книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

профиля на связь жесткости, является суммой реакции сил Р, приложен­ ных на отрезке балки между связями жесткости. Эти реакции рассчитывают приближенно;

ДЛЯ 0 ^ 2 ^ 0 ,3 /i

где /, — расстояние между связями жесткости; z — расстояние внешней силы Р от свя­ зи жесткости; s — коэффициент, связанный с формой балки, принимаемый по формуле

(8-1) или (8-2).

Для нагрузки q, равномерно распределенной по всей длине балки,

Если между связями жесткости действует больше одной силы Р, сум­ му реакций Р рассчитывают по формуле (8-3) или (8-4). Соединение связи жесткости с балкой не должно вызвать потери местной устойчиво­ сти стенок балки.

Таким образом, можно рассматривать балки, подвергнутые внецентренной нагрузке относительно плоскости симметрии их сечения.

Подобная проблема существует и в балках двутаврового профиля, состоящих из двух швеллеров. Балка работает на изгиб при нагрузке в плоскости стенки двутавра. Ее составляющие профили (рис. 8-2, а) обла­ дают способностью к скручиванию на отрезках длиной, равной расстоя­ нию между соединительными элементами. Верхние полки расходят­ ся, а нижние — прижимаются друг к другу. Скручиванию противодейст­ вуют силы, возникающие в соединительных элементах, например в свар­ ных точках (рис. 8-2,6). Центр стыка действует здесь как связь жест­ кости. Усилие в нем можно рассчитать по формуле (8-1). Оно зависит от нагрузки, приходящейся на отрезок балки, расположенной между цент­

234

рами стыков. Если на этот отрезок действует постоянная нагрузка, то на один швеллер приходится сила, равная:

Подставляя в приведенное выше уравнение Р из (8-1), получаем

центра стыка на растяжение; h — вертикальное расстояние между центрами соединений

(см. рис. 8-2); ха — как на рис. 8-1, а.

Обычно балки, проектируемые как равномерно нагруженные, нагру­ жены неравномерно. Поэтому в формуле (8-6) следует принимать qz= = 3q (q — равномерная нагрузка). Если на отрезке балки между соеди­ нительными элементами приложена сосредоточенная сила, которая рас­

пределяется на участке длиной а (см. рис. 6-53), большей, чем еМакс, то

Р

принимают qz= — . Если же длина опоры меньше, чем расстояние меж.

а

ду соединительными элементами, то она должна воспринять крутящий момент, приходящийся на один швеллер. Тогда в формуле (8-1) под­ ставляют половину силы Р.

При небольших нагрузках по формуле (8-6) получают большие рас­ стояния между соединительными элементами. Чтобы предотвратить рас­ хождение верхних полок, расстояние между соединительными элемен­

тами должно быть меньше, чем еМакс=^ — (^ — длина пролета балки).

О

8.1.2. Стойки

Стойки наружных или внутренних стен каркасных зданий обычно ог­ раждают плитами из разных материалов. Эти плиты характеризуются определенной прочностью в своей плоскости и поэтому их можно счи­ тать связями жесткости для стоек, предотвращающими продольный из­ гиб в плоскости стены. Чтобы плиты ограждения выполняли такую роль, необходимо по отношению к конструкции стены (т. е. к стойке, плите ог­ раждения и их взаимному соединению) соблюдать следующие требо­ вания:

расстанавливать соединительные элементы между плитой огражде­ ния и стойкой так, чтобы при расчете решающим был продольный изгиб в плоскости, перпендикулярной плоскости стены;

добиваться такой минимальной прочности материала ограждения, чтобы не мог произойти прогиб стенки в плоскости стены;

выполнять стыки между плитой ограждения и стойкой так, чтобы они надежно выдерживали силу бокового давления стойки на связь жест­ кости.

Чтобы математически сформулировать эти условия, необходимо учи­ тывать некоторые технические дефекты, наличие которых не является еще причиной продольного изгиба стойки в плоскости стены.

Наибольшее расстояние между соединительными элементами должно быть равно:

оси, параллельной и перпендикулярной к плоскости стены; Re— предел текучести стали стойки; Со— упругая постоянная материала стены и соединительных элементов.

Подставив значение Е из формулы (8-8), получим минимальную ве­ личину упругой постоянной:

Рассчитанная по формуле (8-8а) упругая постоянная с0 должна быть экспериментально подтверждена для данного решения стены. Она может быть также взята из табл. 8-1 как ориентировочная величина.

Сила бокового воздействия, действующая в соединении, равна

Стойку стены, конструкция которой удовлетворяет условиям (8-7) — (8-9), рассчитывают на продольный изгиб в плоскости, перпендикуляр­ ной к плоскости стены.

8.2.ПЕРЕКРЫТИЯ И БЕСЧЕРДАЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ

8.2.1.Общие сведения

Различают два основных типа перекрытий, для которых применяют­

ся профили холодной гибки:

а) перекрытия, в которых несущим элементом является железобе­ тонная балка с самонесущей арматурой из металлических профилей. За­

236

полнением перекрытия между балками служат пустотелые блоки из лег­ ких бетонов. В зависимости от наличия бетона, омоноличивания или той роли, которую играет пустотелый блок, эти перекрытия ребристые, плит­ норебристые или монолитные;

б) перекрытия, в которых балка и плита или только плита выполне­ ны из тонкого листового металла. Такие стальные перекрытия состоят из гнутых профилей или складчатого настила.

Легкие перекрытия описаны в работах [23, 40, 81, 113, 177, 181, 197, 206,214,215,216].

В п е р е к р ы т и я х п е р в о г о типа балки из гнутых профилей служат в качестве монтажных для укладки пустотелых блоков, бетона и выдерживают все нагрузки, возникающие во время изготовления пе­ рекрытия.

П е р е к р ы т и я в т о р о г о т и п а являются системами менее слож­ ными и более легкими для выполнения. В некоторых перекрытиях из складчатого настила свободное пространство между ребрами заполняет­ ся бетоном, а иногда армируется. В этом случае железобетон вовлекает­ ся в совместную работу при передаче нагрузок. Эти перекрытия характе­ ризуются небольшой собственной массой, большая часть которой при­ ходится на массу стали. По сравнению с обычными перекрытиями из стальных балок здесь расходуется больше стали. Однако рассматривае­ мые перекрытия целесообразно применять в многоэтажных каркасных зданиях, так как благодаря снижению собственной массы перекрытия достигается значительная экономия материала в колоннах. Другим важным достоинством перекрытий является то, что их можно быстро монтировать.

Легкие балки монолитных перекрытий один раз проверяют как са­ монесущую арматуру железобетонных сечений, а второй раз как сталь­ ную конструкцию на монтажные нагрузки.

Довольно редко применяется сборное балочное перекрытие, где несу­ щей балкой является необетонированный гнутый профиль. Вместо бетон-, ного пустотелого блока или стального листа используют железобетонную плиту из легкого бетона или деревянную плиту.

8.2.2. Примеры конструкций

В Западной Европе применяются различные легкие перекрытия. При­ ведем несколько примеров.

Ч а с т о р е б р и с т о е п е р е к р ы т и е с и с т е м ы «Веди» (рис. 8-3) выполняется без опалубки. Легкой балкой является уложен­ ный горизонтально швеллер. Стенки пустотелого блока не работают сов­ местно с бетонным сечением при передаче нагрузок, хотя здесь применяют также пустотелые блоки из более тяжелых бетонов, которые, соединяясь с заполняющим бетоном, входят в состав несущего железобетонного се­ чения. Для связи растянутой зоны со сжатой используют хомуты из про­ волоки круглого сечения диаметром 4 мм. С наружной стороны стенки,

237

швеллера покрыты антикоррозионной оболочкой. С внутренней стороны от коррозии их защищает бетон. Для получения нижней поверхности с хорошей сцепляемостью со сталью швеллер обмотан сеткой Рабитца. Расход стали на 1 м2 перекрытия 6,1 кг. Масса 1 м2 перекрытия при ис­ пользовании пустотелых блоков высотой 18 или 20 см составляет вместе

Рис. 8-3. Часторебристое пе­ рекрытие системы «Веди»

со штукатуркой и полом 300 кг. Перекрытие пролетом 5,5 м выдерживает эксплуатационную нагрузку на 1 ж2 150 кгс, а при пролете около 4 м — 500 кгс. При больших пролетах или нагрузках внутрь швеллера добав­ ляют круглые стержни.

П е р е к р ыт ие с и с т е м ы « К а й з е р К Т 5 0 0» (рис. 8-4) может быть балочным или плитноребристым. Стальная решетчатая балка со­ стоит из двух поясов. Каждый из этих поясов имеет вырезанные полосы, которые, будучи выдавленными и сваренными, образуют раскосы. На заводе нижний пояс заполняется бетоном или деревянной планкой в за­ висимости от того, какого типа перекрытие будет потом изготовляться.

Гнутые профили изготовляют из ленты с пределом текучести Re = =3600 кгс!см2. Нижний пояс уже на заводе покрывают антикоррозион­ ным защитным слоем, поскольку его нельзя хорошо защитить после укладки в перекрытие. Для повышения несущей способности перекрытия используют круглый стержень диаметром до 10 мм. Высота элементов заполнения между балками равна 16—24 см. При возможных вариантах решения конструкции и эксплуатационной нагрузке 150—500 кгс на 1 м2 пролеты равны 3—6,8 м. Собственная масса 1 м2 перекрытия с полом и штукатуркой составляет 265—296 кг.

Конструкция п е р е к р ыт и я с и с т е м ы « Б у р к х а р д т » (рис. 8-5) похожа на конструкцию описанных выше перекрытий. Балкой является выгнутый лист металла толщиной 1,75 или 2,5 мм и высотой 100—140 мм. Нижняя часть забетонирована и вместе с дополнительными круглыми Стержнями представляет собой арматуру железобетонного ребра. Бетон-

238

ная полка имеет одинаковые размеры во всех типах балок. Расстояние между балками 62,5 см. Пустотелые блоки имеют высоту 18—22 см. Масса 1 м2 перекрытия без штукатурки и пола составляет 200—250 кг. Перекрытие может выдерживать полезную нагрузку 150—450 кгс на 1 м2 при пролетах 3,9—7 м. В стенках балки сделаны отверстия, которые

ние бетонно-стальной балки; в—се­

обеспечивают хорошее сцепление профиля с бетоном. Всю поперечную силу железобетонного ребра выдерживает стенка балки.

П е р е к р ы т и е с ис т е мы LKT (рис. 8-6) имеет легкий прогон ко­ робчатого сечения, состоящий из четырех профилей, соединенных точеч­ ной сваркой. Изготовляют два типа прогонов высотой 24 и 27 см. Соб­ ственная масса 1 м каждого прогона соответственно равна 12,5 и 14,5 кг. Принимая за исходное положение большую массу, можно сказать, что балка системы LKT заменяет двутавр Т40 (масса 1 м двутавра 14,4 кг). Это позволяет сравнивать геометрические характеристики обеих балок:

239

Приведенные значения свидетельствуют о легкости конструкции. При одной и той же общей нагрузке перекрытия (собственной и полезной) достигается экономия материала (50%). Конструкция LKT применяется также в качестве покрытия крыши. Балки располагаются на расстоянии 0,8—1,4 м. При пролетах перекрытий 4—7 м они могут выдерживать (по немецким нормам) общую постоянную и полезную нагрузку 250— 650 кгс на 1 м2.

Рис. 8-7. Пеоекрытие системы MAN

4 — ксилолит; 5 — верхний слой пола; 6 — подшивной потолок; 7 — плита подшивного потолка с огне* защитным слоем; 8 — дополнительный круглый стержень между железобетонными плитами; 9 ри­ гель каркаса [81]

240

На рис. 8-7 показано п е р е к р ы т и е с и с т е м ы MAN, применяемое в многоэтажных каркасных зданиях. Состоит оно из гнутых профилей, изготовленных из листового металла толщиной 2 мм, укрепленных угол­ ками 45X30X4 мм, и из сборных железобетонных плит толщиной 5 см. Эти плиты соединены со стальной балкой так, что в целом они образуют комплексную систему. В области сжатия работают железобетонная пли­ та и часть стенки балки вместе со стальным поясом из угловых профи-

Рис. 8-8. Плита перекрытия, применяемая в многоэтажных каркасных общест­ венных зданиях

а —• поперечное сечение; б — крайняя панель плиты; в — приведенное сечение крайней панели

лей, а в области растяжения — только нижняя часть профиля из листо­ вого металла. Постоянная нагрузка на 1 м2 перекрытия вместе с показан­ ным на рис. 8-7 полом и подшивным потолком равна 240 кгс, из чего на сталь приходится 30 кгс. При пролете 7,7 м 1 м2 перекрытия выдержи­ вает полезную нагрузку 350 кгс и приведенную нагрузку 75 кгс от пе­ регородок.

здания и легкие решетчатые балки перекрытий, расстояние между кото­ рыми 1,5 или 2 м. Плиты могут быть одноили двухпролетными. Они ле­ жат .ней кредственно на верхних поясах балок перекрытий и крепятся

241

болтами. Желательно между плитой и балкой перекрытия делать про­ кладки, например из пластика, резины, древесноволокнистой плиты, кото­ рые гасят колебания. Расход стали на 1 ж2 перекрытия составляет 22 кг. Прибавив к этому массу балок перекрытий, получим расход стали около 28 кг. 1 ж2 перекрытия может выдерживать полезные нагрузки до 600 кгс. Масса монтажных элементов составляет 40—90 кг, постоянная нагрузка на 1 м2 перекрытия равна 150 кгс при использовании гипсовой штукатур­ ки в качестве подшивки и пола из ксилолита.

На рис. 8-9 представлен фрагмент п е р е к р ы т и я , м о н т и р у е м о ­

Балки оцинкованы и крепятся болтами к ригелям каркаса. Такое пере­ крытие требует выполнения снизу огнезащитной подшивки. Сверху эту роль играют сборные железобетонные плиты, укладываемые между бал­ ками и настилом пола. Пролет перекрытия равен 3—6 ж, а полезные на­ грузки на 1 ж2 в соответствии с конструктивным решением составляют 200—1700 кгс. Расход стали на 1 ж2 перекрытия 25—45 кг.

Из перекрытий американской конструкции в Западной Европе наи­

видов, но наиболее часто применяется в пяти решениях. Из оцинкован­ ного листового металла толщиной 1,5 мм (сталь марки St3) изготовля­ ются складчатые элементы шириной 610 мм. На продольных гранях эле­ ментов имеются стандартные замки, с помощью которых они соединя­ ются в большую плиту перекрытия. Пролеты перекрытий равны 1,5— 1,6 ж, полезные нагрузки на 1 ж2 — соответственно от 300 до 1700 кгс. На элементы можно укладывать слой бетона толщиной 5 см, тогда полезная нагрузка перекрытия значительно возрастает (почти в 1,5 раза). Пример решения перекрытия системы Q показан на рис. 8-10,6.

Существует также много видов кровельных плит системы «Робертсон» с разной высотой и толщиной металла настила (0,75—1,5 мм); наиболее часто применяемые показаны на рис. 8-10,0. Пролеты плит, которые можно получить при кровлях этого типа, равны 2—8 ж при полезных на­ грузках на 1 ж2 65—380 кгс. Расход стали 1 ж2 плит перекрытий упомяну­ тых конструкций 22—42 кг. Таково положение и с кровельными плитами, хотя расход стали более дифференцирован и составляет 8—38 кг.

242

Рис. 8-10. Перекрытия и кровель­

•4 Рис. 8-11. Кровельная плита си­ стемы «Фенестра» типа Холориб

Дек

а — профиль плиты; б — сечение бесчер-

243