6.10.1. Расчет стальных балок

Относительная легкость стальных балок, простота монтажа и надежность в работе привели к широкому их распространению в строительстве. Стальные балки чаще применяются в промышленном строительстве, когда требуется воспринять большие нагрузки от производственного оборудования, перекрывать большие пролеты или воспринимать динамические нагрузки. Применяют их в качестве подкрановых балок, балок рабочих площадок, в мостостроении и т.п. В связи с увеличением строительства по индивидуальным проектам стальные балки стали чаще применять в гражданском строительстве — в тех случаях, когда невозможно применить типовые железобетонные балки.

Расчет стальных балок сплошного сечения

Расчет балок производят по двум предельным состояниям. По первому предельному состоянию ведут расчет на прочность, общую и местную устойчивость, а по второму предельному состоянию производят расчет по деформациям.

1. Расчет прочности

Расчет прочности заключается в ограничении напряжений,

возникающих в балке при ее работе.

• Нормальные напряжения проверяются по формуле

где М — изгибающий момент, действующий в расчетном сечении;

Wn,min — минимальный момент сопротивления нетто. При отсутствии ослаблений в рассчитываемом сечении момент сопротивления нетто равен моменту сопротивления брутто, Wntmin = Wx;

Ry — расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести;

γ_с — коэффициент условия работы.

• Касательные напряжения проверяются по формуле

где Q — поперечная сила, действующая в расчетном сечении;

Sx — статический момент инерции относительно оси x—х;

Ix — момент инерции сечения относительно оси х—х;

t — толщина стенки;

Rs — расчетное сопротивление сдвигу, Rs = 0,58Ry.

При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов значения τ в формуле следует умножать на коэффициент α, определяемый по формуле α = а/{а - d), где а — шаг отверстий; d—диаметр отверстия.

При расчете прокатных двутавров без ослаблений отверстими и при действии на них только равномерно распределенной нагрузки проверку касательных напряжений можно не производить, так как высота таких двутавров относительно небольшая и

толщина стенки обеспечивает их прочность на действие касательных напряжений.

2. Расчет общей устойчивости

Как уже говорилось, при изгибе высоких балок с узкими поясами может произойти боковое выпучивание сжатого пояса. При этом балка изгибается не только в плоскости внешних сил, но и в плоскости наименьшей жесткости, вследствие чего происходит «скручивание» балки. Это явление называется потерей общей устойчивости (см. рис. 7.10).

Потеря общей устойчивости не возникает, если передача нагрузки на верхний пояс балки происходит через сплошной жесткий настил, надежно связанный с верхним поясом (железобетонные плиты, плоский и профилированный металлический настил, волнистую

сталь и т.п.). Возможность потери общей устойчивости проверяется по формуле

где Wc — момент сопротивления сжатого пояса балки;

φ_b — коэффициент, определяемый по Приложению 7* СНиП П-23-81*. При определении значения φ_b за расчетную длину балки l_еf следует принимать расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений (узлами продольных или поперечных связей, точками крепления жесткого настила).

Устойчивость балки тем больше, чем больше ее боковая жесткость. Приближенно установлено, что общую устойчивость можно не проверять, если отношение расчетного пролета балки l_еf к ширине полки b_f не превышает 1/3. Более подробно — см. п. 5.15

СНиП И-23-81*.