7. Требования, предъявляемые к металлическим конструкциям.

При проектировании металлических конструкций должны учитываться следующие требования:

1. Условия эксплуатации.

2. Экономия металла (высокая стоимость).

8. Транспортабельность (перевозка по частям или целиком с применением соответствующих транспортных средств).

9. Технологичность – использование современных технологических приемов, обеспечивающих снижение трудоемкости.

10. Скоростной монтаж. Сборка в наименьшие сроки.

11. Долговечность – определяется сроками физического и морального износа.

12. Эстетичность. Конструкция должна обладать гармоничными формами.

Основным принципом проектирования является достижение трех главных показателей: экономии стали, повышение производительности труда при изготовлении, снижение трудоемкости и сроков монтажа, которые определяют стоимость конструкции.

Достигается это путем использования низколегированных и высокопрочных сталей, экономичных прокатных и гнутых профилей, внедрения в строительство пространственных, предварительно напряженных, висячих, трубчатых и т. п. конструкций, совершенствованием методов расчета и изысканием конструктивных оптимальных решений с использованием ЭВМ. Кроме того, разработаны типовые решения часто повторяющихся конструктивных элементов - колонн, ферм, подкрановых балок, оконных и фонарных проемов, радиомачт, башен, опор линии электропередачи, резервуаров т.п.

8. Расчет соединения поясов металлических балок со стенкой.

При расчете поясных швов они рассчитываются на сдвигающую силу T и давление от сосредоточенной нагрузки V.

Сдвигающая сила T, приходящаяся на 1 см балки: T=(Q·S_x)/I_x

Давление от сосредоточенной нагрузки V: V=F/l_ef, где l_ef - площадь распределения нагрузки (l_ef – ширина приложения силы+2t_f)

Проверка осуществляется по 2 сечениям:

1. По металлу шва:

2. По границе сплавления:

k_f - катет шва

Окончательный k_f сравнивается с k_min

9. Конструирование металлической главной балки балочной клетки.

Проектирование составных балок выполняют в 2 этапа. На первом – компонуют и подбирают сечение, на втором – проверяют прочность и устойчивость балки в целом, а также прочности и устойчивости ее элементов.

Компоновку сечения начинают с установления высоты балки.

Оптимальная высота балки h_опт определяется из условия обеспечения минимального расхода стали. Поскольку эпюра нормальных напряжений при изгибе не зависит от формы сечения, распределяют большее количество материала в крайних частях, где напряжения велики, и уменьшают его вблизи центра тяжести, где материал маловключен в работу на растяжение или сжатие.

Wтр – требуемый момент сопротивления главной балки,

_tw – толщина стенки, предварительно принимается

где:

- высота двутавра, которая определяется:

, где

- длина главной балки,

- коэффициент, зависящий от конструктивного решения балки.

- для сварных балок, если переменное, к=1, если на болтах и заклепках к=1,25.

Из условия обеспечения жесткости, высота балки должна быть не менее

Для балок, изготовленных из стали С235, расчетное сопротивление принимается с коэффициентом γf=0,9

1) hопт>hmin – h>hmin, h<hопт(8÷10%), кратно 10 см

2) hmin>hопт – h>hmin, кратно 10 см

Тощина стенки первоначально принимается по эмпирической формуле

₁₎

2)

Ширина пояса балки определяется в зависимости от принятой высоты и должна удовлетворять условиям:

1) bf=(1/3÷1/5) от высоты балки (из условия устойчивости)

2) 180≤bf≤600 мм

3) bf принимается по ГОСТ

Толщина пояса tf должна быть меньше, либо равна 3tw

Местная устойчивость полок зависит от отношения свеса полки к ее толщине:

Проверяют устойчивость стенки:

1. Из условия среза

2. 

3. Из условия неукрепления стенки продольными ребрами жесткости:

Производиться проверка прочности скомпонованного сечения

Проверяется общая устойчивость балки:

1. Общая устойчивость считается обеспеченной, если на верхний пояс опирается и надежно с ним закрепляется сплошной жесткий настил.

2. Общая устойчивость считается обеспеченной, когда отношение расчетной длины балки к ширине сжатого пояса, не превышает значений:

lef – шаг балок настила

Если условие устойчивости не выполняется, то необходима проверка общей устойчивости, с учетом коэффициента снижения расчетных сопротивлений (φb) по формуле:

Для определения φb, определяют

Коэффициент ψ принимается по таблице 73 в зависимости от параметра , где a=0,5hf

φb определяется по табл. 74

при проверке местной устойчивости стенки, должно выполняться условие:

при наличии местных напряжений

при отсутствии местных напряжений

Если эти условия не выполняются, стенку балки необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости, максимальное расстояние между которыми, не должно превышать _,

_{При постановке поперечных ребер жесткости должны выполянться следующие конструктивные требования: балка делиться на нечетное количество отсеков (отсек – это участок, ограниченный поясами балки с 1 стороны и смежными ребрами жесткости – с другой), , где L – пролет главной балки, m – количество отсеков.}

_{Если опирание балок настила, или вспомогательных балок производиться в 1 уровне на болтах через ребра жесткости, то ребра жесткости устанавливаются на расстоянии, равном шагу балок настила или вспомогательных балок.}

При креплении к ребрам жесткости балок настила, толщина ребра должна удовлетворять условиям прочности болтового соединения при работе на смятие от действия опорной реакции балки настила или вспомогательной балки, а размер – обеспечивать размещение болтов в соединении.

bp=hw/30+40мм

tp≥2bp√(Ry/E)

Местная устойчивость в каждом отсеке проверяется по формуле:

_{σsp, τsp – критические нормальные и касательные напряжения}

_{σloc = 0}

_{σ, τ – краевые напряжения в рассматриваемом сечении на уровне поясных швов}

_,

M и Q – момент и поперечная сила в наиболее опасных сечениях проверяемых отсеков

При определении наиболее опасных сечений следует учитывать:

1. Если а<hw, то наиболее опасное сечение будет находиться в середине отсека

2. Если а>hw, то наиболее опасное сечение будет находиться на расстоянии 0,5 hw

3. Если и _{σloc ≠0, то обязательно осуществляется проверка местной устойчивости каждого отсека по формуле:}

Критические нормальные и касательные напряжения определяются по формуле:

Ccr – принимается по СНиП (формула 173), в зависимости от коэффициента δ, принимаемой, как

β = 0,8 – для балок и рабочих площадок

, μ – коэффициент, принимаемый по СНиП, в зависимости от расстояния между осями поясов по формуле (174)

С2 – коэффициент, принимаемый по СНиП по табл. 79, в зависимости от вида сечения и вида нагрузки.