Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf

Подставив значение строительного коэффициента конструкции из высокопрочной стали (IV. 4), получим

Пользуясь этой формулой, можно оценить экономию веса, по-

'лучаемую за счет применения высокопрочных сталей в различ­ ных конструктивных элементах.

Экономия стали в центрально растянутых стрежнях. При ис­ пользовании высокопрочных сталей в центрально растянутых элементах достигается наибольший экономический эффект в свя­ зи с тем, что их высокое расчетное сопротивление используется полностью независимо от формы сечения профиля.

Коэффициент снижения веса для центрально растянутого стержня определяется по формуле

стали и длина стержня; —■коэффициент неточностей при подборе сечения,

зависящий от градации сортамента [29, 30]. Если принять, что для конструкций из стали СтЗ и высокопроч­

ной сортамент профилей будет одинаковым, коэффициент i])„ при средней градации последнего —7% равен 1,035. Однако для ма­ лых сечений градация больше, чем для крупных. Поэтому, с уче­ том того, что сечения стержней из высокопрочных сталей меньше,

4н отношение |^ з = 1.05.

Ѵн На основании приведенных .зависимостей экономия, получа­

емая от применения высокопрочных сталей в стержнях из угол­ ков, труб, открытых и замкнутых гнутых профилей, представлена на рис. IV. I. При анализе величина строительного коэффициента принята равной: для уголков— 1,05; труб и замкнутых гнутых профилей— 1,03; открытых гнутых профилей с планками— 1,12.

Экономия в весе с увеличением прочности стали по сравне­ нию со сталью СтЗ возрастает по параболическому закону.

За счет использования в стержнях стали класса С85/75 можно получить снижение веса на 63—79% по сравению со сталью СтЗ, в зависимости от конструктивного оформления элемента.

93

Экономия стали в центрально-сжатых стержнях. Эффектив­ ность применения высокопрочных сталей в центрально сжатых стержнях снижается по сравнению с растянутыми за счет влия­ ния продольного изгиба, которое может быть компенсировано применением тонкостенных гнутых и трубчатых профилей с высо­ кими радиусами инерции.

При технико-экономических сравнениях площадь сечения цен­ трально сжатого стержня может быть определена по формуле:

где N '■— усилие, действующее на стержень;

ß— коэффициент формы сечения [33];

р— коэффициент приведения длины.

Вформуле (IV. 7) первый член представляет собой площадь центрально растянутого стержня, второй — дополнительную пло­ щадь для восприятия продольного изгиба. Дополнительная пло­ щадь зависит от формы сечения и расчетной длины стержня. Коэффициент ß зависит от удельного радиуса инерции и коэф­ фициента продольного изгиба. Поэтому он чутко реагирует иа. изменение класса стали и улучшение формы сечения. С увели­ чением прочностных свойств стали он растет, а с улучшением характеристики профиля — уменьшается.

94

Зависимость (IV. 7) представим в виде

( Y + P

N

где V= (Jli — иагруженность стержня.

Тогда коэффициент снижения веса для центрально сжатого

На основании формул (IV. 5) и (IV. 8) определяем экономию веса в центрально сжатых стержнях с различной формой сечения в зависимости от нагруженное™ (рис. IV. 2). Исследования по­ казывают, что эффективность по весу при замене в сечениях из уголка стали СтЗ на высокопрочную растет по параболическому закону с увеличением нагруженности и достигает 40—50% для стержней из стали класса С50—С60. Необходимо отметить, что при малой нагруженности [ѵ< 1 ] экономия веса практически оди­ накова для всех классов сталей. Это свидетельствует о нерацио­ нальности использования уголков при малых нагрузках и боль­ ших гибкостях.

В стержнях из труб наблюдается резкое увеличение экономии стали при использовании высокопрочных материалов при малой нагруженности [ѵ< U5] и стабилизация экономии с увеличением ѵ. Таким образом, экономия стали достигается при малых нагруз­ ках за счет рациональной формы сечения, которая имеет наи­ большее значение в этом случае. Особенно это хорошо видно из сравнения экономической эффективности по весу труб и уголков из стали одинаковой прочности: с увеличением нагруженности стержня экономия падает, так как при больших усилиях гибкость стержней мала и форма сечения имеет меньшее значение.

Аналогично можно установить величину экономии веса для гнутых и гнутосварных профилей.

Теоретически величина предельной гибкости с точки зрения экономии стали оказывается равной для стержней из стали клас­ сов С46/33—100, С60/45—86, С75/60—80, С85/75—57. Практи­ чески для получения существенной экономии в затратах металла

Экономия стали во внецентренно сжатых стержнях. Коэффи­ циент снижения веса для внецентренно сжатых' стержней опре­

95

это отношение в зависимости от класса стали составляет: при С46/33 — £=1,01—1,06—1,12; при С60/45— £= 1,02—1,19—1,28; при С75/60 — £=1,02—1,30—1,50; при С85/75 — £=1,03—1,47— 1,76 (посередине приведено среднее значение).

На основании этих данных средние значения экономии веса в проц, ово внецентрѳнно сжатых оплошных и сквозных стержнях при замене стали СтЗ на высокопрочную следующих классов соответственно составит: при С46/33 — 15 и 12, при С60/45 — 26 и 23, при С75/60 — 31 и 27 и при С85/75 — 36 и 31.

Экономия стали в стропильных фермах. Коэффициент сниже­ ния веса ферм при применении высокопрочных сталей по методу теоретических характеристик равен *

где Лг™, А'р8, X £т3— теоретические характеристики поясов и ре­

шетки фермы из высокопрочной стали и фермы-эталона из стали СтЗ в целом [33]; К , RCr3— расчетное сопротивление материала поясов

(IV. 10), определяем снижение веса ферм при замене стали СтЗ •на высокопрочную по сравнению с типовой фермой из угловой стали классов С46/33 + С38/23 (рис. IV. 3). При этом экономия определяется в функции суммарной нагрузки в тоннах на ферму P —qBL (q — нагрузка на ферму в т/м; В и L — шаг и пролет фермы в м соответственно).

Учитывая то, что характеристики в зависимости от геометриче­ ской схемы для одинаковых пролетов отличаются незначительно, а фермы воспринимают в основном равномерно распределенную нагрузку, полученные результаты можно распространить на раз­

* Метод определения веса по теоретическим характеристикам изложен в работе [31] и развит для подсчета весов конструкций из различных марок сталей на кафедре строительных конструкций Макеевского инженерно-строи­ тельного института под руководством профессора Я- М. Лихтарникова.

96

личные типы ферм промышленных зданий, независимо от гео­ метрической схемы решетки.

Вес ферм при применении уголков из высокопрочной стали из­ меняется в значительных пределах. При /*= 100 т экономия со­ ставляет 5—10%, а при Р=250 г — 12—26%, в зависимости от класса стали. Если применять -■ высокопрочную сталь только для поясов, то экономия в ве­ се уменьшается на 5—6%.

Экономия стали в фермах из круглых или квадратных труб уменьшается с увеличением на­ грузки, так как при больших нагрузках рациональность се­ чения имеет меньшее значение.

зависимости от класса стали. Это имеет место при всех нагруз­ ках и пролетах и даже при применении стали СтЗ.

Экспериментальное проектирование стропильных ферм проле­ том 50—60 м из сталей повышенной и высокой прочности было проведено в Уральском ПромстройНИИпроекте [32].' Получен­ ные результаты достаточно хорошо согласуются с вышеприве­ денной теоретической экономией металла, хотя показывают не­ сколько большие значения. Так, для фермы пролетом 36 м с облегченным и железобетонным покрытием при сечениях из уголков экономия веса соответственно составит' 19—35 и 23— 51%, при сечениях из тонкостенных профилей— 18—38 и 18— 58% (в зависимости от класса стали).

Экономия стали в подкрановых балках. При определении эф­ фективности применения высокопрочных сталей по весу возмож­ ны следующие случаи:

а) балка из высокопрочной стали и эталон из стали СтЗ под­ бираются по прочности; б) то ж е —-по жесткости; в) балка-эта­ лон подбирается по прочности,' а балка из высокопрочной ста­ ли — по жесткости.

Наиболее эффективно используются высокопрочные стали в бистальных балках, пояса которых выполняются из высокопроч­ ной, а стенки из СтЗ или низколегированной стали.