6.5. Загальні положення розрахунку балок
Розрахунок будь-яких балок (балок настилу, другорядних балок, головних балок) складається з наступних основних етапів.
1. Збір експлуатаційних і граничних розрахункових навантажень на балку.
Якщо на перекриття діє рівномірно розподілене навантаження q в кН/м2, то навантаження на одну балку збирається з відповідної вантажної площі.
Вантажною площею балки називається площа перекриття, з якої навантаження передається на балку.
Якщо крок балок в балковій клітці постійний, то вантажна площа балки рівна:
l a , м2,
де l – проліт балки; а – крок балок.
В балкових клітках нормального та ускладненого типу визначення навантаження починають з балок настилу. При цьому визначають погонне навантаження (тобто на 1 м довжини балки):
g = q a1 ; кН/м.
Опорні реакції вищележачих балок служать навантаженнями для нижчележачих, тобто навантаженням на другорядні балки є опорні реакції балок настилу, прикладені в місцях їх опирання, а навантаженням на головні балки є опорні реакції другорядних балок.
2. Статичний розрахунок балки, тобто визначення максимальних зусиль в перерізах балки від дії розрахункових навантажень – згинаючого моменту Mmax і поперечної сили Qmax , а також максимального згинаючого моменту від дії нормативних навантажень Mn,max (за правилами будівельної механіки).
3. Підбір перерізів, який здійснюється, виходячи з вимог забезпечення міцності та жорсткості балок при мінімальних витратах сталі.
Перерізи прокатних балок підбираються за сортаментом профільного прокату. Перерізи складених балок компонують з листів універсальної сталі, які мають прокатні кромки.
4. Перевірка міцності балки (розрахунок за І групою граничних станів), яка полягає в тому, щоб напруження, викликані дією зусиль Mmax i Qmax , місцеві напруження, які виникають під зосередженими силами, а також комбінації всіх цих напружень не перевищували б розрахункових опорів сталі.
5. Перевірка загальної стійкості балки (за І групою граничних станів), тобто умови збереження балкою плоскої форми при згині.
6. Перевірка та забезпечення місцевої стійкості стінки та стиснутого поясу (за І групою).
7. Перевірка відносного прогину балки від дії нормативних навантажень (за ІІ групою граничних станів).
8. Розрахунок деталей – з’єднання поясів зі стінкою (тільки для складених балок), опорних частин, ребер жорсткості, монтажних стиків та інше.
6.6. Розрахунок прокатних балок
6.6.1. Підбір перерізу
Підбір перерізу прокатних балок полягає у виборі необхідного номера профілю за сортаментом.
Послідовність підбору перерізу наступна.
Визначається навантаження, яке діє на балку (погонне, в кН/м).
Визначається розрахунковий проліт, рівний відстані між центрами опорних частин, а в балкових клітках – відстані між точками перетину осей балок.
Виконується статичний розрахунок балки з побудовою епюр зусиль (M i Q), обчислюються значення Mmax , Qmax i Mе,max.
Визначається необхідний момент опору Wнеоб, який є основною геометричною характеристикою згинальних елементів:
для балок, які працюють в пружній стадії
;
для балок, які працюють в пружно-пластичній стадії (з врахуванням розвитку обмежених пластичних деформацій)
.
Коефіцієнт с1, який враховує розвиток пластичних деформацій по перерізу, залежить від виду профіля, геометричних характеристик перерізу і визначається за формулами СНиП. Але оскільки переріз на даному етапі ще невідомий, то попередньо приймається с1 = 1,1.
Значення Ry на даному етапі визначається при товщині, яка приймається з досвіду проектування;
За отриманими значеннями Wнеоб вибирають з сортаменту номер профіля так, щоб його фактичний момент опору був не меншим за необхідний (Wх Wнеоб). Виписуються з сортаменту всі геометричні характеристики перерізу.
Далі виконуються перевірки підібраного перерізу: за І групою граничних станів – перевірки міцності та стійкості, за ІІ групою – перевірка прогинів.