Металлические конструкции применяют для возведения общественных и промышленных зданий, но в скором времени ожидается, что сфера их применения еще расширится и будет включать и жилые здания. Расчеты металлических конструкций ведутся на основании имеющихся данных о нагрузках.
Прокатный профиль
Применение прокатного или составного профиля в каркасе здания зависит от нагрузки. Прокатный профиль прост в расчетах и также прост в изготовлении, для него уже на заводе-изготовителе составлены все необходимые чертежи, и заказчику остается лишь оформить заявку, указав нужную маркировку и количество элементов. Казалось бы, если все так просто, то почему не остановиться на этом решении и не выпускать большее количество типоразмеров, чтобы и главные балки могли быть прокатными. Но в данном случае важную роль играет фактор металлоемкости, для прокатной и составной балки он будет разным. Для небольших по размеру сечений эта разница будет небольшой, поэтому трудоемкость изготовления такой балки и ее итоговая стоимость будут ненамного выше или равны трудоемкости изготовления и стоимости составной. Но по мере увеличения сечения, составная балка становится все более выгодной, несмотря на сложность изготовления. Таким образом прокатное сечение и сейчас применятся в основном для небольших пролетов, балок настила и вспомогательных балок.
Еще одной важной особенностью прокатных сечений является то, что они выпускаются в разных типоразмерах и видах:
- уголки;
- двутавры;
- тавры;
- трубы;
- швеллеры;
- листы.
Зная требуемую площадь, можно подобрать сечение из швеллера или из двутавра, или же сравнить их характеристики при проверке на прочность, устойчивость местную и общую, и выбрать то, что окажется наиболее целесообразным.
Сортамент – это каталог выпускаемых заводом изделий, в котором приведены полные характеристики каждого типа изделия.
Рисунок 1. Условие расчета балок из прокатного профиля, основные положения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Расчет балок из прокатного профиля
Рассмотрим пример расчета балки из прокатного профиля. Чтобы приступить к решению нам нужно знать поверхностную нормативную нагрузку на настил, коэффициент надежности по нагрузке, предельный прогиб настила, марку стали и ее расчетное сопротивление.
В первую очередь следует определить, как работает каждый из элементов согласно компоновочной схеме. Так как настил приваривается к балкам, то он работает на растяжение с изгибом, поэтому его предельным состояние является жесткость, из этого условия будет определен пролет настила. Для того, чтобы рассчитать плоский стальной настил, найдем цилиндрическую жесткость, балочный прогиб и расчетный изгибающий момент, относительный прогиб и напряжение в настиле.
Затем переходим к расчету прокатной балки настила. Так как балка приварена к настилу, то устойчивость балки конструктивно обеспечена. Далее:
- определяем расчетную нагрузку и изгибающий момент балки, зная длину пролета;
- определяем требуемый момент сопротивления при работе в упругой стадии;
- находим в сортаменте двутавр, расчетное сопротивление которого выше требуемого;
- принимаем двутавр по сортаменту;
- находим прогиб от нормативной нагрузки;
- выполняем расчет с учетом пластических деформаций, для этого найдем требуемый момент сопротивления и заново подберем двутавр;
- проверяем найденное значение на прочность, если прочность не обеспечена, то оставляем принятый ранее двутавр.
За счет того, что сечение подбирается исходя из двух стадий работы, удается снизить массу балки и металлоемкость.
Если необходимо рассчитать второстепенные балки, то следует учитывать, что они работают как неразрезные, и также оценить их для упругой и упругопластической стадии работы. Для того чтобы найти нагрузку, необходимо учесть постоянное и временное воздействие.
Как правило общая устойчивость обеспечена связями. Для начала определяем нагрузку, грузовая расчетная полоса будет равна шагу балки, исходя из этого определяем постоянную и временную нагрузки. Далее переходим к расчету в упругой стадии работы, находим наибольший изгибающий момент, который располагается над промежуточной опорой. Затем также по сортаменту подбираем нужное значение. Далее переходим к расчетам в упругопластической стадии, находим касательные напряжения над промежуточной опорой, расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления. Принимаем двутавр по сортаменту и проверяем условие прочности.
