Металлические плоскостные безраспорные конструкции

Металлические балки. В зависимости от типа сечения стальные балки могут быть прокатными (из двутавров или швеллеров) и составными.

Лучшую технико-экономическую эффективность и меньшую металлоемкость имеют двутавровые балки, которые состоят из двух поясов (верхнего и нижнего) и тонкой стенки. Толщина стенки балки серьезно влияет на ее экономическую эффективность.

Прокатные балки (рис. 2.2.1 а, б) применяют для перекрытия сравнительно небольших пролетов, т.к. в сортаменте производимого стандартного профиля отсутствуют балки больших сечений. Максимальная высота двутавровпо ГОСТ 8239-89 с уклоном внутренних граней полок 6–12 % составляет 600 мм, а двутавры с параллельными гранями полок - 1000 мм.

Геометрические размеры поперечных сечений наиболее часто применяемых в покрытиях прокатных двутавровых балок с параллельными гранями полок приведены в таблице 2.2.1.

Рис. 2.2.1. Двутавровые балки

а – прокатные обычные; б – прокатные широкополочные

(с параллельными гранями полок)

Прокатные балки имеют завышенную толщину стенок, что определяется технологическими возможностями завода-изготовителя прокатного профиля. Увеличенная толщина стенки позволяет обходиться минимальным количеством ребер жесткости (только в наиболее нагруженных зонах), а отсутствие сварных швов в местах соединения поясов со стенкой повышает надежность прокатных балок.

Таким образом, прокатные балки являются более металлоемкими и менее экономичными конструкциями по сравнению с составными. В то же время они менее трудоемки в изготовлении, более надежны в эксплуатации и широко применяются в конструкциях промышленных зданий, когда несущей способности прокатных профилей достаточно для обеспечения их надежной работы.

Таблица 2.2.1

Балки двутавровые горячекатаные с параллельными гранями полок (по ГОСТ 26020-83)

В тех случаях, когда требуются конструкции, жесткость и несущая способность которых превышает возможности прокатных профилей, используют составные балки. Они могут быть сварными и клепаными. Клепаные балки хорошо работают на динамические нагрузки, но более металлоемки и трудоемки в изготовлении и применяются редко.

В покрытиях промышленных зданий наибольшее применение получили сварные балки двутаврового симметричного сечения (рис. 2.2.2). В таких балках для обеспечения устойчивости стенок устанавливают ребра жесткости на расстоянии (1,0 – 2,0) h_ст.

Рис. 2.2.2. Сварные двутавровые балки

1 – верхний пояс балки; 2 – нижний пояс балки;

3 – стенка; 4 – вертикальные ребра жесткости;5 – опорное ребро

Сварные балки могут применяться в качестве стропильных и подстропильных конструкций пролетом от 12 м до 36 м. В таблице 2.2.2 приведены геометрические размеры сечения некоторых стандартных сварных двутавров.

Таблица 2.2.2

Сварные широкополочные двутавры

Балки с гофрированной стенкой (гофробалки). В значительной степени снизить металлоемкость балок позволяет применение балок с гофрированными стенками (рис. 2.2.3). Гофрирование позволяет повысить устойчивость стенки при минимальном количестве ребер жесткости. Толщину гофрированных стенок принимают в пределах 2 - 8 мм.

Рис. 2.2.3. Балки с гофрированной стенкой

а – общий вид балки; б – стык фрагментов балок по длине

Несмотря на необходимость гофрирования и более сложную сварку поясных швов, балки с гофрированной стенкой имеют меньший расход металла и трудоемкость изготовления (на 15 - 25%) благодаря уменьшению толщины стенки и исключению значительного числа ребер жесткости.

В таблице 2.2.3. приведены параметры балок с гофрированной стенкой, применяемых в покрытиях одноэтажных промышленных зданий.

Таблица 2.2.3

Габаритные размеры балок с гофрированной стенкой

В пределах габаритных размеров, приведенных выше, сварные двутавры могут иметь произвольное поперечное сечение, обоснованное проектными расчетами.

Высота балки ориентировочно принимается 1/15 - 1/25 перекрываемого пролета.

Балки с гофрированной стенкой можно успешно применять для перекрытия пролетов величиной 12 – 30 м. Конструкция стыка фрагментов гофрированных балок по длине приведена на рис. 2.2.3 б. По индивидуальным заказам возможно изготовление балок с гофрированной стенкой длиной до 80м.

Балки с перфорированной стенкой. Одним из прогрессивных направлений повышения эффективности двутавровых прокатных профилей является создание балок с перфорированной стенкой (рис. 2.2.4). Такие балки образуются путем разрезки стенки двутавра по зигзагообразной линии с последующей раздвижкой и сваркой встык частей двутавров по выступам стенки. Полученные таким образом сквозные двутавры имеют высоту и, следовательно, несущую способность, превышающие в 1,3-1,5 раза исходные прокатные двутавры (рис. 2.2.4 а).

Балки с перфорированной стенкой получили достаточно широкое применение в качестве несущих конструкций покрытий и в ряде случаев составляют конкуренцию решетчатым конструкциям. В таблицах 2.2.4 - 2.2.7 приведены размеры некоторых перфорированных двутавров, применяемых в Европе.

Возможно изготовление одно - и двускатных балок, с уклоном как верхнего, так и нижнего пояса.

Рис. 2.2.4. Перфорированные двутавры

а – с шестигранными отверстиями; б – с круглыми отверстиями;

в – с восьмигранными отверстиями; г – с синусоидальными отверстиями

Таблица 2.2.4

Перфорированные двутавры с шестигранными отверстиями

Таблица 2.2.5

Перфорированные двутавры с круглыми отверстиями

Таблица 2.2.6

Перфорированные двутавры с синусоидальными отверстиями

Таблица 2.2.7

Перфорированные двутавры с восьмигранными отверстиями

Расход металла в таких балках на 20 - 30% меньше, чем в обычных прокатных балках, при одновременном снижении стоимости на 10 - 18%.

Для усиления стенки под большими сосредоточенными грузами и у опор балки ставят поперечные либо торцевые опорные ребра.

Металлические фермы могут выполняться разнообразного очертания, с поясами из различных профилей и с различной решеткой (рис. 2.1.2). Типовые стальные фермы перекрывают пролет от 18 до 36 м.

Фермы с поясами из парных уголков (серия 1.460.2-10), из широкополочных тавров (серия 1.460-8), широкополочных двутавров (серия 1.460.3-15) и из круглых труб (серия 1.460.3-17) запроектированы с параллельными поясами, имеющими уклон 1,5%. Фермы пролетом 18 м имеют горизонтальный нижний пояс. Исключение составляют фермы из круглых труб, имеющие горизонтальные пояса. Уклон кровли в этом случае обеспечивается опорными столиками разной высоты, служащими опорой для прогонов.

Шаг стропильных ферм принят 6 или 12 м. Подстропильные фермы из широкополочных тавров, широкополочных двутавров и круглых труб запроектированы треугольного очертания пролетом 12 м. Подстропильные фермы из уголков запроектированы с параллельными поясами пролетами 12, 18 и 24 м.

Опирание стропильных ферм на колонны (железобетонные или металлические) или подстропильные фермы принято шарнирным. Номинальная длина стропильных ферм принята на 400 мм меньше пролета здания. Пояса ферм крепят к опорным стойкам из прокатных или сварных двутавров (в зависимости от величины действующих нагрузок). Высота сечения опорных стоек, расположенных по средним рядам колонн, принята 400 мм, а по крайним рядам колонн - 450 мм (при привязке крайних колонн к оси «250») или 200 мм (при привязке «0»). Крепление опорных стоек к колоннам чаще всего выполняется на монтажной сварке. При металлических колоннах возможно крепление на болтах.

Все стропильные фермы запроектированы из 1 – 3 отправочных элементов (в зависимости от величины пролета). Расстояние между узлами верхнего пояса принято 3 м. Соединения элементов в узлах осуществляют на сварке либо путем непосредственного примыкания одних элементов к другим, либо через фасонные элементы.

Геометрические схемы стропильных и подстропильных ферм из парных уголков и широкополочных тавров, а также характерные узлы приведены на рисунках 2.2.5 – 2.2.7.

Рис. 2.2.5. Геометрические схемы стропильных и подстропильных ферм из парных уголков и широкополочных тавров