Вес конструкций Gк так же, как вес сооружения, рассматривается состоящим из веса основных деталей, образующих основу («стержень») конструкции Gо и вспомогательных (конструктивных) деталей Gв. Основные детали, их размеры и вес зависят от силовых воздействий на конструкцию и определяются расчетом. Вспомогательные детали составляют конструктивное оформление и непосредственно не зависят от силовых воздействий; их назначение состоит главным образом в обеспечении устойчивости основных деталей (например, ребра жесткости стенки балки, прокладки между уголками в фермах), в соединении основных деталей между собой (фасонки) или в выполнении других вспомогательных функций.
Итак:
Более общей характеристикой является конструктивный коэффициент, равный:
Таким образом, при определении теоретического веса не учитываются коэффициенты продольного изгиба, коэффициенты ослабления и перерасход стали при подборе сечений. Структура конструктивного коэффициента достаточно сложна, и его можно представить как
Наиболее изученной частью конструктивного коэффициента для всех конструкций является строительный коэффициент, поэтому весьма часто им пользуются как самостоятельной характеристикой. Коэффициенты ψп и ψпр менее изучены, при этом они не всегда подразделяются, хотя природа их различна. Коэффициент ψп зависит от градации профилей сортамента; при сокращении количества профилей в конструкции его величина растет, он также зависит от минимально возможных по конструктивным соображениям размеров профилей, применяемых в конструкции. Величина его колеблется в достаточно широких пределах: для ферм под тяжелые кровли 1,10—1,15 и для ферм под легкие кровли 1,3—1,5. Коэффициент, учитывающий продольный изгиб, зависит от гибкости стержней и, следовательно, от формы сечения, длины стержней и нагрузки. Величина его находится в пределах 1,1 —1,5 в зависимости от типа кровли и очертания ферм.
Строительный и конструктивный коэффициенты в фермах и колоннах значительно отличаются друг от друга; в балках они почти равны и отличаются только за. счет неточности подбора сечения.
В формулах (IV.4) и (IV.5) строительный и конструктивный коэффициенты определялись в предположении, что вес вспомогательных (конструктивных) деталей остается постоянным. Однако это не вполне отражает фактическую сторону вопроса. При увеличении пролетов и нагрузок вес вспомогательных деталей также растет, хотя и менее интенсивно, чем вес основных деталей.
Н. С. Стрелецкий рекомендует уточненную формулу строительного (конструктивного) коэффициента в виде:
Вес и количество вспомогательных (конструктивных) деталей (при определении строительного коэффициента) меняется в функции пролета конструкции различно: а) вес части деталей линейно увеличивается с возрастанием пролета (ребра жесткости, элементы решетки, диафрагмы); б) вес некоторых деталей с увеличением пролета увеличивается, но не пропорционально пролету (например, толщина фасонок ферм); в) вес части деталей постоянен для данной конструкции (оформление опорных узлов и т.п.), следовательно, вес этой части деталей на единицу пролета с возрастанием последнего убывает. В соответствии с этим формула строительного коэффициента в функции пролета
где первый член характеризует постоянный фактор, второй — убывающий, а третий — возрастающий.
Значение L, при котором ψв имеет минимум:
Статистические кривые строительного коэффициента балок (рис. IV.1) дают значение L, при котором ψв имеет минимальное значение, равное 12—15 м.
Строительный коэффициент балок возрастает также с их высотой, поскольку высокие балки имеют сравнительно тонкие стенки и требуют более частого расположения поперечных и продольных ребер жесткости. Возможное членение высоких балок по высоте, как правило, связано с необходимостью устройства дополнительных деталей. Можно отметить также тенденцию роста строительного коэффициента с увеличением погонной нагрузки.
В фермах зависимость строительного коэффициента от пролета (рис. IV.2) представляет собой слабо убывающую функцию. Кривая тоже должна иметь минимум, по-видимому, в области больших пролетов.
Для практических целей строительные коэффициенты балок и ферм приближенно можно считать усредненными по нагрузке и определять их дифференцированными по пролетам. Строительные коэффициенты колонн и, закономерности их изменения менее изучены, и поэтому их принимают средними, независимо от парам — высоты и нагрузки (табл. IV.7).
Для конструктивного коэффициента к дополнительному весу деталей, зависящему от длины, добавляется дополнительный вес, зависящий от продольного изгиба. Поэтому для определения конструктивного коэффициента формула (IV.7) также справедлива, и дополнительный вес, зависящий от продольного изгиба, входит в третий ее член.
Конструктивный коэффициент типовых ферм из уголков современной проектировки был изучен С. И. Усановым (табл. IV.8). В функции пролета его величина равна:
В приведенных данных отсутствует зависимость конструктивного коэффициента от шага ферм, которая в общем виде может быть выражена
Например, для трапециевидных бесшпренгельных ферм института Проектстальконструкция эта формула приобретает вид:
Как видно, увеличение шага приводит к снижению веса ферм за счет уменьшения конструктивного коэффициента и с этой точки зрения весьма желательно. Однако при увеличении шага ферм увеличивается расход стали на продольные элементы (прогоны, панели), что ставит вопрос о необходимости определения оптимального шага ферм (см. гл. VIII).
Таким образом, недостатком формул (IV.9) и (IV.9a) является зависимость конструктивного коэффициента от одного аргумента — пролета или шага, в то время как он зависит от обеих этих величин.