Расчет и конструирование главной балки

Главная балка

Каркасы зданий состоят из множества элементов, которые можно разделить на главные и второстепенные.

Сварные главные балки относятся к первой группе конструкций, они испытывают самые большие напряжения и могут подвергаться как динамическим, так и статическим нагрузкам. В большинстве случаев подобрать по сортаменту главную балку не удается, так как в сортаменте представлены небольшие по запасу прочности сечения, поэтому главная балка разрабатывается как составная.

Главная балка состоит из трех частей:

• верхняя полка;
• нижняя полка;
• стенка.

Рисунок 1. Пример чертежа главной балки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Эти три элемента задают габариты сечения, нам важно знать толщину стенки и высоту стенки, ширину полки и толщину пояса. Полки могут иметь одинаковую ширину или разную, в таком случае разные пояса рассчитываются по отдельности. Полки и стенка соединены сваркой или болтами, без надежного соединения они под действием нагрузки потерялись бы устойчивость. При нагружении балки в сварных швах возникают касательные напряжения, важно определить максимальное срезающие усилие и проверить выдержит ли балка приложенную нагрузку.

Главная балка может быть выполнена как из металла, так и из железобетона или из дерева. Выбор материала для главной балки зависит от основных решений каркаса. При разработке эскиза архитектору необходимо правильно показать примерную высоту балки исходя из размера пролета. Зная материал можно использовать пропорции, так для металлической балки высота сечения составит одну восьмую- одну четырнадцатую от пролета. В железобетоне отношение минимальной высоту балки к пролету составляет один к двадцати. Для клееной древесины высота балки сплошного сечения составит одну семнадцатую от пролета.

Для того чтобы назначить минимальную высоту необходимо учесть конструктивные особенности (строительная высота перекрытия), нагрузку, характер нагружения, класс стали, материалоемкость, максимально допустимый прогиб. Оптимальная высота балки выбирается исходя из экономических соображений. В главной балке важна ее масса, при изменении геометрических размеров балки меняется и масса. При этом при увеличении высоты балки, увеличивается масса стенки, и уменьшается масса поясов.

Максимально возможная высота балки определяется как разница отметок пола площадки, отметки габарита помещения и толщины настила.

Расчет и конструирование главной балки

К расчету главных балок приступают после расчета настила и второстепенных балок, поскольку необходимо точно учесть их вес. Постоянная и временная нагрузка от второстепенных балок равна шагу главных балок. При расчете главная балка рассматривается как однопролетная с шарнирным закреплением на опорах. Грузовую площадь определяем по компоновочной схеме.

Этап конструирования заключается в поиске обосновании решения, при котором сечение балки будет обеспечивать жесткость, прочность и устойчивость в заданных условиях и потребуется минимальный расход материала и минимальная стоимость изготовления.

В общем виде можно выделить 5 этапов расчета составных балок:

• подсчет нагрузок и определение усилий в сечениях;
• конструирование сечения;
• выполнение проверок подобранного сечения;
• проверка местной устойчивости элементов;
• конструирования сопряжений, расчет соединений и узлов.

Рисунок 2. Типы главных балок из железобетона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В зависимости от условий конструирования, может быть по-разному выполнено опирание главной балки на колонну. Главная балка может опираться на колонну сверху или примыкать к ней сбоку. Опорное ребро может располагаться как у края, так и на некотором отдалении.

Расчет поясных швов главной балки ведется на прочность по металлу шва и по металлу границы сплавления. Минимальные и максимальные значения катета приведены в СП 16.13330. Если соединение между стенкой и полкой предусмотрено на заклепках, то используется дополнительный соединительный элемент по типу уголка.

После выбора типа опирания переходят к расчетам опорного ребра. Изначально задают один из линейных размеров, чаще всего ширину ребра. Затем задается высота ребра. Требуемая площадь находится из условия смятия опорной поверхности.