Балки и балочные конструкции

Общие соображения
Область применения балочных конструкций:
Перекрытия и покрытия промышленных и гражданских зданий пролётом до 18 м;
Подкрановые балки и пути подвесного транспорта;
Мосты, эстакады.
Балка является простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб.

Статические схемы балок
Разрезные балки
Неразрезные балки
[+] Удобство монтажа
[+] Снижение расхода материалов
[−] Чувствительность к осадке опор
Инвестиционные и страховые риски для статически неопределимых конструкций меньше, чем для статически определимых

Типы сечений балок
Для элемента, изгибаемого в одной плоскости, наиболее эффективным является двутавровое сечение, так как оно характеризуется наибольшим значением радиуса ядра сечения ρx
 Ядро сечения – это некоторая область вокруг центра тяжести сечения, внутри которой можно располагать точку приложения продольной силы, не вызывая в сечении напряжений разных знаков.
Швеллерное сечение при плоском изгибе является менее эффективным. Его целесообразно применять в балках, работающих на косой изгиб (например, для прогонов скатных кровель).
Неправильная установка ?

Прокатные и составные балки
По способу изготовления балки могут быть прокатными и составными.
 Прокатные балки (1) выполняются из прокатных профилей сортамента.
 Составные балки применяются, когда в сортаменте не оказывается профиля, способного воспринять действующую нагрузку:
Сварные балки (2) из трёх листов, соединённых автоматической сваркой;
Балки из элементов, соединённых болтами или заклёпками (3), применяются при действии значительных динамических нагрузок;
Балки с перфорированной стенкой (4), применяются при больших пролётах и сравнительно невысоких нагрузках.
(1) (2) (3) (4)

Балки с перфорированной стенкой
Балки с перфорированной стенкой получают путём разрезания прокатного двутавра ломаной линией в продольном направлении и последующей сваркой.
сварка
линия разреза

Проверка прочности балок
с1 и 1,15 – коэффициенты, учитывающие развитие пластических деформаций; для прокатных балок с1 = 1,12;
проверка по приведённым напряжениям производится только для составных балок.

Проверка жёсткости балок
(расчёт по прогибам)
Для свободно опёртой балки, загруженной равномерно распределённой нагрузкой фактический прогиб
Прогиб балки f от действия нормативной нагрузки qn не должен превышать предельно допустимой величины fult, назначаемой по табл. 19 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия:

Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок
потеря местной устойчивости стенки от совместного действия σ и τ
совместная потеря местной устойчивости полки и стенки от действия σ
главные сжимающие напряжения
σmax
σmax
bef
tf
bf
tf
tw
hw
h
≈ hw
≈ 0,6hw
≈ hw
tr
a ≤ 2hw
br
60
40
0,7h
поперечные рёбра жёсткости
продольные рёбра жёсткости
сж.
раст.

Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок
Потеря местной устойчивости элементов составной балки проявляется в виде их выпучивания в местах действия наибольших сжимающих напряжений.
 Местная устойчивость полки обеспечена, если соблюдается условие:
Стенку балки необходимо укреплять поперечными рёбрами жёсткости, если условная гибкость стенки λw > 3,2 (п. 7.10 СНиП II-23-81*);
Местная устойчивость стенки, укреплённой рёбрами жёсткости, обеспечена, если λw ≤ 3,5 (п. 7.3 СНиП II-23-81*);
bef – свес полки;
tf – толщина полки;
hw – высота стенки;
tw – толщина стенки.
tf
bef
hw
tw

Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок
Способы повышения местной устойчивости поясов и стенок:
 Местную устойчивость полки обеспечивают корректировкой её геометрических размеров (увеличением толщины и уменьшением свеса);
 Местную устойчивость стенки обеспечивают не увеличением её толщины, а установкой поперечных и продольных рёбер жёсткости по направлениям возможных волн выпучивания.
bef – свес полки;
tf – толщина полки;
hw – высота стенки;
tw – толщина стенки.
tf
bef
hw
tw
Условие проверки местной устойчивости стенки:
σ, τ – напряжения, действующие в расчётной точке;
σcr, τcr – критические напряжения, зависящие от расчётных сопротивлений материала, размеров отсека и толщины стенки.

Сопряжение балок с колоннами
Сопряжение балок с колоннами
Опирание сверху
Передаёт только вертикальную опорную реакцию
Шарнирное
Примыкание сбоку
Жёсткое
Передаёт вертикальную опорную реакцию и изгибающий момент
F = M / h
h
α
F
M

Сопряжение балок с колоннами:
опирание сверху
10
20
1
1
1
1
20
20
1 - 1
1 - 1
Монтажные болты
Опорное ребро
Торец строгать
Рёбра жёсткости в местах передачи опорных реакций
Вариант 1
Вариант 2
Монтажные болты

Сопряжение балок с колоннами:
опирание сверху

Сопряжение балок с колоннами:
примыкание сбоку
Шарнирное
Жёсткое

Сопряжение балок между собой