Балки. Основные положения.

Расчет сжатых элементов

Для сжатых элементов (колонн) расчет начинают с определения приведенного относительного эксцентриситета m_ef. Если m_ef ≤20, расчет на прочность ведут по формулам центрального сжатия, если m_ef >20, то элементы на прочность рассчитывают на действия осевой силы с изгибом.

(6.5)

где η – коэффициент влияния формы сечения, зависит от формы сечения элемента и условной гибкости , определяется согласно СНиП – «Стальные конструкции»; m – относительный эксцентриситет.

 

где λ – гибкость элемента;

Е – модуль упругости стали, Е =2,06∙10⁵ МПа;

е – эксцентриситет;

А – площадь сечения;

W_с – момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна.

 

μ – коэффициент приведения длины элемента, зависит от расчетной схемы, для колонны одноэтажного промышленного здания равен 0,7;l – длина элемента; i – радиус инерции сечения.

 

где M, N – расчетные значения изгибающего момента и продольной силы в опасном сечении.

Расчет на прочность элементов, подверженных центральному сжатию силой N, следует выполнять по формуле

(6.10)

где А_n – площадь сечения.

Расчет по формуле (6.10) ведут для сечений, в которых продольная сила принимает максимальное значение.

Расчет на прочность внецентренно-сжатых элементов при m_ef>20 следует выполнять по формуле:

(6.11)

Обычно на колонны изгибающий момент действует только в одной плоскости, т.е. M_y=0.

Расчет по формуле (6.11) ведется для сечений, в которых имеет место наиболее неблагоприятное сочетание изгибающего момента и продольной силы.

Расчет на устойчивость элементов постоянного сечения, подверженных центральному сжатию силой N, когда M=0, следует выполнять по формуле

(6.12)

где φ – коэффициент, определяемый согласно СНиП – «Стальные конструкции».

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, выполнять по формуле

(6.13)

где φ_e – коэффициент, определяемый согласно СНиП – «Стальные конструкции».

Расчет по формулам (6.12), (6.13) ведется для сечений, в которых продольная сила максимальна. Расчет на устойчивость для сплошностенчатых стержней при m_ef >20 следует выполнять как для изгибаемых элементов по формуле (6.11).

 

Различают балки прокатные (из двутавров или швеллеров) и со­ставные – сварные или клепаные (из листов и уголков). Балочная клетка представляет собой систему пересекающихся несущих балок, предназначенных для опирания настила перекрытий. В зависимости от схемы расположения балок балочные клетки разделяют на три типа (рис. 7.1): упрощенные, нормальные и усложненные. В упро­щенной балочной клетке (рис. 7.1, а) нагрузка от настила переда­ется непосредственно на балки, располагаемые обычно параллельно короткой стороне перекрытия, затем на вертикальные несущие кон­струкции (стены, стойки и др.). В балочной клетке нормального ти­па (рис. 7.1, б—г) балки настила опираются на главные балки, а те, в свою очередь, на колонны или другие несущие конструкции. В ус­ложненной балочной клетке (рис. 7.1, д) балки настила опираются на вспомогательные балки, которые крепятся к главным балкам.

Балки настила и вспомогательные балки обычно проектируют прокатными, а главные балки могут быть как прокатными (больших профилей), так и составными. Взаимное расположение балок в ба­лочной клетке может быть различным: этажное (рис. 7.1,6), в од­ном уровне (рис. 7.1, б) и пониженное (рис. 7.1, г). Тип балочной клетки выбирают в зависимости от назначения перекрытий путем анализа различных вариантов, имея при этом в виду минимальный расход металла, соответствие конструкции технологическим требо­ваниям и условиям эксплуатации. Генеральные размеры балочной клетки в плане и по высоте (расстояние между колоннами или сте­нами, отметка верха настила, высота помещения, разме­ры технологических отверстий и т. д.) обычно определяются проект­ным зданием. Размеры сечения балок устанавливают расчетом.

Главные балки устанавливаются в увязке с расстановкой колонн. Балки настила и вспомогательные балки располагают с учетом рас­становки оборудования и в зависимости от типа настила и нагрузки.