66. Легкие стальные балки переменного сечения пролетом до 90м.

Балки переменного сечения позволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине. Они дают экономию металла в сравнении с балками постоянного профиля, значительная часть которых работает при напряжениях значительно меньших допускаемых. Большое преимущество в каркасном строительстве с применением балок переменного сечения — возможность возводить здания с пролетом до 100 м. Металлокаркас, состоящий из балок переменного сечения, характеризуется легким весом, позволяет снизить вес конструкций и нагрузку на фундамент, дает возможность возводить: производственные здания любой сложности, а также гипер- и супермаркеты: спортивные комплексы, бассейны; крытые рынки и выставочные комплексы, складские терминаты; административные учреждения, зданий аэропортов и т.д. 

67. Стальные гофрированные балки и колонны повышенной несущей способности.

Гофробалка (балка с гофрированной стенкой) представляет собой легкую сварную металлоконструкцию из черного холоднокатаного проф листа, приваренного к стальным полкам из горячего проката. Идея гофрирования стенок балок появилась еще в середине 30-х годов XX века, как один из путей снижения металлоемкости строительства. В обычных балках толщина стенок, как правило, определяется не условием прочности, а требованиями устойчивости. Постановка поперечных ребер смягчает ситуацию, позволяя уменьшить толщину стенок и одновременно повышая крутильную жесткость балок.

Уже первые испытания балок с гофрированными стенками выявили особенности напряженного состояния стенок и поясов: нормальные напряжения развиваются в стенках лишь у поясов и быстро падают, практически, до нуля, поскольку жесткость тонкой стенки поперек гофров очень мала; касательные же напряжения распределяются по высоте стенки почти равномерно. Жестко связанные с поясом гофры передают на него усилия, вызывая в поясе переменный по величине и направлению изгиб в его плоскости

Т олщину гофрированных стенок принимают в пределах 1,5-8 мм. При выборе конструктивного решения балки с гофрированной стенкой приходится учитывать не только особенности напряженно-деформированного состояния балки под нагрузкой, но и требования технологичности. Наиболее просты и технологичны в изготовлении стенки с треугольными гофрами, но стенки с волнистыми гофрами более устойчивы. Практикуется и применение полос из готового профнастила. Балки с гофрированными стенками проектируют, обычно, двутаврового сечения с поясами из листов, причем здесь не требуется повышенная жесткость поясов на изгиб и кручение.

Свойства гофра определяются толщиной стенки и геометрическими параметрами гофрирования – длиной и высотой волны. Местная устойчивость гофрированных стенок балок может быть повышена, если вместо вертикального гофрирования применить наклонное с нисходящими гофрами. Оптимальный угол наклона гофров к верхнему поясу равен 45-50°. Однако, изготовление таких стенок усложняется, и, как следствие, балки с наклонно гофрированными стенками широкого применения не нашли.

В изготовлении стенок появляется дополнительная технологическая операция (гофрирование) И несколько осложняется сварка поясных швов. Но уменьшение толщины стенки и исключение значительного числа ребер жесткости приводят, в конечном счете, к снижению трудозатрат на изготовление балок на 15-25%. Изготовление гофробалок требует меньше сырья, а значит, снижается общая металлоемкость здания – экономия составляет около 20-40%, в сравнении с двутавровыми горячекатаными балками.

Гофробалки обеспечивают высокое соотношение прочности и веса, снижают глубину балки, уменьшая к тому же себестоимость и увеличивая ширину безопорных пролетов. Профилирование стенки обеспечивает большую жесткость при изгибе и вращении, поэтому не требуются дополнительные подъемные приспособления при разгрузке и монтаже гофробалок. Это же сопротивление силам вращения позволяет обходиться без дополнительных уголков и прочих связей, что тоже снижает затраты и время монтажа строительных конструкций.

Максимальный пролет здания с использованием гофробалок зависит от нагрузок. Например, при снеговой нагрузке 80 кг/мг рекомендуемый пролет составляет 40-45 метров при шаге между колоннами 6 метров или более, при снеговой нагрузке 200 кг/мг – 30 метров. Наиболее эффективно использовать гофробалку в небольших пролетах до 24 метров и в многоэтажных конструкциях. В качестве кровельных прогонов с пролетами от 9 метров и более гофробалке, практически, нет альтернативы.

Однако, гофробалка наряду со своими достоинствами обладает и некоторыми недостатками. Гофрированная стенка требует дополнительных затрат на изготовление, в связи с этим усложняется применение автоматической сварки поясных швов (хотя на сегодняшний день существуют автоматические линии, справляющиеся с этими сложными задачами). Также довольно трудоемким получается процесс изготовления гофробалки переменного сечения (однако при малом весе стенки переменное сечение носит лишь эстетический характер, в отличие от сварных балок переменного сечения, где этим добиваются экономии металла).

Перфорированные балки

Перфорированные балки получают путем разрезания двутаврового горячекатаного профиля ломаной линией в продольном направлении. Затем, обе части сдвигают до соединения гребней впритык, после чего их сваривают. В зависимости от длины и высоты профиля, а также от формы ломаной линии можно получать различные отверстия и различную высоту перфорированной балки. Перфорированные балки имеют ту же массу, что и прокатные профили. При этом их несущая способность и жесткость значительно выше, чем у исходного профиля, а следовательно они могут быть применены при большом пролете и большей нагрузке. Лучше всего использовать такие балки при больших пролетах и малых нагрузках. В этом случае влияние поперечных сил на напряжения в вертикальной стенке незначительно. Проектирование перфорированных балок позволяет получить экономию стали до 20-30%. Однако, учитывая боле высокую стоимость изготовления, их применение должно быть экономически оправдано.