5.Балки: Балочные конструкции, расчетные схемы, подбор сечения и проверка жесткости и устойчивости прокатных балок

Схемы и конструкции перекрытий

В зданиях и сооружениях металлические балки применяют в виде балочных клеток, т.е. перекрытий, состоящих из системы балок и насти­ла (рис. 27.1). Балочные клетки бывают трех типов — упрощенные, нор­мальные и усложненные.

Упрощенные балочные клетки (рис. 27.1, а) состоят из балок насти­ла, уложенных с определенным шагом на параллельные стены, расстоя­ние между которыми определяет пролет балок. Балки настила делают из прокатных двутавров, шаг которых обычно 0,6—1,5 м.

Нормальная балочная клетка (рис. 27.1, б) состоит из главных балок и балок настила. Последние, по которым уложен настил, опираются на главные балки. Главные балки опираются на стальные или железобе­тонные колонны, их ориентируют в направлении большего шага колонн (продольного или поперечного) и проектируют обычно разрезными. Так как пролеты главных балок довольно значительны (9— 12 м и более), их проектируют составными сварными с членением при необходимости на отправочные элементы.

Прокатные балки рациональны при пролетах 8—9 м, нагрузках до 10—12 кПа. При расстоянии между главными балками более 9 м эконо­мичнее переходить на балочную клетку усложненного типа (рис. 27.1, в). В этой схеме имеются вспомогательные (второстепенные) балки, являю­щиеся поддерживающими по отношению к балкам настила, и опираю­щиеся на главные балки с шагом 1,5—Ъм. Вспомогательные балки чаще всего выполняют, как и балки настила, из прокатных двутавров, но боль­шего сечения.

Сопряжение вспомогательных балок с главными может быть этаж­ным, когда вспомогательные балки располагаются над главными

СТАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ – разрезная, не разрезная, консольная

Подбор поперечного сечения

Для подбора профиля балки прежде всего нужно выбрать сталь, для того, чтобы знать расчетное сопротивление R_y, и определить максималь­ный изгибающий момент, после чего найти требуемый момент сопро­тивления сечения

По полученному значению W_mp находят в сортаменте номер двутавра или другого профиля, момент сопротивления которого равен или боль­ше требуемой величины. При некоторых условиях можно уменьшить размеры сечения за счет развития пластических деформаций (для раз­резных балок из стали с пределом текучести до 530МПа, несущих стати­ческую нагрузку, если касательные напряжения в месте действия макси­мального момента, кроме опорных сечений, не превышает 0,9R_S). В этом случае расчет можно выполнять по формуле

е с_х вначале можно принять равным 1,12, а затем в процессе проверки прочности уточнить в соответствии с формулами (27.3) — (27.4).

Высоту сечения выбранной балки сравнивают с h_min по формуле (27.14). Если она больше Л,^, сечение оставляют, в противном случае увеличивают до необходимой высоты сечения.

Проверка жесткости балок

Проверка жесткости относится к проверкам второй группы предель­ных состояний. Жесткость балок проверяют по формуле

гдеf— максимальный прогиб, вызванный нормативной нагрузкой; l — пролет балки; п₀ — предельный относительный прогиб.

Прогиб однопролетной балки, нагруженной равномерно распределен­ной нагрузкой

где qн — нормативная погонная нагрузка на балку.

Из формул (27.12) и (27.13) при предельном прогибе и при напряже­нии, равном расчетному сопротивлению, можно получить выражение для минимально возможной высоты балки

где q — расчетная погонная нагрузка на балку.

Расчет на общую устойчивость балок

Расчет на общую устойчивость балок двутаврового сечения, изгибае­мых в плоскости стенки, удовлетворяющих требованиям прочности, вы­полняют по формуле

бщую устойчивость балок не требуется проверять:

а) при передаче нагрузки через сжатый пояс балки и надежно с ним связанный настил (железобетонные плиты, плоский и профилирован­ный настил, волнистая сталь и т.п.);

б) при отношении расчетной длины балки ширине сжатого пояса Ь, не превышающем значений, определяемых по формулам табл. 27.5.