Файл: Брудка Я. Легкие стальные конструкции.pdf

филя по прямой линии и соединением полученных таким образом частей с помощью соединительных планок из листового металла (рис. 9-30). В этом случае разрезание исходного профиля — легкий процесс, но сум­

гибкие, и балка деформируется здесь больше во время сварки вследст­ вие действия термических напряжений. Когда пояса неодинаковые, сое­ динительные планки выполняют трапециевидной формы. Момент, на­ гружающий соединительную планку у кромки более широкого пояса, больше, поэтому она должна иметь здесь больший момент сопротивле­ ния. В таком решении отверстия не прямоугольны.

На рис. 9-31 показан еще один способ формирования перфорирован­ ных элементов. Между гребнями двутавров, разрезанных вдоль лома­ ной линии, вставлены соединительные планки из листового металла, ко­ торые могут иметь разные размеры. В этом решении отверстия имеют форму восьмиугольников. Такая форма по сравнению с решением на рис. 9-30 позволяет сократить высоту планок, а следовательно, умень­ шить в них изгибающие моменты. Кроме того, в месте соединения стен­ ки балки с поясом возрастает момент сопротивления.

При больших нагрузках может оказаться, что пояса и стенка балки при решении, изображенном на рис. 9-31, слишком слабы. Тогда балки следует изготовлять по одному из способов, показанных на рис. 9-32. Пояса укрепляют отрезками металлических листов. Пояса балок можно выполнять из двутавров с широкими полками, а соединительные план­ ки — из обычных двутавров.

9.4.2. Примеры конструкций

На рис. 9-33 изображен прогон покрытия, который изогнут на цент­

части большого целого, представляющего собой конструкцию решетча­ тую или со сплошными стенками. Например, перекрытия промышленно­ го здания образуют перфорированные прогоны пролетом 12 м. Благо­ даря применению для него таких элементов значительно уменьшился прогиб. Перфорированные системы используются также в качестве ба­ лок перекрытий, очень часто образуя с железобетонными плитами комп­ лексные конструктивные элементы. Перфорированные системы следует применять там, где желателен большой момент инерции.

В зданиях зального типа небольших пролетов и высотой такие систе­

323

Рис. 9-33. Кровельный прогон со световым фо­ нарем

ная балка; 2 — кровельные

сплошными стенками. Наружные и внутренние пояса рамы сделаны из разрезанных двутавров высотой 270 мм, укрепленных с помощью поло­ совой стали, продленной частично и на ажурные отрезки. Часть недо­ стающей стенки балки сделана в области узлов из листового металла, раскроенного соответственно форме поясов и соединенного с ними сты­ ковым швом. Вся конструкция несложна, хотя в области узлов имеется много швов.

Пример решения узла рамы с перфорированными опорами и ригеля­ ми показан на рис. 9-36. Монтажный стык расположен в углу, образую­ щемся из элементов со сложными стенками. Швы имеют сечение в фор­ ме буквы V. До момента выполнения неподвижного соединения опора

иригель соединены болтами с помощью монтажных уголков.

Вкачестве других примеров применения профилей могут служить стойки в сильно нагруженных решетчатых балках, поперечные балки мостов, связи жесткости конструкций с большими пролетами и т. п.

Рис. 9-34. Интерьер школьного гимнастического зала, перекрытого перфори рованными прогонами [165]

324

Перфорированная балка без связей жесткости имеет обычно такую же массу, как у профиля, из которого она собрана. Ее несущая способ­ ность и жесткость при изгибе в плоскости стенки больше, чем у профиля: поэтому ею можно заменить более тяжелый двутавр.

Перфорированные системы следует применять прежде всего для ба­ лок больших пролетов при малых нагрузках. Перфорированные балки менее выгодны при небольшой величине пролета и больших нагрузках, так как влияние поперечных сил на напряжения в их сечении значи­ тельно. Стоимость изготовления перфорированных балок больше, чем стоимость горячекатаных профилей. Следовательно, их применение рен­ табельно только тогда, когда экономия на материале достаточно велика.

Благодаря применению перфорированных профилей можно получить по сравнению с двутаврами 20—50%-ную экономию стали. Практически в качестве наименьшего исходного профиля применяется Т200 при раз­ резании его вдоль ломаной линии и Т 180 при разрезании по прямой линии.

9.4.3. Расчет перфорированных балок

Перфорированная балка представляет собой рамную систему и со­ ответственно должна быть рассчитана. Точной статической схемой явля­ ется бездиагональная балка Виренделя. В усилиях проектировщика, направленных на отыскание точного результата расчетов, нет необходи­ мости, поскольку достаточную надежность системы можно обеспечить, пользуясь приближенным методом расчета, тем более что в тех местах,

325

где влияние наличия отверстий может быть значительным, конструктор заменяет ажурный профиль сплошным сечением, как, например, в не­ разрезных балках на опорах или в узлах рам.

Приближенный метод расчета достаточен:

если в местах, где поперечная сила наибольшая, изгибающий момент в балке невелик. В рассматриваемой системе дополнительные изгибаю­ щие моменты, вызванные поперечными силами, не имеют решающего значения для ее несущей способности. Нормальные напряжения, возни­ кающие от них, являются только незначительной частью напряжений, действующих в сечении наиболее сильно напряженном;

Рис. 9-37. Распределение внутрен­ них сил в перфорированной балке

если влияние поперечных и продольных сил на прогиб перфорирован­ ной системы с большой величиной пролета редко превышает 15% и мо­ жет быть учтено с помощью поправочного коэффициента;

если несущая способность швов, соединяющих стойки в их середине или планки с поясами, как правило, минимум в 2 раза выше, чем необ­ ходимая. Длина этих швов является результатом взаимного соотноше­ ния размеров стоек или планок.

Приближенный метод расчета перфорированных систем основыва­ ется на следующих упрощающих положениях:

а) поперечная сила, действующая в сечении, распределяется на поя­ са пропорционально их жесткости;

б) дополнительные изгибающие моменты, вызванные поперечной си­ лой, равны нулю в центре поясов над и под отверстиями. Максимум этих

и дополнительного изгибающего момента, вызванного разностью попе­ речных сил в двух соседних секциях перфорированной балки;

г) момент пары продольных сил в поясах равен изгибающему момен­ ту, рассчитанному так же, как и для балки со сплошными стенками; д) теоретические оси системы проходят через центры тяжести

поясов;

326

е) сложные напряжения в области узлов не проверяются, так как се­

изгибающие моменты в стойке или в планке (на ребрах поясов):

где Af — изгибающий момент в планке с сечением, рассчитанный так же, как для балки

инерции нижнего и верхнего поясов относительно собственной главной центральной оси; Q — поперечная сила в сечении рассматриваемого отверстия, рассчитанная так же, как для балки со сплошными стенками; Jc — момент инерции перфорированного сечения от­ носительно его нейтральной оси; ДQ — разность поперечных сил в двух соседних сек­ циях перфорированной балки. Значение остальных символов принимается в соответствии с рис. 9-37.

Напряжения в различных сечениях поясов равны: от продольной силы

где F!, F2 — соответственно площадь сечения нижнего и верхнего поясов; В7Ь W2 — со-

ответственно момент сопротивления нижнего и верхнего поясов.

327