Конструкция и расчет балок составного сечения (сварной двутавр).

В тех случаях, когда требуются конструкции, жесткость и несущая способность которых превышает возможности прокатных профилей, используют составные балки. Они могут быть сварными и реже клепанными. Наибольшее применение получили балки двутаврового симметричного сечения (рис. а), реже несимметричного сечения (рис.б). Такие балки состоят из трех элементов: верхнего и нижнего поясов, объединенных тонкой стенкой. Перспективными являются сечения в виде двутавра, в качестве полок которого используют прокатные тавры(рис. в) и холодногнутые профили (рис. г).

Особенности конструирования составных балок:

Определение высоты балки:

1. Условия: - определение минимальной высоты балки (условие жесткости);

           - определение оптимальной высоты балки (расход материала);

2. Определение толщины стенки балки.

3. Определение размеров поясов.

4. Определение геометрических характеристик принятого сечения балки (A, I, W, S).

5. Проверка прочности, устойчивости и жесткости.

Стержень сквозной колонны колонны обычно составляют из 2 ветвей, соединенных решеткой. Основной тип решетки-раскосная, треугольная. Колонны крайних рядов проектируют несимметричного сечения с наружной ветвью швеллерной формы для удобства примыкания стены. Ассиметричные колонны применяют также в тех случаях, когда расчетные усилия в ветвях значительно различаются. Колонны крайнего ряда прректируют симметричными. Решетку размещают в 2 плоскостях, из одиночных уголков и центрируют на оси ветвей, угол наклона раскосов 40..45⁰.

Расчет проводят в 2 этапа: на 1-м выполняют приближенный расчет, с помощью которого назначают площади поперечных сечений ветвей, рассматривая их как самостоятельные центрально сжатые стержни, шарнирно подкрепленные в узлах решетки. На 2-м этапе проверяют устойчивость сквозного стержня в целом.

Расстояние между ветвями назначают из условия жесткости с учетом технологических требований и унифицированных привязок.

Продольные усилия в ветвях колонн определяют по формулам:

N,M-расчетные значения при i и j комбинациях нагрузок, опасных для каждой ветви, y₁ y₂ –расстояния от центра тяжести сеч. до ц.т. ветви. Поскольку положение центра тяжести колонны неизвестно, в первом приближении можно принять у₁=0,45h₀, у₂=0.55h₀.

После определения расчетных усилий в ветвях назначают площади их поперечных сечений из расчета на устойчивость каждой из них как центрально сжатого стержня в обеих плоскостях.

Расчет раскосов-см вопрос78а.

Для проверки устойчивости сквозного стержня в целом находят приведенную гибкость по табл 7 СНиП.

Определение минимальной высоты (из условия жесткости):

Где f_u – из табл. 19 СНиП Нагрузки и воздействия, прогиб от нормативной нагрузки.

Далее выбираем из оптимальной и минимальной высоты бОльшую (вроде бы так) и определяем толщину стенки, исходя из условий прочности на срез, предельной гибкости и стандартизации толщин листового проката по формуле Журавского:

Где k зависит от формы сечения и для двутавра: 1,2 (в предположении, что всё сечение балки учавствует в восприятии силы Q); 1,5 (если мы считаем, что только стенка воспринимает поперечную силу).

Принимаем толщину стенки исходя из гибкости:

Подбор сечения поясов.

Минимальная необходимая площадь сечения:

Теперь мы можем задаться одной из величин полки (b или h) и определить другую. Рекомендации по выбору ширины полки:

b_п=(1/3..1/5)h_w, но не менее 180 мм (поскольку трудно будет выполнить узлы опирания вышележащих конструкций)

 - существенно проявляется неравномерность распределений напряжений по ширине пояса;

 - малая поперечная жесткость пояса (потеря общей устойчивости).

Также следует учитывать предельный относительный свес полки:

 (в пределах упругих деформаций)

Где b_ef=(b_f-t_w)/2 – свес полки.

Также толщину полки желательно назначать в пределах  и , поскольку в противных случаях проявят себя недостатки сварных швов при большой разнице толщин свариваемых элементов и низкое качество толстого металлопроката.

Подбор сечения стенки разобран в предыдущем вопросе (t_w, h_w).