ствия нормативной нагрузки, а сечение балки подбирается от действия расчетной нагрузки, причем коэффициент перегрузки п всегда больше коэффициента учета упругопластической работы материала (ci) и, следовательно, материал балки при нормальной эксплуатации всегда работает упруго.

Минимальная высота балки обеспечивает необходимую жесткость при полном использовании несущей способности материала.

При других видах нагрузки на балку (кроме подкрановых балок) hmin можно приближенно определять по формуле (7.21).

Из формулы (7.21) видно, что необходимая высота балки увеличивается с ростом прочности материала и уменьшением допустимого прогиба.

Если полученную по формуле (7.21) высоту балки по каким-либо соображениям нельзя принять, то требуемую норму прогиба можно удовлетворить, лишь снижая расчетное сопротивление материала, принимая менее прочный материал или неполностью используя его несущую способность.

Выбор высоты балки. Закономерности изменения высоты балки показывают, что наиболее целесообразно принимать высоту балки близкой к Нот, определенной из экономических соображений, и не меньшей hmin, установленной из условия допустимого прогиба балки. Естественно, что во всех случаях принятая высота балки в сумме с толщиной настила не должна превышать заданную строительную высоту перекрытия.

Высоту балки также следует согласовывать с размерами ширины листов по сортаменту. Желательно, чтобы стенка по высоте выполнялась из одного листа шириной не более 2000-2200 мм. Если необходима стенка большей высоты-, приходится усложнять конструкцию балки устройством продольного стыка стенки.

Во сех случаях высоту составной балки в целях унификации конструкций рационально принимать в круглых числах, кратных 100 мм.

2. Толщина стенки

После высоты балки толщина стенки является вторым основным параметром сечения, так как она сильно влияет на экономичность сечения составной балки.

Для определения наименьшей толщины стенки из условия ее работы на касательные напряжения можно воспользоваться формулой Н. Г. Журавского

т = Q5 /0T < Rev у.

где Q - максимальная поперечная сила; S - статический момент полусечения балки относительно нейтральной оси; / - момент инерции сечения балки; /«- тоадина стенки; Rcp - расчетное сопротивление материала стенки на срез.

В балке оптимального сечения с площадью поясов, равной площади стенки, плечо внутренней пары составит 5«0,85 h.

Подставляя это соотношение 5 в формулу Н. Г. Журавского и делая преобразования, получаем

= QS/IRcj, « 1,2QM/?cp. (7.22)

При опирании разрезной сварной балки с помощью опорного ребра, приваренного к торцу балки (см. рис. 7.28, б), можно считать, что в опорном сечении балки на касательные напряжения работает только стенка, а пояса еще не включались в работу сечения балки. Тогда плечо внутренней пары

/ tcih 8 = - h

S 12 3

Для этого случая толщина стенки

(7.23)

iRcp 2 hRcp -141-

в балках симметричного сечения, работающих с учетом развития пластических деформаций и не нагруженных местной нагрузкой, Ом==0; при выполнении условий: т<0,9/?ср; ЛпМст>0,25 и 2,2<Яст<6 необходимо проверить несущую способность балки из-за возможной потери устойчивости стенки, работающей с учетом пластических деформаций, по формуле

где а=0,24-0,15(т ?ср)2-8,5-10~з{А,ст-2,2); т=С 1ст/ст--среднее касательное напряжение в стенке в месте проверки балки; у - коэффициент условий работы конструкции.

Чтобы обеспечить местную устойчивость стенки без дополнительного укрепления ее продольным ребром (см. гл. 7, § 4, п. 3), необходимо иметь Яст<5,5: тогда

ctXict TW5,5. (7.25)

В балках высотой более 2 м это упрощение конструктивной формы экономически не оправдано, так как стенки получаются чрезмерно толстыми. В высоких балках толщина стенки берется меньшей и достигает 1/200- 1/250 высоты, что требует укрепления стенки, способного обеспечить ее устойчивость.

Таким образом, задача определения толщины стенки оказывается вариантной, влияющей на экономичность сечения балки и требующей очень внимательного к себе отношения.

Для балок высотой 1-2 м рациональное значение толщины стенки можно определить по эмпирической формуле

„ = 7-f 3h/1000 мм. , (7.26)

Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщинами проката листовой стали. Обычно минимальную толщину стенки принимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм) и назначают при толщине до 12 мм кратной 1 мм, а более 12 мм кратной 2 мм. Если принятая по формуле (7.20) толщина стенки отличается от полученной по формулам (7.23) или (7.22) на 2 мм и более, следует в формулу (7.20) подставить определенную из условия скалывания толщину стенкн и вновь вычислить hom.

3. Поясные уголки балок с поясными соединениями на заклепках и высокопрочных болтах

В состав пояса таких балок входят поясные уголки, которые обычно принимают равнополочными (см. рис, 7.2, г). Калибр уголков (ширина их полок й>г) устанавливают в зависимости от мощности балки и способа передачи нагрузки на нее.

Для балок средней высоты 1-2 м.

feyr* (1/10)/!.

Толщину поясных уголков удобно принимать равной толщине стенки /уг = /ст, так как это облегчает устройство монтажных стыков.

При наличии в составе сечения балки горизонтальных листов необходимо, чтобы поясные уголки обеспечивали надежную передачу усилий пояса на стенку. Для этого площадь сечения двух уголков пояса рекомендуется принимать не менее 30 % всей площади сечения пояса.

4. Горизонтальные листы поясов

В сварных балках пояса обычно принимают из одиночных листов универсальной стали. Изготовлять пояса из двух и более листов в сварных балках нерационально, так как, скрепляя между собой листы по краям фланговыми швами, мы увеличиваем неравномерность работы листов из-за роста длины передачи усилий от стенки к наружным листам (рис. 7.11). Резко увеличивается при этом и число сварных швов. Кроме того, неизбежно образование щелей между свариваемыми только по краям листами.

Напряжение S нижнем листе

Напряжения S крмем листе

!!,2

Рис. 7.11. Распределевие напряжений в листа» Пакета сварной балки

Толщину горизонтального поясного листа сварной балки обычно принимают не более 2-3 толщин стенки, так как в поясных щвах при приваривании толстых поясных листов к стенке развиваются значительные усадочные растягивающие напряжения. Применение поясных листов толщиной более 30 мм нерационально еще и потому, что толстые листы имеют пониженные значения предела текучести и, следовательно, пониженные расчетные сопротивления (см. гл. 2).

В клепаных балках и в балках на высокопрочных болтах в отличие от сварных часто применяют пакеты из двух-трех горизонтальных листов, так как в многолистовом пакете, стянутом по всей ширине заклепками или болтами, листы работают

достаточно слитно. Толщину отдельных горизонтальных листов из условия удобства конструирования монтажного стыка обычно принимают равной толщине поясных уголков.

Ширину горизонтальных листов обычно принимают равной /2-Vs высоты балки из условия обеспечения ее общей устойчивости.

По конструктивным соображениям щирину пояса не следует принимать меньше 180 мм или /г/10.

Для клепаных балок и балок на болтах желательно также, чтобы горизонтальные листы несколько выступали за наружные грани поясных уголков

*гл > fcT + 2йуг + 10 мм.

Наибольшую ширину горизонтальных листов определяют их местной устойчивостью и равномерностью работы по ширине.

В балках отношение ширины свеса сжатого пояса (см. гл. 7 § 4 п. 3) Ьсв к его толщине tn не должно превышать:

в сечениях, работающих упруго

Wn< 0,5 ]/"£ ?, (7.27)

в сечениях, работающих с учетом развития пластических деформа-

ции.

*св/<п = 0.111о/ст. но не более 0,bVE/R,

(7.27а)

где ho - расчетная высота балки; от - толщина стенки балки.

Для растянутых поясов балок не рекомендуется принимать ширину поясов более 30 толщин пояса из условия равномерного распределения напряжений по ширине полки.

5. Подбор сечения балок

Подбор сечения состоит в определении размеров поясов и стенки балки, исходя из заданных технологическим заданием условий, эк>)но-мичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Процесс подбора сечений сварной балки рассмотрим на примере.

Пример 7.3. Требуется подобрать сечение сварной главной балки, исходя из услови.", приведенных в примере 7.2 по первому варианту компоновки, имеющий прогиб ?< < (1/400)/ из стали ВСтЗГпс5-1, толщиной /<20 мм, по прил. 4, она имеет /?=230МПа = = 23кН/см2 и /?ср= 135 МПа= 13,5 кН/см, вес настила и балок настила gi= 1,023 кН/м. Собственный вес балки принимаем ориентировочно в размере 1-2 % от нагрузки на нее. Максимально возможная строительная высота перекрытия 1,6 м.

Расчетная схема балки приведена на рис. 7.12, а. Определяем нормативную и расчетную нагрузки на балку:

qn = р" + gH = 1,02 (20 + 1,023) 6 = 128,6 кН/м; 9 = npp»-f П䧫= 1,02(1,2-20-f 1,05-1,023) 6= 153 кН/м.