Подходы при выборе типа двутавра для колонн одноэтажных зданий

Известно, что ГОСТ 57837 предоставляет проектировщику достаточно широкий выбор сечений двутавров: помимо основной линейки Б, Ш и К имеются двутавры дополнительных серий. Казалось бы, для колонн выбираются К, для изгибаемых элементов Б или Ш, но на деле все не так очевидно. Какой же тип прокатного двутавра будет иметь меньшую металлоемкость при обеспечении требуемой несущей способности? В статье рассмотрены некоторые закономерности между эффективным сечением и такими параметрами как расстояние между раскреплениями в плоскости наименьшей жесткости двутавров, высота колонн и величина нагрузок.

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.

image
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

Снеговой район
Шаг раскрепления колонны в плоскости наименьшей жесткости, м
Высота до ННК, м
5,0
7,0
9,0
 
4
25Ш1
35Б1
25К1
35Ш1
40Б1
30К1
40Ш1
40Б2
35К1
IV
6
30Ш0
40Б1
25К1
35Ш1
40Б2
30К1
40Ш1
45Б2
35К1
 
8
-
35Ш1
70Б2
30К1
40Ш1
70Б2
35К1
  
 
4
35Ш1
40Б1
25К1
35Ш1
40Б1
30К1
40Ш1
50Б1
35К1
VIII
6
35Ш1
40Б2
25К1
35Ш1
45Б2
30К1
40Ш1
55Б1
35К1
 
8
-*
35Ш2
70Б2
30К1
40Ш1
70Б2
35К1


* 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):

image
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.

image
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.

image
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.

image
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.

image
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.

image
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

Для простоты можно рассмотреть ветровое воздействие в торец рамы — при назначении нагрузок V ветрового района нагрузка увеличится в 2 раза. Снеговой район — IV, как и в базовом варианте, высота до низа ригеля - 7,0 м.

Таблица 2

Шаг раскрепления колонны в плоскости наименьшей жесткости, м Высота до ННК**
7,0 м
4 35Ш2
45Б2
30К1
6 40Ш1
55Б1
30К1
8 40Ш2
70Б2
30К4
 * Выделены профили с наименьшей массой погонного метра. 
** Низ несущих конструкций


image
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.

Скрыть навигацию
Не нашли ответ на свой вопрос?
Напишите нам. Наши инженеры готовы обсудить задачу и дать профессиональную консультацию
ФИО*
Телефон или e-mail
Опишите ваш вопрос
На сайте используются cookie-файлы, которые помогают показывать Вам самую актуальную информацию. Продолжая пользоваться сайтом, Вы даете согласие на использование ваших метаданных и Cookie-файлов.