V. Основні поняття про балки та балкові конструкції

5.1. Загальна характеристика балок

Балками називають несучі елементи, які працюють на поперечний згин.

Балки – найбільш масові будівельні елементи. Вони призначені для сприйняття навантажень, прикладених в прольоті, і передачі їх на опори. Необхідну жорсткість балці на згин надають горизонтальні елементи – пояси. Опір перерізу зсуву, що виникає від дії поперечних сил, забезпечує вертикальна стінка, яка з’єднує пояси. Іншими словами, якщо в перерізі балки від дії зовнішнього навантаження виникають згинаючий момент і поперечна сила, то момент (нормальні напруження ) сприймається в основному поясами, а поперечна сила (дотичні напруження ) – стінкою.

Балки широко використовують в конструкціях промислових та цивільних будівель, в балкових клітках, міжповерхових перекриттях, мостах, естакадах, в підкранових балках та інших спорудах.

Основні переваги балок перед іншими несучими конструкціями перекриття:

1. простота конструкції;

2. мала трудомісткість виготовлення та монтажу;

3. надійність в роботі;

4. порівняно невелика вартість.

Балки раціонально проектувати про прольотах до 20 м. При більших прольотах більш економічними стають наскрізні конструкції – ферми.

За статичною схемою (рис. 5.1.) балки поділяють на: 1) однопролітні; 2) багатопролітні розрізні; 3) багатопролітні нерозрізні; 4) шарнірно-консольні.

В практиці будівництва найчастіше використовують розрізні балки, оскільки їх просто монтувати. Однак за витратами сталі вони менш вигідні, ніж нерозрізні. За рахунок чого? В нерозрізних балках виникають моменти на опорах, які розвантажують основні моменти в прольотах. Таким чином, розрахункове значення згинаючого моменту в нерозрізних балках менше аналогічного в розрізних, що призводить до економії сталі. Недоліком нерозрізних балок є більша чутливість до просідань опор і зміни температури.

1)

2)

3)

4)

Рис. 5.1. Поділ балок за статичними схемами: 1) однопролітні;

2) Багатопролітні розрізні; 3) багатопролітні нерозрізні; 4) шарнірно-консольні

5.2. Типи балок

Мірою вигідності, тобто ефективності перерізу балок, як конструкцій, що працюють на згин, є ядрова відстань

, (68)

де W – момент опору перерізу;

А – площа поперечного перерізу.

Ядрові відстані  деяких типів перерізів, наприклад круглого, прямокутного і двотаврового, наведені на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Ядрові відстані деяких типів перерізів

З порівняння видно, що  для двотаврового перерізу в 2 рази більше прямокутного перерізу, і в 3 рази – круглого.

Таким чином, основним типом перерізу балок є двотавровий симетричний переріз, при якому витрати сталі мінімальні.

Розрізняють наступні основні типи перерізів балок:

1) прокатні

2) складені одностінчаті (з трьох окремих листів)

3) складені двостінчаті (коробчаті) – мають значну просторову жорсткість і добре працюють на кручення.

Це три основні типи перерізів балок. При цьому прокатні двотаврові профілі є найбільш економічними, оскільки їх вартість на 25…30% менша вартості складених двотаврів.

Крім названих використовуються також балки з гнучкою стінкою, балки з перфорованою стінкою, балки з гнутих профілів, попередньо напружені, бістальні балки (з двох різних марок сталі).