В металлических конструкциях балки по типу изготовления делятся на прокатные и составные. Первые проще в расчетах, а вторые экономнее с точки зрения расхода металла.
Составные балки и особенности их конструкции
Прокатные балки, которые подбираются по сортаменту очень удобны при конструировании. Достаточно подобрать нужное сечение, ориентируюсь на максимальный изгибающий момент. Все геометрические и прочностные характеристики уже представлены в сводных таблицах – сортаменте. Но, к сожалению, такая возможность существует лишь для небольших пролетов. С увеличением длины расход металла при прокатном способе изготовления увеличивается, и гораздо целесообразнее сделать балку составной, она будет иметь нужные габариты и запас прочности, что позволит избежать лишних трат, увеличения массы и в итоге нагрузки на фундамент.
Составные балки могут быть сварными или клепанными. Клепанные балки применяются реже, так как в них больший расход металла, их используют при больших динамических и вибрационных нагрузках. В большинстве случаев применяют именно сварные составные балки, которые состоят из стенки и полок.
Клепанная балка – это балка, которая состоит из вертикального листа, четырех уголков и двух горизонтальных листов, скрепленных с помощью заклепок. При расчетах считается, что отверстия под заклепки ослабляют конструкцию на 15%.
Главной характеристикой составной балки, которая определяется в самом начале расчета, является высота балки:
- минимальная высота вычисляется исходя из предельного прогиба при заданном пролете;
- затем назначается толщина стенки балки, для этого используется эмпирическая формула, которая учитывает высоту балки, умноженную на 3 и разделенную на 1000, к которой прибавляется 7 мм. Как правило толщина стенки принимается равной не менее восьми миллиметрам. Также толщина может составлять 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18 и так далее кратно 2 миллиметрам;
- затем определяются габариты полок, в большинстве случаев сварную балку выполняют равнополочной, чтобы обеспечить симметрию относительно осей.
Составная балки проверяется по наибольшим нормальным, касательным напряжениям, также поводится проверка на совместное действие касательных и нормальных напряжений в наиболее неблагоприятных сечениях. Также составные балки проверяют на местную устойчивость Сжатый пояс может потерять устойчивость от действия нормальных напряжений, а стенка балки может потерять устойчивость от касательных, нормальных напряжений или их сочетания.
Важной особенностью составных балок является возможность изменения сечения по длине, что невозможно выполнить в прокате. Балки изготавливаются по индивидуальным чертежам, что дает возможность найти компромисс между трудоемкостью изготовления и расходом металла. Обычно однократное изменение сечения по длине балки целесообразно для конструкций длиной более десяти метров.
Рисунок 1. Стыки составных балок. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Узлы составных балок
В составных балках встречаются два типа стыков, которые называются монтажными и заводскими. Заводские стыки выполняются при изготовлении балки, а монтажные - на строительной площадке. Необходимость в монтажных стыках возникает тогда, когда целую сварную балку невозможно перевезти, из-за чего приходится везти ее частями и монтировать на стройплощадке. По возможности отправочные элементы делают одной длины. Наиболее простым будет соединение частей балок встык.
В составной балке используются следующие сопряжения:
- стык пояса и стенки, в нем могут быть использованы горизонтальные накладки при значительных изгибающих моментах. Стык выполняется угловым сварным швом;
- крепление главных и второстепенных балок;
- крепление балок и колонн.
Рисунок 2. Узлы опирания балок. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Узлы опирания балок настила будут зависеть от выбранной схемы балочной клетки, опирание может быть в одном уровне, пониженным или этажным.
Расчеты конструкций производятся специалистами при проектировании объекта, они передаются заводу изготовителю для уточнения и детализации.
Составные металлические конструкции применяются не только в виде балок, но и в виде колонн, они рассчитываются на действие сжимающих, а не растягивающих усилий. Составные колонны могут иметь сплошное или сквозное сечение.
