Использование высокопрочной стали в балках эффективно при небольших пролётах и компактных размерах перекрытий, когда критической является проверка по первой группе предельных состояний. Показательный пример эффективного применения высокопрочной стали в балках — перекрытия складских зданий, поскольку на них приходится значительная нагрузка, зачастую при небольшом пролёте.
Анализ исходного решения и предпосылки к оптимизации
В рассматриваемом проекте реализован балочный тип перекрытия, где главная балка представляет собой шарнирную неразрезную конструкцию на трёх опорах, а колонны выполнены из сборного железобетона (рис. 1).
При сравнительно небольшом размере пролёта на перекрытие приходится значительная нагрузка — более 2,5 тс/м². Раскрепление главных балок с шагом 2 метра обеспечивает низкую гибкость элемента (λ_y=20; λ_z=20), создавая потенциал для эффективного применения высокопрочной стали.
Подробнее об области рационального применения стали С390 — в статье.
Рисунок 1 — Поперечный разрез
Кроме того, путём сравнения несущей способности по прочности при действии изгибающего момента выявили, что сечение 50Ш2 из С390 обеспечивает 99% несущей способности при действии изгибающего момента по сравнению с исходным профилем 50Ш3 из С355.
Предлагаемое решение
Расчёт показал, что альтернативное сечение стальных балок перекрытия 50Ш2 из С355 работает на пределе несущей способности (КИ = 100%) и не обеспечивает необходимого запаса прочности. В то же время сечение 50Ш2 из стали С390 проходит проверку с достаточным запасом (КИ = 90%), близким к исходному варианту (КИ = 87%), и позволяет сократить металлоёмкость на 12% по сравнению с исходным сечением 50Ш3 из С355.
Результаты расчёта сведены в таблицу:
| Расчётная схема | Сечение | КИ, % | Критический фактор проверки | Прогиб, мм | Масса 1 м, кг |
|---|---|---|---|---|---|
|
|
50Ш3 (С355) |
87 | Устойчивость сжатого пояса элемента, изгибаемого в плоскости стенки | 9,2 < 30 | 156,1 |
|
|
50Ш2 (С355) |
100 | Устойчивость сжатого пояса элемента, изгибаемого в плоскости стенки | 10,6 < 30 | 138,4 |
|
|
50Ш2 (С390) |
90 | Устойчивость сжатого пояса элемента, изгибаемого в плоскости стенки | 10,6 < 30 |
138,4 (-12%) |
Результаты
Переход на высокопрочную сталь С390 позволил существенно оптимизировать конструкцию главных балок. В результате удалось сократить их металлоёмкость на 12%, при этом полностью сохранены требования по надёжности и эксплуатационным характеристикам конструкции.
Оптимизация конструкции с использованием стали С390 демонстрирует её рациональное применение в условиях значительных нагрузок при небольших пролётах, что делает её особенно эффективной для стальных балочных перекрытий складских зданий.
Еще по теме
Балочные клетки
Перекрытия со скрытым ригелем
