Расчет и конструирование ферм и рам

Балочная клетка, расчет прокатных балок

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ БАЛКИ, ФЕРМЫ, РАМЫ И КОЛОННЫ

Конструкция покрытия или перекрытия представляет собой систему перекрестных несущих балок, называемою балочной клеткой.

Применяют балочные клетки трех типов:

упрощенные (с балками настила);

нормальные (с главными балками и балками настила);

усложненные (с главными балками, вспомогательными балками и балками настила).

Выбор типа балочной клетки зависит от различных факторов:

способа размещения оборудования,

величины нагрузок,

сетки колонн,

строительной высоты,

марки стали,

экономических соображений.

Шаг балок настила принимают равным 0.6...1.6 м при стальном настиле и 1.5...3.0 м – при железобетонном настиле. Пролеты главных балок обычно соответствуют шагу колонн, т. е. 6, 12, 18 м.

В зависимости от величины пролета и нагрузки балки могут быть прокатными (наиболее часто) и составными (как правило, сварными). При больших динамических нагрузках применяют составные балки на высокопрочных болтах. Параметрами балки являются пролет, высота, толщина стенки и сечение поясов. Основными профилями прокатных балок являются двутавры и швеллеры.

Расчет прочности сечений металлических балок (первая группа предельного состояния) в предположении их упругой работы производят по формулам сопротивления материалов

M / W <= R_y * g_c, (60)

Q * S / (I * t_om) <= R_s * g_c, (61)

Где M – изгибающий момент;

W – упругий момент сопротивления "нетто";

Q – перерезывающая сила;

S – статический момент "брутто" сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;

I – момент инерции сечения балки;

t_om толщина стенки;

R_y и R_s – расчетные сопротивления прокатной стали на растяжение (сжатие, изгиб) и сдвиг;

g_c – коэффициент условий работы конструкции.

Толщина стенки (мм) определяется по эмпирической формуле

t_om = 7 + 3 * h, (62)

где h – высота балки, м.

Очертания и конструктивные формы типовых стальных ферм с параллельными поясами приведены в п. 5.3.3. Треугольные, пятиугольные и полигональные (сегментные) стальные фермы приведены на рис. 24.

Фермы могут быть оперты на несущие стены, колонны, подригельные балки и фермы, а также использованы в качестве решетчатых ригелей поперечных рам.

Рис. 24. Стальные фермы:

а – треугольная, б – пятиугольная, в – полигональная

С точки зрения работы конструкции ферм следует отметить следующее:

рациональными являются пятиугольные и полигональные фермы (с возрастанием момента к середине пролета возрастает высота ферм);

треугольные фермы должны иметь наклон верхнего пояса не менее 20 градусов, иначе усилия в крайних панелях пояса получаются очень большими;

в фермах пятиугольных и с параллельными поясами наиболее рациональна треугольная решетка с дополнительными стойками;

шпренгельная решетка (дополнительные раскосы и стойки) применяется в полигональных фермах больших пролетов.

При шарнирном опирании ферм они рассчитываются как самостоятельные конструкции. Учитывая большую гибкость металлических элементов ферм, при расчете принимаются узлы шарнирными и конструкция рассматривается как статически определимая.

При жестком соединении ферм с колоннами переходим к рамным системам (конструкции стальных рам даны в п. 5.3.4.). Это экономически оправдано. Однако основания под рамами должны быть достаточно плотными, исключающими значительные неравномерные осадки опор. Рама представляет собой статически неопределимую систему и рассчитывается методами сил или перемещений.