Типы балочных клеток. Область применения, Расчет прокатных балок.

Балочная клетка. Металлические балки широко применяют в про­мышленном строительстве (прогоны, подкрановые балки, элементы фахверка, балки рабочих площадок, эстакад и т.п.), мостостроении, гидротехническом строительстве и др.

Конструкция перекрытия или покрытия представляет систему несу­щих балок и называется балочной клеткой. В практике применяют ба­лочные клетки следующих типов:

а) упрощенные (рис. а) с балками одного направления - бал­ками настила -1;б) нормальные (рис. б), в которых кроме балок настила име­ются главные балки -4, опирающиеся на колонны;

в) усложненные (рис. в), имеющие балки настила -1, главные -4 и вспомогательные балки - 5.

Выбор типа балочной клетки зависит от многих факторов - разме­щения производственного оборудования, допустимой сетки колонн, ве­личины нагрузок (постоянных, временных, монтажных), класса приме­няемой стали, допустимой строительной высоты и др., а также экономи­ческих соображений.

Шаг балок, поддерживающих настил, назначают в зависимости от вида настила. Его устанавливают сравнением вариантов конструктивно­го решения и принимают равным 0,6-1,6 м при стальном и 2-3,5 м при железобетонном настиле.

Пролеты L главных балок назначают обычно 6, 12, 18 м в соответ­ствии со стандартным шагом колонн.

В зависимости от величины пролета и нагрузки балки могут быть приняты цельного профиля-прокатные (рис. а—в) или прессован­ные из алюминиевых сплавов (рис. г, д) и составные-сварные или клепаные (рис. е-и). Наиболее экономичны балки прокатные дву­таврового сечения. Составные балки применяют в случаях, когда бал­ки цельного профиля не удовлетворяют условиям прочности, жесткости или устойчивости. Составные балки преимущественно выполняют свар­ными. Клепаные балки требуют повышенного расхода металла по срав­нению со сварными на 12—16% и более трудоемки в изготовлении. Од­нако при больших динамических нагрузках применяют клепаные балки.

Основными параметрами балки являются пролет, высота и толщи­на стенки, а также сечение поясов.

Расстояние между осями опорных частей L (см. рис. б) называ­ют расчетным пролетом балки; расстояние между внутренними гранями опор L_св—пролетом в свету. Пролет в свету балки не должен нарушать технологических условий основного производства, а также требований типизации и унификации конструкции.

Прокатные балки применяют в качестве несущих элементов покрытий и перекрытий, стоек и ригелей фахверка, подкрановых балок для кранов относительно небольшой грузоподъемности и т. п.

Основными профилями прокатных балок являются двутавры (ГОСТ 8239-72) и швеллеры (ГОСТ 8240—72). Двутавры хорошо работают на изгиб относительно оси, перпендикулярной плоскости стенки. Швел­леры асимметричны и имеют более широкие полки, чем у двутавров, а следовательно, и больший момент инерции относительно оси, парал­лельной стенке. Их применяют в конструкциях, работающих .на косой изгиб (например, прогоны скатных кровель).

Расчет прочности сечений металлических балок (первое предель­ное состояние) в предположении их упругой работы производят по фор­мулам сопротивления материалов: на изгиб М/W_вт£R; на поперечную силу QS_бр/(Id_ст) £R_ст

Здесь S_бр - статический момент брутто сдвигаемой части сечения отно­сительно нейтральной оси; d_ст - толщина стенки; R и R_ср - расчетные сопротивления металла изгибу и срезу, W_нт - момент сопротивления сечения нетто.

Расчет прокатных балок на прочность согласно действующим нор­мам производят в ряде случаев с учетом развития пластических дефор­маций. Разрезные балки постоянного сечения, несущие статическую нагрузку, проверяют на прочность по пластическому моменту сопротив­ления, если обеспечена общая и местная устойчивость балки и каса­тельные напряжения в месте наибольшего момента не превышают 0,3R. Проверку прочности указанных элементов производят по формулам:

при изгибе в одной плоскости M_x/Wⁿ_xнт£R

при изгибе в двух плоскостях (M_x/Wⁿ_xнт )+( M_у/Wⁿ_{у нт}) £R.

где М_х и М_у - расчетные изгибающие моменты, действующие относи­тельно осей Х и Y; Wⁿ_хнти Wⁿ_{у нт} - пластические моменты сопротивле­ния, равные W^п=2S; S - статический момент половины площади се­чения.

Вводимую в расчет величину пластического момента сопротивле­ния принимают для двутавров и швеллеров W^п=1.12W при изгибе в плоскости стенки и W^п=1.2W при изгибе в плоскости, перпендикуляр­ной плоскости стенки (W - упругий или обычный момент сопротивле­ния). При наличии в балке зоны чистого изгиба расчет ведут по средне­му значению момента сопротивления: W₁=(Wⁿ+W)/2.

Прогоны покрытий, ригели фахверка, балки бункеров и другие не­сут статическую нагрузку и закреплены настилом по длине. Такие про­гоны в соответствии со СНиПом разрешается рассчитывать с учетом пластических деформаций по формуле (M_x/Wⁿ_xнт )+( M_у/Wⁿ_{у нт}) £R.

Расчет балки по второму предельному состоянию производят по деформациям на воздействие нормативных нагрузок. Прогибы балок оп­ределяют методами строительной механики. Полученные прогибы, вы­раженные в долях пролета, не должны превышать величин предельных деформаций, нормированных в пределах от ¹/₂₀₀ до ¹/₇₅₀ пролета в зави­симости от назначения балки.

Вопрос 23