной 100 мм.
После определения высоты переходим к толщине стенки. Найдем наименьшую толщину стенки, зная поперечную силу, статический момент, момент инерции и касательные напряжения.
Чтобы стенка выполняла работу без дополнительного укрепления ее гибкость должна быть меньше 5,5. Также используется эмпирическая формула для определения толщины стенки через ее высоту.
После определения толщины необходимо согласовать ее значение с толщиной прокатной листовой стали, обычно для стенки принимают ее значение не менее 8 мм.
После определения высоты и толщины стенки приступают к компоновке горизонтальных листов поясов. Для их изготовления применяются одиночные листы. Два и более листа, скрепленные по краям фланговыми швами, не применяют из-за того, что увеличивается неравномерность работы. Чтобы определить толщину пояса снова потребуется толщина стенки, так как толщину пояса принимают равной не более двух-трех толщин стенки. Ширина листа принимается в промежутке от половины до одной пятой высоты балки, исходя из проверки на общую устойчивость. По конструктивным требованиям ширина не должна быть меньше 180 мм. Также оценивают соотношение ширины свеса и толщины.
Так подобрав габариты элементов сечения, переходят к проверкам по первой и второй группе предельных состояний. В зависимости от компоновки и проверок может потребоваться расчет дополнительных элементов.
