Порядок проектирования балок с перфорированной стенкой

Порядок проектирования балок с перфорированной стенкой такой же, как балок и с гибкой стенкой.

1. С учетом назначения балки выбираются очертания балки и тип реза стенки. Предпочтение нужно отдавать простым резам, обеспечивающим безотходное изготовление балок. Если возможно скомпоновать симметричное сечение, то оно предпочтительнее несимметричного, так как в первом случае упрощаются ком­плектация металла при изготовлении и настройка оборудоания.

2. Нормы рекомендуют проектировать балки с перфорированной стенкой из стали с σ_т до 440 МПа. С целью экономии металла в первую очередь нужно применять стали повышенной прочности с R_y =315 МПа и выше. В бистальных балках с пролетом до 12м допускается применение сталей обычной прочности с R_y = 240 МПа. На это, приходится идти, если не удается обеспечить местную устойчивость стенок сжато-изогнутых и сжатых тавров.

3. Выбор высоты балки осуществляется с учетом тех же требований, что и у обычных балок. Высота по жесткости определяется по (5.25), причем принимается α = 1,05. Что же касается оптимальной высоты, то до настоящего времени достоверных методик по ее определению не разработано. Лишь с большой степенью приближения можно пользоваться формулами оптимальной высоты для обычных балок (шаги 4 и 5 в табл. 2.2 не выполняются).

6. Далее выбираются основные параметры, необходимые для установления геометрии реза. В табл. 6.1 представлены соотношения геометрических характеристик исходного двутавра и двутавра с перфорированной стенкой. Высота пояса тавра (h_f)про­тиворечиво влияет на несущую способность балки: меньше высота − больше плечо балки, увеличивается устойчивость стенки тавра − уменьшается изгибная жесткость. Рекомендуется принимать h_f = h₀ /4 (v = 0,25). При этом высота полученного двутавра возрастает в 1,5 раза.

Размер стороны отверстия а, устанавливается не менее 90 мм по условиям изготовления. Кроме того, минимальный размер а,определяется по прочности на сдвиг и условиям местной устойчивости перемычки. С увеличением а,возрастает изгибная составляющая нормальных напряжений в поясе от действия поперечных сил, поэтому максимальный размер а,определяется условиями прочности пояса; обычно а = (0,7... 2) h_f. Следует также при выборе а,учитывать габариты различных коммуникаций, которые должны проходить через отверстия.

В балке должно быть запроектировано целое число отверстий п, поэтому должны удовлетворяться условия для типов I, II, IV (рис. 6.7 и 6.8);

(2.63)

Если на балку опираются конструкции, передающие опорные реакции, то необходимо, чтобы опирание осуществлялось на перемычки. Тогда sn₁ = l₁ где l₁ − расстояние между сосредоточенными силами (между прогонами, или ширина плит, и т. п.); п₁ − число отверстий между этими силами. Из этих соображений выбирается угол α, который обычно принимается 40 − 70°. Шаг 7 (см. табл. 6.1) автоматически выполнен.

8. Устанавливаются места для ребер жесткости и монтажных стыков.

9. Теперь, когда определены основные параметры для зигзагообразного реза, можно установить номер исходного двутавра. По упрощенной формуле (2.57) и (2.58), а также по табл. 6.1 находим:

Таблица 6.1 – Соотношения геометрических характеристик исходного двутавра и симметричного двутавра с перфорированной стенкой

Таблица 6.2 – Оптимальные сочетания исходных двутавров Б при компоновке бистальных двутавров с перфорированной стенкой

откуда

(2.64)

откуда

(2.65)

По А₀, учитывая, что h₀ = h/β₂ можно по сортаменту выбрать (табл. 1.6) подходящий двутавр типа Б или Ш (двутавры с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020). Далее определяются необходимые геометрические характеристики нового дву­тавра, в том числе:

(2.66)

В этих формулах характеристики с индексом «0» относятся к исходному двутавру. В несимметричных бистальных двутаврах, рекомендуется иметь следующие соотношения между площадями поясов

ЦНИИПроектстальконструкция считает рациональным сочетание частей двутавра с перфорированной стенкой из исходных двутавров типа Б(табл. 6.2) из сталей марок С255Б, С255Б-1 (верхняя часть) и С345Б, С345Б-1 или из более прочной стали (нижняя часть). Площади поясов определяются по максимальному изгибающему моменту:

(2.67)

Моменты сопротивления исходных типов двутавров устанавливаются по приближенным соотношениям

(2.68)

Поэтим характеристикам компонуется сечение бистальной двутавровой балки с перфорированной стенкой.

10. После определения геометрических характеристик образованного двутавра осуществляются необходимые проверки: прочности поясов в нескольких отверстиях; прочности стенки поясов и перемычки на сдвиг; местной устойчивости стенки поясов и перемычки; общей устойчивости и жесткости балки.

11, 12. Далее осуществляются проверки сварных швов и поперечных ребер жесткости. Опорные ребра устанавливаются при h_ef / t_min > 40.