Определение нагрузок и усилий, компоновка рационального сечения, изменение сечения по длине балки

Определение нагрузок и усилий

Расчет металлических конструкций выполняется по описанной в сводах правил методике.

Приступая к конструированию нового объекта специалист систематизирует всю имеющуюся у него информацию и определяют недостающие данные. Необходимо знать планировочные решения, конструктивную схему, материалы, состав пола, толщины слоев, размеры пролетов, шаг несущих конструкций, тип крепления, тип балочной клетки и район проектирования и строительства.

После составления расчетной схемы, на которой будут обозначены все элементы, приступают к расчету, начиная с самых верхних конструкций. Нагрузка передается от вышележащих к нижележащим, поэтому нам необходимо точно знать все размеры, чтобы посчитать, как нагрузки и усилия суммируются к фундаментам.

При подсчете нагрузок они делятся на:

• постоянные и временные;
• равномерно распределенные и сосредоточенные;
• статические, динамические и повторно-периодические.

Для того, чтобы учесть влияние всех факторов составляется таблица, где перечисляются все действующие нагрузки, а потом рассматриваются наиболее неблагоприятные их сочетания.

Рисунок 1. Рациональные формы поперечных сечений. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Компоновка рационального сечения и изменение сечения по длине балки

При выборе сечения и определении подходящего профиля обращают внимание на характер работы элемента. При изгибе пластичные материалы одинаковы хорошо работают на растяжение и сжатие, поэтому применяют симметричные относительно оси изгиба профиля, к примеру:

• швеллеры;
• двутавры;
• круги;
• прямоугольники.

Рисунок 2. Изменение сечения по длине балки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Хрупкие материалы наоборот обладают большей прочностью на сжатие, поэтому сечение должно быть несимметричным.

Для того, чтобы выбрать оптимальный вариант рассчитывают несколько сечений, к примеру, чтобы подобрать сечение, работающее на изгиб сравнивают круглое, прямоугольное двутавровое сечение. Обычно именно форма двутавра позволяет сократить расход материала без ущерба прочности. Форма двутавра отвечает характеру нагружения, в котором основная часть нагрузки приходится на верхний и нижний пояса и уменьшается к центру тяжести.

Для экономии выполняется изменение сечения балки по длине. Так как расчет ведется по максимальному изгибающему моменту в самом нагруженном месте, часть металла не работает, и можно уменьшить сечение в местах снижения изгибающего момента. Но стоит помнить, что несмотря на то, что достигается экономия металла, увеличивается трудоемкость изготовления балки, что также влияет на ее стоимость. Чаще всего необходимость и возможность изменения сечения рассматривается для балок длиной более десяти метров, так как уменьшение расхода металла дает ощутимый эффект. По длине балки сечение может меняться по высоте, ширине пояса, толщине пояса, может меняться количество горизонтальных листов либо может применяться непрерывное изменение ширины поясов.

Для балок менее 30 метров длиной применяется единичное изменение сечения, так как второе изменение, как правило, не дает существенной экономии. Существенную экономию в расходе материала дает непрерывное изменение ширины пояса, которое выполняется с помощью кислородной резки, но оно значительно удорожает производство.

Стык между разными сечениями может быть прямым или косым. Выполнить прямой шов проще, но требуются особые условия, чтобы его прочность была равна основному металлу. Необходимо выводить концы шва на подкладки, использовать автоматическую сварку или физические метода контроля при ручной сварке.

Самым простым способом уменьшения сечения балки является изменение высоты, уменьшение начинают примерно на расстоянии в одну четвертую длины пролета, а высоту уменьшают на 40-60 процентов. Такой способ подходит для ригелей. Также просто выполняется изменение ширины поясов, так как при этом сохраняется прежняя высота. Изменение толщины поясов выполняется сложнее.