Как осуществить раскрепление нижнего пояса двутавровых балок?
Применение flange bracing
В инженерной практике часто встречаются рамные конструкции из двутавровой балки, в которых нижний пояс частично растянут, а частично сжат. Каким образом можно сохранить его устойчивость и какие современные решения применимы для данной задачи?
Рисунок 1 — Эпюра изгибающих моментов для рамы
Расчетная длина пояса из плоскости рамы — это расстояние между узлами крепления горизонтальных связей. Например, для ригеля классической рамы (с шарнирным опираем на фундамент и жестким коленом) в поясах возникают знакопеременные усилия, то есть сжатию подвержен, как верхний пояс, так и нижний пояса двутавровой балки, что негативно сказывается на определении расчетной длины.
Рисунок 2 — Схема раскрепеления нижнего пояса, с применением flange bracing
Верхний пояс обычно раскреплен прогонами или горизонтальными распорками. Для ограничения расчетной длины нижнего пояса применяют flange bracing.
Flange bracing (с англ. «связь пояса») - это горячекатаный или гнутый уголок, который крепится одним концом к нижнему поясу ригеля, а другим - к прогону или распорке. Продольное усилие в таком подкосе обычно принимается как 1% от силы сжатия в нижнем поясе.
Таким образом, расчётные длины поясов из плоскости рамы принимают:
- для верхнего пояса - расстояние между прогонами/распорками,
- для нижнего - расстояние между flange bracing.
«Трубчатая» система стабилизации
Однако при больших усилиях в ригеле связевая система с flange bracing может получиться достаточно тяжёлой (потребуется усиливать прогоны, к которым крепится подкос) и соответственно дорогой.
В таких случаях возможно применение "трубчатого" раскрепления нижнего пояса из плоскости ригеля. Такая связевая система при больших усилиях имеет меньшую металлоемкость, чем система с flange bracing.
При "трубчатой" системе раскрепления нижнего пояса двутавра из плоскости ригеля связи устраивают в каждом втором шаге рам. В этих шагах нижние пояса балок двух соседних рам соединяются распорками и диагональными тяжами. В этих же местах выполняются распорки связевой фермы по верхнему поясу.
При этом в качестве распорок по верхнему поясу могут выступать как отдельные элементы связей, так и прогоны покрытия.
Таким образом, все нижние пояса ригеля раскреплены и нет необходимости устраивать распорки на всю длину здания.
Рисунок 3 — Схема расположения "трубчатой" системы стабилизации нижнего пояса двутавра
Распорка между нижними поясами двутавра рассчитывается на сжатие. Продольная сила в ней принимается как 1% от сжатия в нижнем поясе при прижимной комбинации. Диагональные тяжи рассчитываются на это же усилие согласно геометрической схеме связи.
Для шага рам, в котором расположена система "трубчатой стабилизации", при расчёте элемента связи в уровне верхнего пояса двутавра следует учесть дополнительное усилие от стабилизационной составляющей.
При этом необязательно закладывать "трубчатую" систему стабилизации нижнего пояса ригеля на весь пролёт рамы. На участке покрытия с мéньшим изгибающим моментом можно применить flange bracing.
Рисунок 4 — Поперечный разрез по раме каркаса
Таким образом, расчётные длины поясов из плоскости рамы принимают:
- для верхнего пояса как расстояние между прогонами/распорками;
- для нижнего как расстояние между распорками "трубчатой" системы стабилизации.
