83. Балки и балочные стальные конструкции: область применения, типы, последовательность расчета и конструирование.

Область применения: в конструкциях рабочих площадок, перекрытий промышленных и гражданских зданий, эстакад, мостов и др. сооружений.

Классификация. Они классифицируются: в зависимости от расчетной схемы, типу сечения, способу изготовления.

В зависимости от расчетной схемы, балки различают: разрезные (однопролетные), неразрезные (многопролетные), консольные

По типу сечения – прокатные (обычные или с параллельными гранями – широкополочные) и составные сечения (сварные, клепанные и болтовые).

Пояса составных балок могут выполняться из сталей повышенной или высокой прочности, а стенка из углеродистой стали. Такие балки называются бистальные.

Компоновка балочных перекрытий.

Балочной клеткой (площадкой) называется система несущих балок, образующих конструкцию перекрытия.

Балочная клетка представляет собой конструкцию, состоящую из одной или нескольких систем балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям. В балочной клетке преимущественно применяются разрезные балки.

Различают 3 типа балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный.

У прощенный тип состоит из балок, уложенных в

одном направлении, параллельно меньшему размеру перекрытия.

А – шаг колонн в продольном направлении; В – шаг колонн в поперечном направлении; а – шаг балок;

1. главные балки; 2. вспомогательные балки (настила)

Нормальный тип балочной площадки представляет собой систему главных балок (1) и балок настила (2). Главная балка опирается на колонны или стены, а балки настила опираются на главные балки составного сечения.

а – шаг вспомогательных балок; b – шаг балок настила;

Усложненный тип – это система главных балок (1), вспомогательных (второстепенных) балок (2) и балок настила (3).

Типы сопряжений балок: поэтажное, в одном уровне, пониженное и повышенное. Отметка верха габарита под площадкой устанавливается в увязке с габаритами оборудования, располагаемого под перекрытием площадки или в соответствии с другими требованиями.

Расчёт стального настила

В зависимости от интенсивности нагрузки для настила принимают листы толщиной t_d

Стальной настил рассчитывается как балочный элемент или как упругая висячая конструкция.

Расчёт прокатных балок.

Подбор сечения прокатной балки осуществляется в следующей последовательности:

1. Выбор марки стали

2. Определение нормативных и расчётных нагрузок.

3. Определение и .

4. Вычисляют требуемый момент сопротивления

W_n.minM/R_y_c

5. По сортаменту принимается ближайший профиль.

6. Проверка подобранного сечения из условия жёсткости

Если верхний пояс недостаточно закреплен (отсутствует сплошной жёсткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки или отношение расчётной длинны балки l_cf к ширине сжатого пояса b превышает значения, рекомендуемые СНиП, выполняется проверка общей устойчивости :

где _в-коэффициент, определяемый по указаниям прил. 7 СНиП II-23-81;

W_c-следует определять для сжатого пояса.

Компоновка составного сечения главной балки

Расчётная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом (вариантом) балочной клетки.

Сечение составной балки обычно состоит из трёх листов: стенка и двух поясов. Проектирование включает два этапа: на первом компонуют и подбирают сечение, на втором – проверяют прочность и устойчивость балки в целом и её элементов, а также проверяют по прогибу. Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

М аксимальная высота балки ограничивается заданными габаритами помещения. После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы её на срез и сравнивают с ранее назначенной.

Сечение составной главной балки

Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления её продольными рёбрами обеспечивается, если соблюдается условие

.

Сечение поясов балок подбирают по максимальному расчётному изгибающему моменту и требуемой площади полок. Требуемую площадь полки находят по следующей приближённой формуле, не учитывающей момент инерции пояса относительно собственной оси:

,

где J_f=J-J_w – момент инерции поясов относительно центра тяжести сечения;

J=Wh_w/2 – момент инерции балки;

J_w=t_wh_w³/12 – момент инерции стенки балки;

h₀ – расстояние между центрами тяжести полок (h₀=h-t_f).

Назначив сечения стенки и полок, вычисляют фактическое значение W и проверяют нормальные напряжения

или

При удачном подборе сечения разница между  и R_y должна быть не больше 5, при этом перенапряжение не допускается. Максимальные касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки не должны быть выше R_s металла стенки

Относительный прогиб балки f/L не должен превосходить предельного значения 1/n₀, установленного нормами. От действия распределённой нагрузки:

.

Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной h_min.