Описание расчетной модели для теста
Для простоты можно рассмотреть типовую поперечную раму, в которой колонна в плоскости рамы имеет жесткое защемление, а из плоскости - шарнирное; стропильная ферма шарнирно опирается на колонну, которая плоскостью наибольшей жесткости ориентирована в плоскости рамы; опирание фермы на колонну с боковым примыканием, эксцентриситет при расчете учтен;
- снеговой район - IV и VIII;
- ветровой район - II;
- сталь С255;
- пролет рамы - 30 м;
- шаг рам - 6 м;
- высота до низа несущих конструкций:
- 5,0 м, высота колонны по карнизу - 6,0;
- 7,0 м, высота колонны по карнизу - 8,0 м;
- 9,0 м, высота колонны по карнизу - 10,0 м.
Рисунок 1 - Расчетная схема рамы
Оценка влияния различных параметров
Шаг раскрепления и высота колонны
Можно проследить зависимость типа двутавра от шага раскрепления в плоскости наименьшей жесткости, а также величины вертикальной нагрузки (в данном примере рассмотрены IV и VIII снеговой районы, нагрузка между которыми отличается в 2 раза). Результаты расчета представлены в таблице:Таблица 1
* Для схемы с высотой до низа фермы 5м высота колонн по карнизу составит 6м, поэтому шаг раскрепления 8м не рассматриваем.
** Выделены профили с наименьшей массой погонного метра.
Ниже полученные зависимости типов двутавров представлены в виде графиков, в которых в массе погонного метра учтена масса распорок для каждого сечения в зависимости от шага раскрепления (распорка - профильная труба 120х4):
Рисунок 2 - График для рамы высотой до низа ригеля 7м, нормальные нагрузки
Для рассматриваемой расчетной схемы при шаге раскрепления колонн из плоскости рам 4 м эффективен двутавр типа Б, при шаге 6-8 м - тип Ш.
Рисунок 3 - График для рамы высотой до низа ригеля 7м, повышенные вертикальные нагрузки
Как видно из графика, для рассматриваемой расчетной схемы, увеличение вертикальной нагрузки изменяет зависимость между двутаврами типа Б и Ш. Тип Б эффективен при шаге раскрепления 4 м, при шаге 6-8 м — тип Ш. Для раскрепления с шагом 8 м широкополочный профиль приблизился по массе к колонному.
Рисунок 4 - График для рамы высотой до низа ригеля 5м, нормальные нагрузки
При уменьшении высоты колонны зависимость между типами профилей принципиально не меняется, для шага раскрепления 4м эффективен тип Б, для 6м - тип Ш.
Рисунок 5 - График для рамы высотой до низа ригеля 5м, повышенные вертикальные нагрузки
Увеличение вертикальной нагрузки меняет зависимость между двутаврами типа Ш и К - при шаге раскреплений 6м эффективнее колонный двутавр.
Рисунок 6 - График для рамы высотой до низа ригеля 9м, нормальные нагрузки
Как видно по графику, увеличение высоты колонны повлияло на зависимость между типами Б и Ш для шага раскрепления 6м. При шаге раскреплении колонн из плоскости рам 4-6м эффективен двутавр типа Б, при 8м - тип Ш.
Рисунок 7 - График для рамы высотой до низа ригеля 9м, повышенные вертикальные нагрузки
Тип Б эффективен при шаге раскрепления 4 м, при шаге 6-8м - тип Ш. В целом график аналогичен исходному варианту с повышенной вертикальной нагрузкой.
Шаг раскрепления и величина горизонтальной нагрузки
Таблица 2
* Выделены профили с наименьшей массой погонного метра.** Низ несущих конструкций
Рисунок 8 — График для рамы высотой до низа ригеля 7м, повышенные горизонтальные нагрузки
Из графика можно сделать вывод, что величина ветровой нагрузки имеет прямое влияние на зависимость между двутаврами типов Ш и К, график же для балки типа Б не меняет своей формы. Так же очевидно, что при шаге раскрепления 4м эффективен тип Б, а при шаге распорок из плоскости колонн 6-8м - тип К.
Какие можно сделать выводы
Как итог, из полученных выше данных:
- нормальный двутавр типа Б эффективен при небольшой расчетной длине колонны в плоскости наименьшей жесткости (около 4м);
- балки типа Ш и К эффективны при значительной расчетной длине в плоскости наименьшей жесткости (6м и более);
- двутавр типа К эффективен при больших расчетных длинах (8м и более) и больших нагрузках (большепролетные здания, тяжелые краны, повышенные снеговые нагрузки);
- изменение высоты колонны не меняет принципиальных закономерностей между типами двутавров в зависимости от шага раскрепления в плоскости наименьшей жесткости;
- при увеличении горизонтальной нагрузки колонный двутавр становится эффективен при небольших расчетных длинах из плоскости стенки (от 6м);
- для колонн высотой до 7м и небольших горизонтальных нагрузках наименьшая металлоемкость при шаге распорок 6-8м, при значительных ветровых нагрузках - при шаге распорок 4-6м.