Такой ценный материал как металл должен расходоваться экономно, поэтому одним из главных показателей для любых металлических конструкций является металлоемкость. Одним из способов экономии металла является применение бистальных или перфорированных балок.
Бистальные балки
Условия работы балки таковы, что некоторые ее участки испытывают максимальные напряжения, а в каких-то эти напряжения ослабевают и необходимости в большом сечении нет. В бистальных балках применяются два вида металла - две марки стали различной прочности. Из стали Ст3 изготавливаются зоны с меньшим напряжением, а сталь повышенной прочности применяется для изготовления поясов опорных брусьев. Так, низколегированная и малоуглеродистая стали работают совместно.
Сталь Ст3 – это конструкционная углеродистая сталь, широко применяемая во всех сферах промышленности.
При расчетах руководствуются предельными пластическим деформациями, которые допускаются в стенке и поясах, но их интенсивность не должна превышать пороговых значений.
Выделяют четыре типа бистальных балок:
- подкрановые;
- главные балки рабочих площадок;
- балки перекрытий;
- балки перекрытий, в которых не установлены ребра жесткости, но обеспечена повышенная устойчивость общая и местная.
При расчете бистальной балки выполняется проверка текучести металла у стенки. Конструирование сечения также начинается с определения высоты (оптимальной и минимальной). При этом оптимальная высота зависит от стоимости производства.
В расчетах бистальных балок применяются группы, определенные по критериям прочности и норме предельных пластических деформаций. К первой группе относятся те балки, для которых расчеты прочности проводятся по предельным напряжениям в поясе, при том что расчетное сопротивление стали пояса меньше расчетного по пределу текучести. Для второй группы балок при расчетах учитывается, что балки непосредственно воспринимают нагрузки, как вибрационные, так и подвижные. Для расчетов бистальных балок приведены формулы в СП, учитывающие работу при изгибе в одной из плоскостей, в двух плоскостях, при осевой силе с изгибом.
На выносливость бистальных балки рассчитываются как моностальные. Общая устойчивость также проверяется как у моностальных балок по стали в сжатом поясе.
Рисунок 1. Бистальные балки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Балки с перфорированной стенкой
К одной из самых современных технологий повышения эффективности применения металла в конструкциях относится перфорация стенок. Стенка двутавра разрезается по зигзагообразной линии, раздвигается и сваривается вновь по образованным выступам. Таким образом удается повысить несущую способность элемента на 30–50 процентов, из-за увеличения высоты элемента.
Балки с перфорированной стенкой применяются в виде:
- стропильных балок;
- балок перекрытий;
- главных балок рабочих площадок.
По принципу работу перфорированные балки схожи с решетчатыми конструкциями и составляют им конкуренцию. Изготавливаются перфорированные балки автоматизированным способом, они компактны и легко транспортируются.
При конструировании важно обратить внимание на места приложения сконцентрированных нагрузок, они не должны совпадать со сквозными участками, ослабленными перфорацией. Двутавры с перфорированной стенкой могут быть бистальными, верхняя часть которых изготавливается из малоуглеродистой стали, а нижняя из более прочной стали.
Расчет балки с перфорированной стенкой осложняется тем, что система статически неопределима, элементы имеют разную жесткость по всей длине. Расчет ведется как для безраскосной фермы, либо используются вычислительные мощности программных комплексом. Максимальные напряжения в перфорированной балке расположены в стенке у верхней и нижней границ отверстия.
Рисунок 2. Балка с перфорированной стенкой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Разрез перфорированной стенки может быть синусоидальным, круглым, трапециевидным, прямоугольным.
Применение различных способов экономии металла положительно сказывается как на стоимости объекта, так и на развитии строительной отрасли в целом. Ввиду повышенного интереса к металлу в ближайшее время можно ожидать, что появятся новые виды металлических конструкций, которые будут соответствовать требованиям развивающейся отрасли. Планируется, что границы использования металлических конструкций будут расширены и станут включать не только промышленные объекты, но и жилые дома.
