Балочные клетки

1. Общие сведения.

Балочной клеткой называется система перекрестных балок, предназначенная для опирания настила при уст­ройстве перекрытия над какой-либо площадью,

Балки, опирающиеся на стены или колонны, называ­ются главными. На главные балки опираются попереч­ные балки, которые служат опорами для продольных ба­лок. Поперечные и продольные балки часто называют второстепенными или вспомогательными. Продольные балки поддерживают настил (железобетонный или сталь­ной). По настилу иногда еще устраивается пол. Полы бывают деревянные, асфальтовые, клинкерные, чугун­ные и др. (в зависимости от технологии производства).

Балочные клетки применяются очень часто, напри­мер в междуэтажных перекрытиях, для внутрицеховых рабочих площадок, в проезжей части мостов и др. Раз­личают следующие типы балочных клеток: а) упрощен­ная (имеются только главные балки); б) нормальная (состоит из главных и поперечных вспомогательных ба­лок); в) усложненная (имеются все три типа балок).

Нагрузку на любой элемент балочной клетки определяют по ве­личине c соответствующей этому элементу грузовой площади. Напри­мер по рис. а) для поперечной балки A₁=al; б) для главной балки A₂=Ll; в) для колонны A₃=Ll. Нагрузка иа 1 м длины будет: а) для поперечной балки q₁A₁:l=q₁a; б) для главной балки q₁A₂:L=q₁l,

где q₁ — суммарная нагрузка на 1 м²; l — пролет поперечной балки; L — пролет главной балки; а — шаг поперечных балок.

Нагрузками для балочных клеток являются: а) соб­ственная масса строительных конструкций; б) вес полез­ной нагрузки и стационарного оборудования; в) вес под­вижного оборудования (кранов) и средств железнодо­рожного и автотранспорта. Принимаются следующие ко­эффициенты надежности по нагрузкам (соответственно): a) γ_f =1,l: б) γ_f =1,2; в) γ_f =1,3. Кроме того, для элементов, непосредственно воспринимающих динамическую; нагрузку, учитывается динамический коэффициент

2. Порядок проектирования балочной клетки: а) сбор нагрузок, разработка вариантов и выбор оптимальной схемы; б) расчет настила; в) расчет вспомогательных балок;

г) предварительный подбор сечения главной бал­ки, при этом решается вопрос о выборе типа сопряже­ний балок; д) окончательный расчет главной балки; е) расчет колонны; ж) ра­счет сопряжений балок.

Все расчеты должны иллюстрироваться схемами и эскизами настолько подробно, чтобы на основании их конструктор мог разработать чертежи без консультаций с автором расчета.

3. Типы настилов. Железобетонные настилы бывают: а) из сборных железобетонных плит; б) из монолитного железобетона;

в) сталежелезобетонными из монолитных или сборных железобетонных плит, объединенных с бал­ками. Расчет и конструирование желе­зобетонных плит детально излагаются в курсе железо­бетонных конструкций.

2.5 Типы колонн

1. Колонной называется вертикальный стержень, работающий на сжатие и передающий давление на фундамент (или на нижележащие части сооружения, если колонна многоярусная). Колонна состоит из двух частей: стержня (или ствола), башмака (или базы) и оголовка.

Колонны широко применяются во всех видах сооружений: в промышленном строительстве – в качестве элементов каркаса цехов и опор рабочих площадок, в гражданском строительстве — в качестве вертикальных элементов каркасов многоэтажных зданий и опор боль­шепролетных покрытий, в мостостроении — для опор эстакад и т. д.

Металлические колонны, как правило, выполняют из стали. Алюминиевые сплавы в сжатых элементах рабо­тают плохо из-за малого модуля упругости Е, поэтому колонны из алюминиевых сплавов применяют в исклю­чительных случаях (например, в сборно-разборных кон­струкциях, при строительстве в труднодоступных рай­онах и т. п.). Колонны из чугунных труб, которые ранее широко использовались, в настоящее время не упот­ребляются.

В качестве соединений для колонн применяют сварку. Ранее широко применялись клепаные колонны, в насто­ящее время ведутся работы по освоению клеевых соеди­нений.

Колонны

а) основные элементы; б) соединительная решетка из уголков; в) то же из планок; г, д) диафрагмы в сквозных колоннах; е) деформации колонны при отсутствии диафрагм

2. Классификация стальных колонн: а) по характеру работы — центрально- и вненентренно сжатые; б) по конструктивной форме — постоянного сечения, суживающиеся кверху (переменного сечения) и ступенчатые; в) по типу сечения — сплошные и сквозные. Сквозные колонны состоят из отдельных ветвей, объединенных «соедини­тельной решеточкой» из уголков или планок в единое целое. Если ее не поставить, то каж­дая ветвь будет работать самостоятельно и быстро по­теряет устойчивость. Соединительная решеточка из пла­нок имеет меньшую трудоемкость и красивее выглядит, но менее жестка, чем соединительная решеточка из угол­ков. В широких колоннах последняя оказывается легче, поэтому ее предпочитают при ширине колонны более 0,8 - 1 м.

Выпучивание сжатого элемента происходит перпендикулярно той оси попереч­ного сечения, для которой гибкость λ=l_ef /i больше. Ес­ли гибкость в обеих плоскостях одинакова – λ_x=λ_y, то стержень называется равноустойчивым, а форма его се­чения является самой выгодной (для данного случая). Исходя из этого критерия можно сравнить рациональ­ность поперечных сечений колонн различных типов.

Самая простая колонна — из прокатного двутавра, обычного или широкополочного. Из-за ограниченности сортамента двутавров такое решение возможно только для небольших и средних колонн. Для прокатного двутаврового сечения i_x>i_y, поэтому оно может быть вполне рационально лишь в случае различия между свободными длинами колонны в разных плоско­стях.

Типы сечений центрально-сжатых колонн

а-з) сплошного сечения

и-м) сквозного сечения

Наиболее часто применяются колонны с сечением в виде сварного двутавра из трех листов. При l^x_ef =l^y_ef для равноустойчивости сечения необходимо, чтобы ширина полок была больше высоты стенки. На практике ради удобства сварки эти размеры принимают примерно рав­ными.

В сварном крестовом сечении из трех листов i_x=i_y. Однако при одинаковых габаритах оно об­ладает меньшим радиусом инерции, чем двутавровое сечение. Трубчатое и замкнутое квадратное сечения об­ладают наибольшим радиусом инерции и поэтому очень выгодны при работе на сжатие. Колонны из готовых замкнутых профилей самые экономичные по расходу стали. Но из-за дефицитности таких профи­лей это решение применяется редко. Замкнутые состав­ные сечения более трудоемки, но выпол­няются из менее дефицитных швеллеров и уголков.

В сквозных колоннах расстояние между ветвями на­значается так, чтобы сечение получилось равноустойчивым. Сквозные колонны обычно проектируют из двух швеллеров, расположенных полками внутрь. Сечение из швеллеров полками наружу хуже, так как увеличивается расход металла на планки. Если площадь швеллеров оказывается недостаточной, сечение -компонуют из двутавров.

Сечение из четырех уголков применяют для очень легких и высоких колонн.

При сравнении сплошных и сквозных колонн выяв­ляется, что первые менее трудоемки в изготовлении, об­ладают большей жесткостью, но при значительной ши­рине требуют увеличения расхода металла. Сквозные колонны применяют: для основных колонн промышлен­ных зданий — при ширине колонны 1000 мм и более; для колонн рабочих площадок — при ширине сечения более 600 мм.