14. Расчёт местной прочности стенки балки

В отличие от пояса в стенке балки могут действовать все три вида напряжений : нормальные, касательные и местные (от сосредоточенных нагрузок), причем одновременно. Кроме того, нормальные напряжения в стенке  балок в разных местах по высоте имеют разную  величину: от близкой к расчетным сопротивлениям вблизи поясов до нуля на уровне центра тяжести сечения. Поэтому обеспечивать местную устойчивость стенки, увеличивая ее толщину, нерационально: в зоне нейтральной оси  прочность стали будет использоваться плохо. Для обеспечения местной устойчивости стенки в составных балках применяются ребра жесткости, в первую очередь основные поперечные. Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только основными поперечными ребрами жесткости, при отсутствии местного напряжения ( ) выполняется по формуле

г де

действующие напряжения;  M и Q  – момент и поперечная сила в середине реального или фиктивного отсека (если длина отсека больше высоты – в середине квадратного отсека, в наиболее напряженной части реального отсека).

Расчет на устойчивость стенок таких же балок при наличии  местного напряжения  выполняется по формуле

г де   – действующее местное напряжение в стенке.

Вышеприведенные формулы для проверки местной устойчивости относятся к сварным балкам, работающим в упругой стадии и при приложении мест­ной нагрузки к сжатому поясу.

Основную роль в потере местной устойчивости стенки играют касательные напряжения. Стенки следует укреплять при наличии местного напряжения и двусторонних поясных швов поперечными ребрами не реже чем через . Тогда ,  и критические напряжения  по условию прочности должны быть больше соответствующих расчетных сопротивлений:  после сокращений и вычислений получаем, что при можно не рассчитывать стенку на устойчивость при   Аналогично, при , можно не рассчитывать стенку на устойчивость при  и  односторонних швах, а при  можно не рассчитывать стенку на устойчивость при  и при двусторонних швах и .

Основные поперечные ребра жесткости могут быть парными (устанавливаются с двух сторон стенки) и односторонними. Толщина ребра должна быть не менее .  Можно применять для  поперечных ребер жесткости одиночные уголки, приваренные  к стенке пером или полкой. Последнее решение  применяется при прикреплении к  ребру балок,  передающих значительную опорную реакцию. Для пропуска поясных швов в поперечных ребрах делаются треугольные окна с катетами 40 мм. 

15. Генеральные размеры ферм. Типы решеток ферм

Определение пролета ферм. Пролет или длина ферм в большинстве случаев определяются эксплуатационными требованиями и обще компоновочным решением сооружения и не могут быть рекомендованы по усмотрению конструктора.Пролеты стропильных ферм, мостовых кранов, гидротехнических затворов и т. п. определяются технологической или архитектурной схемой сооружения и уточняются в зависимости от типа сопряжений с соседними элементами.При примыкании ферм к металлическим колоннам сбоку расчетный пролет фермы принимается равным расстоянию между колоннами в свету на отметке примыкания ферм. В случаях, когда пролет конструкции не диктуется технологическими требованиями (например, эстакады, поддерживающие трубопроводы и т. п.), он должен назначаться на основе экономических соображений с тем, чтобы суммарная стоимость ферм и опор была наименьшей.Определение высоты треугольных ферм. В треугольных фермах высота является функцией пролета и уклона кровли, которые зависят от материала кровли. Обычно треугольные фермы проектируют под кровли, требующие значительных уклонов (25-45°), что дает высоту ферм h=(1/4?1/2) l. Высота треугольных ферм, как правило, бывает выше требуемой из условия наименьшей массы фермы, поэтому по расходу стали треугольные фермы неэкономичны. Высоту фермы посередине пролета можно уменьшить, придав нижнему поясу приподнятое очертание. Опорный узел при этом не должен быть слишком острым.Определение оптимальной высоты трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами. Если нет конструктивных ограничений, высота ферм может быть принята из условия наименьшего веса фермы, т. е. по экономическим соображениям. Вес фермы складывается из веса поясов и веса решетки. Вес поясов уменьшается с увеличением высоты фермы, так как усилие в поясах обратно пропорционально высоте NП=M/h.Обычно для ферм с параллельными поясами или близких к ним ферм трапецеидального очертания высоту принимают несколько меньше, чем это следует по формулам, т. е. 1/7 - 1/9 пролета, причем для легких ферм принимают меньшие значения, для тяжелых - большие. В фермах трапецеидального очертания помимо высоты посередине пролета необходимо установить высоту на опоре. Высота опорной стойки стропильных ферм зависит от высоты фермы в пролете и уклона кровли. Обычно при уклонах 1/12-1/8 она получается в пределах от 1/15 до 1/10 пролета, что конструктивно вполне приемлемо. Определение высоты ферм uз условий жесткости. Наименьшая возможная высота фермы определяется допустимым прогибом. В обычных кровельных покрытиях жесткость ферм значительно превосходит требования, предъявляемые условиями эксплуатации. В конструкциях, работающих на подвижную нагрузку требования жесткости часто являются настолько высокими (f/l=1/750-1/1000), что они определяют высоту ферм. Иногда бывает необходимо установить высоту ферм из условия жесткости при изготовлении их из высокопрочной стали или алюминиевых сплавов. Системы решеток ферм и их характеристика От системы решетки зависят вес фермы, трудоемкость ее изготовления, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах. Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами весьма эффективной является треугольная система решетки, дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки. В фермах треугольного очертания также возможна треугольная система решетки. Общим недостатком треугольной системы решетки является наличие сжатых длинных раскосов, восходящих в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треугольных фермах. Раскосная система решетки. При ее проектировании нужно стремиться, чтобы наиболее длинные элементы - раскосы - были растянутыми, а стойки - сжатыми. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами и восходящих - в треугольных фермах. Применять раскосные решетки целесообразно при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой нагрузке).Раскосная решетка более трудоемка чем треугольная, и требует большего расхода материала.

Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (примерно 4-5 м) и рациональном угле наклона раскосов (примерно 35-45°) панели могут получаться чрезмерно большими, неудобными для расположения кровельных прогонов и других элементов. Если давления прогонов небольшие, то можно допустить местный изгиб пояса, расположив прогоны на поясе между узлами. Однако при больших давлениях такое решение нерационально. Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку. Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и иногда требует дополнительного расхода металла; однако такая решетка дает возможность получить рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рациональном угле наклона раскосов, а также уменьшить расчетную длину сжатых стержней. Шпренгельную решетку особого вида имеет треугольная ферма. В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, как правило, устраивают крестовую решетку. К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций, вертикальные фермы башен, мачт и высоких зданий.