книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

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

Касательные напряжения в поясе рассчитывают, принимая прибли­ женно, что они равномерно распределяются по высоте стенки балки ниж­ него или верхнего пояса:

Qi или т, gih

где g 1, g2— соответственно толщина стенки нижнего и верхнего поясов; hi, h2— соот­

ветственно высота стенки нижнего и верхнего поясов, принятая от закругления полки до края отверстия.

При расчете поясов нормативными являются напряжения

% и в = / К + ам)2+ З т 2< £ .

В сечении, соединяющем стойку с поясами, или в стыковом шве, сое­ диняющем планку с поясами, напряжения определяют следующим об­ разом:

При расчете напряжений в сечении стойки полученные значения к или kt необходимо сравнивать с нормативными соответственно для ос­ новного металла и металла сварного шва.

При расчете стоек нормативным является приведенное напряжение, рассчитанное по принципу, установленному для поясов.

При расчете швов формула для приведенного напряжения приобре­ тает следующий вид:

где s — редукционный коэффициент, принятый для стыковых швов; k — допускаемое на­ пряжение для стали.

Если пояса имеют одинаковое сечение и жесткость, а планки симмет­ ричны относительно нейтральной оси балки, то проверка напряжений упрощается. В этом случае нормальные напряжения в поясах равны:

W0 = W 1: ^2

c ==

4W0

Mi=M+Qc,

где F0 — площадь поперечного сечения пояса; h, — расстояние между центрами тяже-

328

сти поясов; ft0 — длина края отверстия (bo=bi = b2); — момент инерции перфориро­ ванного сечения (ослабленного); М — приведенный изгибающий момент в перфориро­ ванной балке.

Наибольший изгибающий момент и координату сечения, в которой он действует, можно легче всего рассчитать с помощью линии влияния этого момента. Построение линии влияния поясняет рис. 9-38. Для ба­ лок с изменяющимся вдоль ее длины сечением величина с переменная.

Рис. 9-38. Построение линии влияния приве­ денного изгибающего момента однопролет­ ной перфорированной балки

Прогиб в центре пролета перфорированной балки рекомендуется рассчитывать как для балок со сплошными стенками, вводя повышаю­ щий коэффициент

/= 1 ,1 5 /р< 7 Я0П,

где fP— прогиб балки со сплошными стенками и постоянным сечением.

Некоторые проблемы, связанные с потерей устойчивости плоской формы изгиба таких балок, рассмотрены в работах [56] и [130].

9.5. КОНСТРУКЦИИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ ЗАТЯЖКАМИ (ШПРЕНГЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ]

Балки, подкрепленные затяжками, в строительстве нашли примене­ ние прежде всего там, где большой пролет требовал расчета балок на прогиб. Запроектированные в этих условиях прямые балки имели бы неэкономичное сечение и сравнительно большую конструктивную высоту.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Wanden. Vorbericht zum 2 Kongress der Internationalen Vereinigung fiir Briicken und Hochbau, Berlin, 1936.

Biur Projektow Budownictwa Przemyslowego», 1956, nr. 11.

20.В r 6 d k a J. Kierunki rozwoju profilow dla lekkich konstrukcji stalowych. «Budow­ nictwo Przemyslowe», 1957, nr. 5.

21.B r o d k a J. Zastosowanie w budownictwie stalowym profilow ksztaltowanych na zimno. — «Inzynieria i Budownictwo», 1957, nr. 12.

22.B r o d k a J. Porownanie dwoch metod obliczania prgtow sciskanych osiowo, wykonanych z profilow cienkosciennych. «Inzynieria i Budownictwo», 1958, nr. 6.

23.B r o d k a J. Lekkie stropy i stropodachy. «Biuletyn Techniczny Biur Projektow Budownictwa Przemyslowego», 1958, nr. 7/8.

24.B r o d k a J. Obliczanie prgtow sciskanych mimosrodowo, wykonanych z profilow

cienkosciennych. «Inzynieria i Budownictwo», 1959, nr. 1.

25.В ro d к a J. Zl^cza srubowe w lekkich konstrukcjach stalowych. «Inzynieria i Budownictwo», 1959, nr. 8.

26.В r 6 d к a J. Uwagi do PN-56/B-03200 w sprawie obliczania prgtow sciskanych

mimosrodowo. «Inzynieria i Budownictwo», 1961, nr. 5.

27. B r o d k a J. Mozliwosci stosowania ksztaltownikow profilowanych na zimno z blach w budownictwie stalowym. «Biuletyn Techniczny Biur Projektow Budownictwa

30.B r o d k a J. Przeglqd konstrukcji przemyslowych z ksztaltownikow gigtych. «In­ zynieria i Budownictwo», 1963, nr. 8/9.

31.B r o d k a J. Wytyczne wymiarowania konstrukcji stalowych z ksztaltownikow

gigtych. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa, 1966.

wykonanych z cienkosciennych ksztaltownikow profilowanych na zimno. Instytut Techniki Budowlanej. «Biuletyn Informacji Naukowo-Technicznej». Warszawa, 1967, nr. 24.

35. B r o d k a J., K l o b u k o w s k i J . Zastosowanie ksztaltownikow gigtych do budowlanych konstrukcji stalowych w praktyce krajowej. Ksigga konferencyjna «Konstrukcje

kosciennych profilowanych na zimno oraz ich zastosowanie w budownictwie. «Biuletyn

332

49. C h w а 11 a E. Einige Ergebnisse der Theorie des aussermitting gedriickten Stabes mit diirmwandigem offenem Querschnitt. «Forschungshefte aus dem Gebiete des Stahl-

54.Das Kleben von Stahl. Merkblatt Nr 382. Beratungsstelle fur Stahlverwendung. Diisseldorf.

55.Das Profilstahlrohr im Fensterund Tiirenbau. Merkblatter tiber sachgemaSe Stahl­

verwendung Nr 300. Beratungsstelle fur Stahlverwendung. Diisseldorf.

56. D e 1 e s q u e s R. Stability des montants de poutres ajourees. «Construction Me­ talliques СТ1СМ», 1968, nr. 3.

57. D § b i e c J. Hala magazynu saletrzaku. «Przeglqd Spawalnictwa», 1956, nr. 5.

58.DIN 4115. Stahlleichtbau und Stahlrohrbau im Hochbau. Richtlinien fur die Zulassung, Ausfiihrung, Bemessung 1950. Enfwurf, 1969.

59.D о b г о w о 1 s k i Z. Podr§cznik spawalnictwa. PWT. Warszawa, 1953.

60.D о n a t h W. Einsatz von WIG—Automatenschweifibrennern zum Punktschweifien. «ZIS Mitteilungen», 1967, nr. 8.

61.Dossier technique Stran-Steel. Vallourec. Paris, 1957.

te. «Praktiker Schweifien und Schneiden», 1966, nr. 9.

65. Einflufi der Art der Kaltverformung auf die kiinstliche Alterung bei der Kerb-

30 м и сжатых стержней из гнутых профилей. Исследования по стальным конструк­

циям. М., Госстройиздат, 1962.

73. G о о d i е г J. The buckling of compressed bars by torsion and flexure. «Cornell University. Engineering Experiment Station. Bulletin 27». Ithaca, 1941.

74. G о о d i e r J. Flexural—torsional buckling of bars of open sections under ben­ ding, eccentric thrust or torsional loads. «Cornell University. Engineering Experiment Sta­

333