Belka Stalowa

Krok 1: Określenie założeń projektowych i schematu belki

Na początku określ parametry geometryczne belki: jej rozpiętość efektywną l_eff oraz sposób podparcia (np. belka swobodnie podparta, wspornik). Wybierz gatunek stali konstrukcyjnej (np. S235, S275, S355), który definiuje podstawowe właściwości wytrzymałościowe, w tym granicę plastyczności f_y oraz wytrzymałość na rozciąganie f_u. Dobierz wstępny kształtownik stalowy – najczęściej stosuje się profile dwuteowe typu IPE, HEB lub HEA.

Krok 2: Klasyfikacja przekroju poprzecznego

Eurokod 3 wymaga przypisania przekroju stalowego do jednej z czterech klas. Klasyfikacja zależy od stosunku szerokości do grubości ścianek elementów ściskanych (środnika i pasów) oraz od wartości parametru ε, który zależy od granicy plastyczności stali. Klasy 1 i 2 pozwalają na projektowanie plastyczne, klasa 3 wymaga analizy sprężystej, a klasa 4 oznacza przekrój smukły, w którym przed osiągnięciem granicy plastyczności wystąpi niestateczność miejscowa (wyboczenie lokalne ścianek).

Krok 3: Analiza obciążeń i obliczenie sił wewnętrznych

Zidentyfikuj obciążenia stałe (ciężar własny profilu, warstwy konstrukcyjne) oraz obciążenia zmienne (użytkowe, klimatyczne). Przeprowadź kombinatorykę obciążeń dla Stanu Granicznego Nośności (SGN) oraz Stanu Granicznego Przydatności do Użytkowania (SGP) z użyciem odpowiednich współczynników częściowych γ_G oraz γ_Q. Wyznacz maksymalny obliczeniowy moment zginający M_Ed oraz maksymalną obliczeniową siłę poprzeczną V_Ed.

Krok 4: Sprawdzenie Stanu Granicznego Nośności (SGN)

Zweryfikuj nośność przekroju na zginanie. Dla przekrojów klasy 1 lub 2 warunek nośności przyjmuje postać:

M_Ed / M_c,Rd ≤ 1.0

Gdzie M_c,Rd = W_pl · f_y / γ_M0 (W_pl to plastyczny wskaźnik wytrzymałości przekroju).

Następnie sprawdź nośność na ścinanie: V_Ed / V_c,Rd ≤ 1.0, gdzie V_c,Rd zależy od pola powierzchni ścinaniaśrodnika A_v. Jeśli siła poprzeczna jest duża (V_Ed > 0.5 · V_c,Rd), musisz uwzględnić wpływ ścinania na redukcję nośności momentu zginającego.

Krok 5: Ocena niestateczności ogólnej (Zwichrzenie)

Belki stalowe poddane zginaniu są podatne na zwichrzenie, czyli boczne wyboczenie pasa ściskanego połączone ze skręceniem profilu. Oblicz krytyczny moment zwichrzenia M_cr, a następnie względną smukłość na zwichrzenie λ_LT. Na tej podstawie wyznacz redukcyjny współczynnik zwichrzenia χ_LT. Warunek nośności elementu na zwichrzenie wyraża się wzorem:

M_Ed / M_b,Rd ≤ 1.0

Gdzie M_b,Rd = χ_LT · W_pl · f_y / γ_M1. Jeśli pas ściskany jest zablokowany przed przesunięciem bocznym (np. przez opartą na nim płytę stropową), zwichrzenie można pomiąć.

Krok 6: Sprawdzenie Stanu Granicznego Przydatności do Użytkowania (SGP)

Ostatnim etapem jest kontrola sztywności belki. Oblicz maksymalne ugięcie sprężyste w_max wywołane obciążeniami charakterystycznymi (z uwzględnieniem podziału na ugięcie od obciążeń zmiennych w₃ oraz ugięcie całkowite w_tot). Sprawdź, czy obliczone wartości nie przekraczają ugięć granicznych w_lim zdefiniowanych w normie lub wymaganiach projektowych (najczęściej l/250 lub l/350 rozpiętości belki):

w_max ≤ w_lim