23.08.2017
Выполнение сварочных работ требуется в самых разных промышленных сферах. Предприятия не могут обойтись без качественной сварки...


23.08.2017
Такая услуга как генеральная уборка уже давно пользуется популярность не только у владельцев частных домов, но и у обладателей...


22.08.2017
Оценка со всех сторон требуется для того, чтобы представление о предмете было максимально полным. Аксессуары для окон на рынке...


22.08.2017
Все хорошие руководители прекрасно знают, что производительность сотрудников напрямую зависит от условий их труда. Повышенное...


22.08.2017
Множество разнообразных функций выполняют окна в коттеджах и частных домах. Помимо обеспечения доступа естественного света, окна...


22.08.2017
Скважина – основной источник воды для коттеджей и частных домов, расположенных за пределами города. В дома вода может подаваться...


Сплошные составные сжатые стержни

10.07.2016

Типы сечений

Сплошные стержни, сжатые центрально или с малыми эксцентриситетами, наиболее часто имеют двутавровую или Н-образную форму поперечного сечения (рис. VI—2, б, в), реже крестовую (рис. VI—2, д). При одинаковых габаритах двутаврового и крестового сечений наименьший радиус инерции первого почти на 20% больше второго. Крепление примыкающих элементов (балок, связей) к крестовым сечениям более сложно, чем к двутавровым. Применение крестового сечения может быть оправдано лишь для стоек высоких зданий, очертание плана которых близко к квадрату. При центральном и внецентренном сжатии очень выгодны соответственно кольцевые и коробчатые сечения (рис. VI—2, а, и). Относительная простота гнутья и сварки широких и длинных листов для образования сжатых элементов коробчатого сечения дает основание для их рекомендации.
Достоинство сварных стоек из трех листов заключается в получении более широких полок и использовании для стенки более тонких листов, чем стенка в прокатных профилях. Материал стенки используется по сравнению с полками менее эффективно. Однако сильное уменьшение толщины стенки может потребовать специальных мер для ее устойчивости, что повышает трудоемкость изготовления таких стоек. Соотношения размеров поперечных сечений прокатных двутавров обеспечивают устойчивость их частей без дополнительных креплений. Кроме того, причина распространения широкополочных прокатных двутавров в малой трудоемкости изготовления стоек из них. Профили из двух листов и обыкновенного двутавра (рис. VI—2, г) занимают промежуточное положение между стойками из трех листов и широкополочными двутаврами и заслуживают рекомендации в условиях дефицита листовой стали.
Компоновка сечений

В строительной практике наибольшим распространением пользуются сплошные стойки, сваренные из трех листов. Для повышения общей устойчивости такой стойки при минимальной площади поперечного сечения желательно применять более тонкие и широкие листы. Целесообразно уменьшать толщину стенки, так как это обеспечивает при постоянном значении площади сечения существенное увеличение радиусов инерции стержня, особенно относительно оси, параллельной стенке. Однако при назначении толщины листов нужно учитывать, что стойка с достаточной общей устойчивостью, но выполненная из очень тонких листов может преждевременно выключиться из работы из-за потери местной устойчивости краями поясов или листом стенки.
Сплошные составные сжатые стержни

В самых неблагоприятных условиях по устойчивости находятся свободные края полок. Наибольший допустимый свес полки сжатого или сжато-изгибаемого элемента должен обеспечивать устойчивость свободного края полки не меньше общей устойчивости всего элемента. Поэтому свес полки зависит от гибкости всего элемента и от материала, из которого последний изготовлен (см. табл. II—18).
Лист стенки, две стороны которого на всем протяжении частично защемлены в мощных поясах, по устойчивости находится в более благоприятных условиях, чем свободные с одной стороны края поясов. Поэтому ширина стенки в центрально сжатых элементах, при которой обеспечена местная устойчивость, значительно больше, чем свесы полок. Наибольшую ширину центрально сжатой стенки, при которой не требуется специальных мер для обеспечения ее устойчивости, определяют в зависимости от максимальной гибкости элемента λ и материала, из которого он изготовлен, по формуле (II—58):
Сплошные составные сжатые стержни

но не более 75δст. В формуле II—58 δст — толщина стенки; hст — полная ее ширина в сварных элементах, а в клепаных — расстояние между рисками, ближайшими к оси элемента.
Если устойчивость стенки недостаточна, то ее усиливают продольным ребром (рис. VI—5,а), идущим по всей длине стойки без перерывов (как пояса). Это ребро следует включать в расчетное сечение стойки. Ширина выступающей части парного симметричного продольного ребра должна быть не менее 10δст, а толщина — не менее 0,75δст (δст — толщина стенки). Ширину одностороннего ребра следует назначать не менее 15δст.
Если устойчивость сжатой стенки не обеспечена, то в расчетное сечение стойки следует включать только две ее полосы, примыкающие к полкам. Ширину каждой полосы b1, считая от пояса в сварных стойках и от внутренней риски в клепаных стойках (рис. VI—5,б), назначают, пользуясь таблицей II—18. В случае потери устойчивости стенкой стойка будет работать как сквозная из двух ветвей, связанных между собой планками.
Сплошным стержням, сжатым внецентренно с большим эксцентриситетом при постоянном направлении преобладающего изгибающего момента, следует придавать несимметричное сечение с развитием той части его, которая расположена ближе к направлению равнодействующей. В таком сечении его центр тяжести приближается к направлению равнодействующей и тем самым уменьшает величину эксцентриситета. Простейшее поперечное сечение внецентренно сжатой стойки (ниже подкрановой балки) каркаса одноэтажного промышленного здания представлено на рисунке VI—2,к. Если необходимо усилить широкий лист пояса, для повышения местной устойчивости его свободных краев ставят продольные окаймляющие ребра; при очень тонких недостаточно устойчивых стенках — продольные ребра, располагая их несколько ближе к наиболее сжатому краю. Размеры этого ребра назначают так же, как было указано выше для центрально сжатых стоек.
Наибольшую допустимую ширину стенки сжато-изгибаемого элемента (стойки) определяют в соответствии с указаниями ранее. Для предварительных подсчетов при первом подборе сечения можно принимать hст = (60—100) δст.
Подбор сечений и конструктивное оформление стержней

После определения действующих в элементе усилий и моментов, выбора типа сечения, решения вопроса о способе изменения сечения по длине стержня и вычисления приведенной длины его приступают к подбору сечения элемента.
Достаточность сечения центрально сжатого элемента проверяют расчетом последнего на продольный изгиб по формуле:
Сплошные составные сжатые стержни

В этой формуле две взаимосвязанные неизвестные величины — F и φмин. Поэтому сечения сжатых элементов приходится подбирать способом повторных приближений, исходя из величины расчетного сопротивления R и наибольшей допускаемой гибкости [λ].
Подбор сечения начинают с предварительного назначения гибкости элемента несколько менее предельно допускаемой. Для стоек зданий с относительно небольшой расчетной сжимающей силой (до 150 т) принимают λ=80-100, для стоек с большей сжимающей силой принимают λ=60-80. По назначенной гибкости X находят значение коэффициента φ и требуемую площадь поперечного сечения элемента Fтр = N/Rφ. Далее
по принятой гибкости находят требуемый радиус инерции rтр = lпр/λ. Между контурными размерами h и b сечений и их радиусами инерции существуют довольно устойчивые соотношения, называемые коэффициентами формы k'ф = r/h или k''ф = r/b, где h — высота и b — ширина сечения.
Ориентировочные значения этих коэффициентов для ряда сечений приведены в таблице V—2. Пользуясь этими коэффициентами, возможно вычислить требуемые контурные размеры подбираемого сечения:
Сплошные составные сжатые стержни

Например: для двутаврового сечения, сваренного из трех листов (см. рис. VI—2, в), r'=0,43 h и r"=0,24 6; откуда при λ = 100,
Сплошные составные сжатые стержни

Назначив величину гибкости, мы не только предопределили контурные размеры сечения и суммарную площадь его, но и некоторые соотношения размеров отдельных частей сечения. Так, наименьшая возможная толщина стенки сварного элемента, не требующей крепления для обеспечения ее устойчивости, определяется по формуле (II—58):
Сплошные составные сжатые стержни

а наибольший вылет полки пояса в функции от его толщины λп — по таблице II—18. Например, для сварного двутаврового сечения соотношения размеров приведены в таблице VI—2. Эти соотношения следует учитывать при компоновке сечения.
Сплошные составные сжатые стержни

Материал стенки двутавровых сечений используется наименее эффективно не только в изгибаемых элементах, но и в центрально сжатых. Увеличение толщины стенки относительно мало сказывается на увеличении Ix и rx и практически не сказывается на величине Iy, но заметно уменьшает значение гу. Поэтому толщину стенок следует назначать минимальной. В элементах с высоким сечением для уменьшения толщины стенки и обеспечения ее устойчивости следует ставить продольные ребра жесткости, включая последние в расчетное сечение элемента. Продольные ребра жесткости улучшают не только условия работы стенки, но и всего двутаврового стержня в целом относительно оси у—у, параллельной стенке. Продольные ребра увеличивают значения F, Iy и ry двутавровых сечений, немного уменьшая rx, поэтому их рекомендуется ставить несколько большего размера, чем требуется по указаниям ранее. Ширина полосы стенки между поясом и продольным ребром должна быть не более определенной из формулы (II—58).
Определив в соответствии со сделанными выше указаниями требуемые контурные размеры сечения, предельные соотношения размеров отдельных частей и общую площадь сечения, устанавливают окончательные размеры. При этом в сварных двутаврах стремятся возможно большую часть требуемой площади сосредоточить в поясах.
Для удобства изготовления и производства монтажных работ ширину поясов сварного двутавра следует назначать в пределах (0,75-1,25) высоты сечения. Ширина полос крестового сечения должна быть одинаковой, и одна полоса прервана для пропуска второй. Ширина непрерывной полосы bп=1,41 bтр, а ширина полос другой ветви b'п = bп-δп/2.
По окончании компоновки сечения необходимо проверить устойчивость (напряжения) и гибкость элемента. В случае превышения R или [λ], а также при больших запасах в напряжениях необходимо исправить принятое сечение и снова проверить напряжения и гибкость. Изменяют сечения за счет перемены ширины или толщины поясов.
Установив окончательно размеры поперечного сечения, намечают размеры сварных швов, соединяющие между собой части элемента. В центрально сжатых стержнях скалывающие напряжения, а следовательно, и силы сдвига (например, в двутавровых или коробчатых сечениях между поясом и стенкой) возникают от случайных или конструктивных эксцентриситетов, а также вследствие неравномерности в работе отдельных ветвей. Эти силы очень незначительны; поэтому высоту угловых швов назначают наименьшую, допускаемую в зависимости от толщины свариваемых листов. Швы делают непрерывными. При автоматической сварке и тонкой стенке удобно устраивать шов со сплошным проваром стенки. В концевых частях стержней, а также в местах примыкания к ним других элементов и приложения нагрузок размеры угловых швов следует несколько увеличить. В клепаных элементах заклепки размещают с максимальным допускаемым для сжатых элементов шагом. В сжато-изгибаемых элементах соединительные швы нужно проверять на действие сил сдвига, возникающих от реальных поперечных сил.
Сплошные составные сжатые стержни

Если свободная ширина стенки hс.т ≥ 70δст, то по СНиП 2-В.З-62 следует ставить парные ребра жесткости на расстоянии (2,5—3)hст, но не менее двух на каждой отправочной марке. Выступающая часть ребра жесткости bp должна быть не менее hст/30 + 40 мм, а толщина δр — не менее bp/15; для высокопрочных сталей — не менее bp/12.
В мощных сжатых элементах открытых сечений следует ставить сплошные листовые диафрагмы (рис. VI—6) с расстоянием друг от друга не более 4 м. Свободные края диафрагм полезно окаймлять полосовой или угловой сталью, особенно при воздействиях, вызывающих кручение (хотя бы и не учитываемое расчетом).
Монтажные стыки элементов, а также стыки, в которых меняют сечения, устраивают обычно совмещенными, то есть в одном поперечном сечении стыкуют все элементы.
Для облегчения монтажа многоярусных стоек стыки их обычно устраивают несколько выше места примыкания к стойке балок и других элементов.
Стыки сварных стержней, выполняемые на заводе или в процессе укрупнительной сборки, следует делать прямыми в стык с полным проваром. Монтажные стыки могут быть также сварными с разделкой кромок по рисунку VI—7, а, б или на болтах (рис. VI—7, в, г, д). В стыках без прокладок (рис. VI— 7, а, д) высота сечений стыкуемых частей не меняется. В некоторых стыках (рис. VI—7, д) торцы фрезерованы, усилие передается за счет смятия непосредственно торцов. Болты рассчитаны на 0,15 максимального усилия в стержне. При внецентренном сжатии, кроме того, необходимо учитывать влияние момента и поперечной силы. В варианте, показанном на рисунке VI—7, г, высота верхней части стойки значительно меньше нижней. Усилие передается фрезерованным торцом верхней части на фрезерованную толстую плиту, приваренную к торцу нижней части. Болты рассчитывают, как и в предыдущем случае.
Сплошные составные сжатые стержни