1. Особенности остовов зданий с плоскими безраспорными конструкциями из жестких материалов

Балки и фермы представляют собой несущие пролетные конструкции. Они располагаются обычно параллельно друг другу, поддерживая жесткий диск покрытия, и передают нагрузки на несущие стены или колонны, а через них на фундаменты и основания. Стены в местах опирания балок, ферм и других видов плоскостных несущих элементов при пролетах более 12—15 м обычно усиливают пилястрами. Устойчивость здания с покрытием, опертым на колонны, обеспечивают введением продольных и поперечных связей в виде стен жесткости, диагональных растяжек между колоннами (через 2—3 шага), жестких рам, включенных в общую конструктивную схему. Кроме того, в одноэтажных зданиях высотой до 10—12 м устойчивость может быть еще достигнута жесткой заделкой колонн в фундаменты, которые в этом случае должны быть рассчитаны и на восприятие ветровых нагрузок.

Высота балок и ферм и других плоскостных конструкций определяется обычно как отношение к пролету и зависит от жесткости и прочности материала, от нагрузок, воспринимаемых конструкцией, и от допускаемых прогибов, которые определяются строительными нормами и правилами для разных систем покрытий (обычно в границах от 1/200 до 1/300 пролета). Для современных высокопрочных материалов последнее условие — основное; поэтому принимать конструктивную высоту ниже указанных в учебнике границ без принятия соответствующих мер недопустимо. В качестве мер, применяемых для некоторого уменьшения конструктивной высоты плоскостных элементов, следует упомянуть жесткую заделку опор балочных элементов, устройство разгружающих консолей с внешних сторон опор, предварительное напряжение, создающее в конструкции обратный выгиб.

Деревянные большепролетные балки и фермы применяют в зданиях возводимых главным образом в сельских местностях и в местностях, богатых лесом. Клееные балки изготовляют из досок, уложенных плашмя на клею и зажатых до полного отвердевания клея струбцинами. Клееные балки длиной до 12 м имеют прямоугольное сечение, а более длинные — двутавровое. Высота их—1/10—1/12 пролета. К деревянным фермам можно причислить бревенчатые и брусчатые висячие стропила плотницкой работы. Деревянные фермы применяют для пролетов более 18 м и при условии соблюдения профилактических противопожарных мероприятий.

Железобетонные и стальные балки и фермы применяют в покрытии крупных помещений в одноэтажных гражданских зданиях и в верхних этажах многоэтажных зданий.

Предварительно напряженные железобетонные балки таврового и двутаврового сечений перекрывают пролеты 12 и 18 м . Высоту таких балок принимают от 1/10 до 1/12 пролета. При пролетах 18 и 24 м используют составные предварительно напряженные балки, которые монтируются на стройке из двух половин или из более мелких элементов. На концах балок в верхнем поясе размещают закладные детали, которые при монтаже сваривают. В нижнем поясе составных балок предусматривают каналы для пропускания арматуры.

Стальные балки, так же как и другие металлические конструкции: фермы, колонны, рамы, должны быть надежно защищены в случае возникновения пожара от непосредственного соприкосновения с огнем, так как металл под воздействием огня очень быстро теряет несущую способность, а это может вызвать обрушение всего покрытия. В этих целях стальную конструкцию в зданиях либо обетонивают, либо ограждают специальными бетонными плитами, несгораемыми подвесными потолками и т. п.

Очертания стальных ферм принимают двухскатные, с параллельными поясами и сегментные. Высота металлических ферм составляет обычно 1/6—1/10 пролета. Стальные фермы изготовляют в заводских условиях из прокатных профилей (уголков или швеллеров), соединенных обычно при помощи металлических / листов (косынок) на сварке. В сжатых элементах уголки располагают так, чтобы получить наиболее жесткое крестообразование или Т-образное сечение. Для пролетов более 30 м фермы выполняют из стальных профилей трубчатого или коробчатого сечения, что сокращает расход стали до 20—30% по сравнению с фермами из прокатных профилей. Недостатки стальных ферм — необходимость их периодической окраски и применения противопожарных мероприятий.

В ходе быстрого технического прогресса в нашей стране за последнее время широко освоено производство крупноразмерных сварных балок и ферм из алюминиевых сплавов, т. е. из алюминия с добавлением магния, меди, кремния и других составных частей. Основное преимущество таких конструкций в их сравнительно небольшом весе (2,7 т/м 3 против веса стали 7,85 т/м 3 ), а также коррозиестойкости и незначительном изменении прочности при больших падениях температуры.

По сравнению со стальными алюминиевые конструкции имеют и недостатки. Это — меньшая прочность коррозиеустойчивых алюминиевых сплавов сравнительно с прочностью стали, меньшая жесткость алюминиевых конструкций и их примерно в 5— 6 раз большая стоимость по сравнению с ценой стальных конструкций. Меньшая прочность и меньшая жесткость алюминиевых сплавов вынуждают несколько завышать высоту сечений у конструкций из этих материалов по сравнению с такими же конструкциями из стали.