Горизонтальные листы поясов балки

Лекция 11

Толщина стенки балки

 

Наименьшая толщина стенки из условия ее ра­боты на касательные напряжения определяется из формулы Н.Г. Журавского:

,

где Q - максимальная поперечная сила;

S - статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси;

I - момент инерции сечения балки;

t_w - толщина стенки;

R_s - расчетное сопротивление материала стенки на срез.

Для определения толщины стенки можно также воспользоваться формулой

.

Чтобы обеспечить местную устойчивость стенки без дополнительного укрепления ее продольным ребром, необходимо иметь λ_w < 5,5: тогда

.

В высоких балках толщина стенки берется меньшей и достигает 1/200 - 1/250 высоты, что требует укрепления стенки, способного обес­печить ее устойчивость.

Таким образом, задача определения толщины стенки оказывается вариантной, влияющей на экономичность сечения балки и требующей очень внимательного к себе отношения. Для балок высотой 1 - 2 м рациональное значение толщины стенки можно определить по эмпирической формуле:

(мм).

Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщина­ми проката листовой стали. Обычно минимальную толщину стенки при­нимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм).

 

Проверка прочности, прогибов и устойчивости составных балок.

Проверка и обеспечение общей устойчивости балки

 

Общую устойчивость составных балок проверяют по формуле:

Общую устойчи­вость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также при удовлетворении условий фор­мулы об отношении расчетной длины к ширине сжатого пояса.

Для составных главных балок, находящихся в системе балочной площадки и связанных между собой поперечными балками, на которых лежит настил, за расчетную длину сжатого пояса следует принимать расстояние между поперечными балками.

 

Стыки балок

 

Различают два типа стыков балок: заводские и монтажные (укруп-нительные).

Заводские стыки представляют собой соединения отдельных частей какого-либо элемента балки(стенки, пояса), выполняемые из-за недо­статочной длины имеющегося проката. Их расположение обусловлено длиной проката или конструктивными соображениями (стык стенки не должен совпадать с местом примыкания вспомогательных балок, с реб­рами жесткости и т. п.). Чтобы ослабление сечения балки заводским стыком было не слишком велико, стыки отдельных элементов обычно располагают в разных местах по длине балки, т. е. вразбежку.

Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тог­да, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонти­ровать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возможности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симмет­рично относительно середины балки), удовлетворяющие требованиям транспортирования и монтажа наиболее распространенными средст­вами.

Стыки прокатных балок (заводские и монтажные) выполняют, как правило, сварными.

 

Опирания и сопряжения балок

Сопряжения балок. Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с по­ниженным расположением верхних поясов второстепенных балок (рис.).

 

Рис. Сопряжение балок шарнирное

а - поэтажное; б - в одном уровне на болтах; в - пониженное

Этажное сопряжение (рис. а) является простейшим, но оно из-за возможного отгиба пояса главной балки может передавать лишь не­большие опорные реакции. Это сопряжение можно усилить, поставив под вспомогательной балкой ребро жесткости и пригнав его верхний торец к верхнему поясу главной балки для предотвращения отгиба.

Сопряжения в одном уровне и пониженное сопряжение способны пе­редавать большие опорные реакции. Неудобство сопряжения в одном уровне (рис. б) - необходимость выреза верхней полки и части стенки вспомогательной балки. Этот вырез ослабляет ее сечение и уве­личивает трудоемкость сопряжения; кроме того, число болтов, которые можно разместить на стенке балки, ограничено. Избежать этих не­удобств можно, приварив на заводе к торцу вспомогательной балки ко­ротыш из уголка, и уже его сопрягать на монтаже болтами или сваркой с ребром жесткости главной балки (рис. в ).

В этих сопряжениях опорная реакция со стенки примыкающей вспо­могательной балки передается через болты или монтажную сварку на специальное ребро, укрепляющее стенку главной балки. В качестве ра­ботающих применяют болты нормальной точности, а при больших опорных реакциях вспомогательных балок - высокопрочные болты.

Расчет сопряжения балок заключается в определении размеров сварных швов или числа болтов, работающих на срез и прикрепляю­щих балки друг к другу. Расчетной силой является опорная реакция вспомогательной балки, увеличенная на 20 % вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.

Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок (рис.) вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные наклад­ки-рыбки или через «рыбку» и столик.

Рис. Жесткое сопряжение балок

Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к колонне. Такое соедине­ние может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение ши­роко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое - в каркасах многоэтажных зданий. Конец балки в месте опирания ее на опо­ру укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости. Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стен­ке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, либо строгают для непосредствен­ной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра надо совме­щать с осью полки колонны.

Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами дол­жно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом мак­симальной рабочей длины сварного шва. Шарнирное примыкание балок сбоку по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от опирания балок сверху.

 

Настилы балочных клеток

 

Настилы балочных клеток бывают весьма разнообразными в зависи­мости от назначения и конструктивного решения перекрытия. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские сталь­ные листы или настил из сборных железобетонных плит.

В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоя­щий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Щиты на­стила имеют размер до 3x12 м и укладываются на балки перекрытий. Такой настил индустриален и значительно ускоряет монтаж.

Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распре­деленной интенсивностью до 40 кН/м², а предельный относительный про­гиб принимают не более 1/150.

Стальной настил. Простейшая конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним. Расстояние между балками, поддерживающими настил, опреде­ляется его несущей способностью или жесткостью. Наиболее выгодное решение по расходу материала получается при минимальной толщине настила, так как в двутавровых балках, работающих на изгиб, материал используется лучше, чем в настиле прямоугольного сечения. Однако уве­личение числа балок при тонком настиле резко увеличивает трудоем­кость перекрытия, что нежелательно.

 

Рис. 7.5. Плоский стальной настил

Лекция 11

Толщина стенки балки

 

Наименьшая толщина стенки из условия ее ра­боты на касательные напряжения определяется из формулы Н.Г. Журавского:

,

где Q - максимальная поперечная сила;

S - статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси;

I - момент инерции сечения балки;

t_w - толщина стенки;

R_s - расчетное сопротивление материала стенки на срез.

Для определения толщины стенки можно также воспользоваться формулой

.

Чтобы обеспечить местную устойчивость стенки без дополнительного укрепления ее продольным ребром, необходимо иметь λ_w < 5,5: тогда

.

В высоких балках толщина стенки берется меньшей и достигает 1/200 - 1/250 высоты, что требует укрепления стенки, способного обес­печить ее устойчивость.

Таким образом, задача определения толщины стенки оказывается вариантной, влияющей на экономичность сечения балки и требующей очень внимательного к себе отношения. Для балок высотой 1 - 2 м рациональное значение толщины стенки можно определить по эмпирической формуле:

(мм).

Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщина­ми проката листовой стали. Обычно минимальную толщину стенки при­нимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм).

 

Горизонтальные листы поясов балки

 

В сварных балках пояса обычно принимают из одиночных листов универсальной стали. Изготовлять пояса из двух и более листов в свар­ных балках нерационально, так как, скрепляя между собой листы по краям фланговыми швами, мы увеличиваем неравномерность работы листов из-за роста длины передачи усилий от стенки к наружным лис­там. Резко увеличивается при этом и число сварных швов.

Толщину горизонтального поясного ли­ста сварной балки обычно принимают не более 2 - 3 толщин стенки, так как в пояс­ных швах при приваривании толстых пояс­ных листов к стенке развиваются значитель­ные усадочные растягивающие напряже­ния. Применение поясных листов толщиной более 30 мм нерационально еще и потому, что толстые листы имеют пониженные зна­чения предела текучести и, следовательно, пониженные расчетные сопротивления.

Ширину горизонтальных листов обычно принимают равной 1/2-1/5 высоты балки из условия обеспечения ее общей устойчивости.

По конструктивным соображениям ширину пояса не следует прини­мать меньше 180 мм или h/10.

Наибольшую ширину горизонтальных листов определяют их местной устойчивостью и равномерностью работы по ширине.

В балках отношение ширины свеса сжатого пояса b_ef к его толщине t_fне должно превышать:

в сечениях, работающих упруго

.

в сечениях, работающих с учетом развития пластических деформаций,

, но не более ,

где h_ef - расчетная высота балки;

t_w - толщина стенки балки.

Для растянутых поясов балок не рекомендуется принимать ширину поясов более 30 толщин пояса из условия равномерного распределения напряжений по ширине полки.