Подбор сечений элементов фермы

     К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).

     Предельные  состояния первой группы проверяются  расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные  при нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы - на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций.

     Надежность  и гарантия от возникновения предельных состояний конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного (но реально возможного) сочетания нагрузок и воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций и оснований; надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок расчета, учетом в необходимых случаях пластических и реологических свойств материалов.

     Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности  может быть записано в общем виде:                                        (2.1)

     где N - усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкций (функция нагрузок и других воздействий); S - предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

     Поскольку расчетом должна быть обоснована возможность нормальной эксплуатации конструкции в течение всего заданного срока ее службы, значение N неравенства должно представлять собой наибольшее возможное за это время усилие (воздействие).  

     При одновременном действии двух или  нескольких временных нагрузок расчет конструкций по первой и второй группам предельных состояний выполняется с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок или усилий. 
 
 
 
 

Проверка  прогиба балки

     Проверка  прочности сводится к проверке наибольших нормальных, касательных напряжений, их совместного действия и при упругопластической работе материала балки к устойчивой работе стенки в области пластических деформаций.

     В разрезных балках места наибольших нормальных и касательных напряжений обычно не совпадают, их проверяют раздельно.

     Однако  по всей длине балки (за исключением  особых сечений, в которых М или Q равны нулю) изгибающие моменты  и поперечная сила действуют совместно. Поэтому в дополнение к раздельным проверкам о и т необходима проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений, при которой определяются приведенные напряжения. Эту проверку делают в сечениях наиболее неблагоприятного сочетания изгибающих моментов и поперечных сил: на опоре неразрезной балки, в месте изменения сечения разрезной составной балки и т.п., причем на уровне поясных швов или внутренних рисок поясных заклепок или болтов по высоте.

Рис 8

а - место  изменения сечения

б - проверка приведенных напряжений

     Приведенные напряжения определяют по формуле:

                                      (7.28)

     При опирании на верхний пояс балки конструкции, передающей неподвижную сосредоточенную  нагрузку, необходима дополнительная проверка стенки балки на местные  сминающие стенку напряжения:

                                              (8.29)

Рис 9

Поэтажное опирание балок

     Приведенные напряжения в этом случае проверяют  в сечении под нагрузкой:

                      (7.30)

     Если  эта проверка не выполняется, то стенку балки необходимо укрепить ребром жесткости, верхний конец которого пригоняется  к нагруженному поясу балки. Это  ребро через свой пригранный торец  воспринимает сосредоточенное давление и прикрепленное к стенке балки сварными швами или заклепками плавно распределяет его на всю высоту стенки балки. При наличии таких ребер стенки балок на действие местных напряжений не проверяют.

     Прогиб  балок определяют от действия нормативной  нагрузки методами строительной механики; прогиб не должен превышать значений, указанных в СНиП. Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной. 

Изменение сечения балки

     Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в местах снижения моментов (в разрезных балках - у опор). Однако каждое изменение сечения, дающее экономию материала, несколько увеличивает трудоемкость изготовления балки, и потому оно экономически целесообразно только для балок пролетом 10 - 12 м и более.

Рис. 7. Изменение сечения балок по длине

а - изменением высоты балки

б - изменением ширины поясов

в - изменением толщины поясов

г - изменением количества горизонтальных листов

д - непрерывным  изменением ширины поясов  

     Изменить  сечение балки можно, уменьшив ее высоту или сечение поясов (рис. 7). Изменение сечения уменьшением  высоты стенки балки (см. рис. 7, а) более  сложно, может потребовать увеличения толщины стенки для восприятия касательных напряжений, а потому применяется редко.

     Сечение балки можно изменить уменьшением  ширины или толщины пояса. В сварных  балках распространено изменение ширины пояса (см. рис. 7, б), высота балки при  этом сохраняется постоянной (верхний  пояс гладкий и возможны как поэтажное опирание балок, поддерживающих настил, так и укладка рельса подкрановой балки); менее удобно изменять толщину пояса, так как балка оказывается неодинаковой высоты (см. рис. 7, в), при этом усложняется и заказ стали.

     В клепаных балках и балках с поясными соединениями на высокопрочных болтах сечения изменяют уменьшением или увеличением числа горизонтальных листов (см. рис. 7, г).

     В разрезных сварных балках пролетом до 30 м принимается одно изменение  сечения пояса (по одну сторону от оси симметрии балки по длине). Введение второго изменения сечения поясов экономически нецелесообразно, так как дает дополнительную экономию материала лишь на 3 - 4 %. Более значительной экономии стали можно достигнуть путем непрерывного изменения ширины поясов (см. рис. 7, д), получаемого диагональным раскроем широкополосной стали кислородной резкой. Однако оно связано с увеличением трудоемкости изготовления балки и применяется редко. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Нормативные и расчетные нагрузки, коэффициенты надежности.

     По  времени действия нагрузки и воздействия  относятся к постоянным (когда  направление, место и время их приложения можно считать неизменными), временным длительным и кратковременным (нагрузки, которые в отдельные  периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать) и особым.

     К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся: вес постоянных частей зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения.

     К временным длительным нагрузкам и воздействиям относятся: вес стационарного оборудования; вес жидкостей и сыпучих материалов в емкостях; давление газов и жидкостей в резервуарах, газгольдерах и трубопроводах; нагрузка на перекрытия складов, библиотек, архивов и подобных помещений, длительные температурные технологические воздействия и т. п.

     К кратковременным нагрузкам и воздействиям относятся: атмосферные - снеговые, ветровые, гололедные нагрузки и температурные климатические воздействия; нагрузки от подъемно-транспортного оборудования; нагрузки на перекрытия жилых и промышленных зданий от массы людей, мебели и подобного легкого оборудования; ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; нагрузки и воздействия, возникающие при перевозке строительных конструкций, монтаже и перестановке оборудования и т. п.

     К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки и воздействия, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резкими нарушениями технологического процесса; воздействия просадок основания, обусловленных коренным изменением структуры грунтов (деформаций просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании, просадка грунтов в районах горных выработок и карстовых районах).

     Нормативные нагрузки.

     Характеристиками  нагрузок являются их нормативные значения, принимаемые на основе статистических данных или по номинальному значению.

     Постоянные нагрузки и воздействия. Нормативные значения нагрузок от массы конструкций определяются по данным стандартов и заводов-изготовителей или по размерам, устанавливаемым в процессе проектирования на основе опыта предыдущих проектировок и справочных материалов. Нагрузка от грунтов устанавливается в зависимости от вида грунта и его плотности. Нормативные воздействия предварительного напряжения конструкций устанавливают в процессе проектирования.

     Временные длительные нагрузки и воздействия на перекрытия складских помещений, архивов, библиотек и т. п. принимают по СНиП; вес оборудования - по стандартам, каталогам или по проектному заданию; данные по газам, длительные температурные и другие воздействия на конструкции устанавливают в зависимости от работы оборудования и указывают в проектных заданиях.

     Кратковременные нагрузки и воздействия на перекрытия жилых и общественных зданий от массы людей, мебели и т. п., а также на перекрытия производственных площадок устанавливают в соответствии с действующими инструктивно - нормативными документами. Нагрузки от серийного подъемно-транспортного оборудования принимают по соответствующим стандартам, для индивидуального - по данным заводских паспортов.

     Расчетные нагрузки и коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке).

     Коэффициент п учитывает изменчивость нагрузок, зависящую от ряда факторов, вследствие случайных отступлений от заданных условий нормальной эксплуатации. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливают после обработки статистических данных наблюдений за фактическими нагрузками,- которые отмечены во время эксплуатации сооружений. Эти коэффициенты зависят от вида нагрузки, вследствие чего каждая нагрузка имеет свое значение коэффициента.

     Коэффициенты  перегрузки характеризуют только изменчивость нагрузок. Они не учитывают динамического  воздействия нагрузки, которое характеризуется  специальным коэффициентом динамичности, представляющим собой отношение  наибольшего напряжения (прогиба) при динамическом воздействии к напряжению (прогибу) при статическом воздействии той же нагрузки. Коэффициенты не учитывают и перспективного возрастания нагрузки с течением времени, например возрастания временной нагрузки на подкрановые балки при изменении грузоподъемности кранов и т. п.

     Сочетание нагрузок.

     Нагрузки  воздействуют на конструкции не раздельно, а в сочетании друг с другом.

     Различают следующие сочетания нагрузок:

     а) основные сочетания, состоящие из постоянных и временных длительных и кратковременных нагрузок и воздействий;

     б) особые сочетания, состоящие из постоянных, временных длительных, кратковременных  и одной из особых нагрузок и воздействий.

Нормативные и расчетные сопротивления  сталей

     Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления R_т^н R_в^н устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций.

     Механические  свойства материалов изменчивы, поэтому  нормативные сопротивления устанавливают  на основе статистической обработки показателей механических свойств материалов, выпускаемых нашей промышленностью. Значения нормативных сопротивлений устанавливают такими, чтобы обеспеченность их составляла не менее 0,95.

     Значение  нормативного сопротивления стали  равно значению контрольной или  браковочной характеристики, устанавливаемой  соответствующими государственными стандартами  и имеет обеспеченность не менее 0,95.