6.2. Типи балок

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

,

де W – момент опору перерізу;

А – площа поперечного перерізу.

Якщо порівняти ядрові відстані деяких типів перерізів, наприклад круглого, прямокутного і двотаврового, то значення  рівне

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. Використовуються в основному в конструкціях під’ємно-транспортного устаткування.

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).

6.3. Компоновка балкових кліток

Балкова клітка – це система балок одного або декількох напрямків. Вона використовується при проектуванні покриттів та перекриттів будівель, робочих площадок під технологічне устаткування, пролітних конструкцій мостів та інших об’єктів. На балкову клітку вкладають несучий настил – стальний (листи), залізобетонний (плити) або дерев’яний (щити).

Схему балкової клітки вибирають залежно від значення і схеми розміщення навантажень, а також від типу настилу. При цьому виходять з умови мінімальної вартості конструкцій і мінімальної будівельної висоти перекриття або покриття, оскільки зайва будівельна висота тягне за собою збільшення загальної висоти будівлі і зростання витрат на стіни і опалення.

За схемою компоновки в плані розрізняють три типи балкових кліток:

1) спрощений тип.

Балки, на які опирається несучий настил, називаються балками настилу.

Використовуються балки одного напрямку, які розміщуються паралельно меншій стороні перекриття. Відстань між балками “а” називається кроком балок. Площа перекриття, з якої навантаження передається на одну балку, називається вантажною площею балки. Вона рівна: a l. Оскільки робочий настил має, як правило, невелику несучу здатність (оскільки його проектують достатньо тонким), то балки настилу розміщуються досить часто. При стальному настилі крок а = 0,6…1,6 м, при залізобетонному – а = 2…3,5 м.

Балки настилу проектують з прокатних двотаврів. Шлях передачі навантаження: з настилу на БН і далі на опори;

2) нормальний тип.

Використовуються балки двох напрямків: головні балки і балки настилу.

Балки, які перекривають основний проліт (більшу відстань між колонами), називають головними балками. На них опираються балки настилу, призначені для зменшення прольоту несучого настилу. Використовується при більших прольотах, коли використання спрощеної балкової клітки не раціонально.

Головні балки проектуються зі складених двотаврів.

Шлях передачі навантаження тут довший: з настилу на балки настилу, далі на головні балки і потім на колони чи інші опори;

3) ускладнений тип .

Відрізняється тим, що додатково вводяться другорядні балки (ДБ), які розміщуються між балками настилу і головними балками.

Другорядні балки виконують прокатними.

Навантаження передається найбільш складно: з настилу на балки настилу, далі на другорядні балки, на головні балки і на колони.

Крок другорядних балок а₁= 2…5 м і приймається кратним прольоту головних балок. Відповідно крок балок настилу повинен бути кратним прольоту другорядних балок.

При призначенні цих відстаней потрібно намагатися отримати мінімальну кількість другорядних балок і балок настилу, причому прокатних, а це досягається за умови повного використання несучої здатності настилу і балок.

Балки настилу в нормальній та ускладненій клітках можуть проектуватися нерозрізними. В деяких випадках балки обох напрямків проектують нерозрізними. Балкові клітки з нерозрізними балками обох напрямків називають системою перехресних балок.

За схемою компоновки балкової клітки по вертикалі розрізняють три типи сполучення балок між собою:

1. поверхове сполучення.

h₀ – будівельна висота.

Балки настилу вкладаються зверху на головні (або другорядні) балки.

Переваги: простота і зручність монтажу.

Недолік: сполучення вимагає найбільшої будівельної висоти;

2. сполучення в одному рівні.

Верхні кромки головних балок і балок настилу розміщуються в одному рівні, а на них одночасно опирається настил.

Перевага – зменшується будівельна висота.

Недолік – ускладнюється конструкція опирання балок настилу;

2. знижене сполучення.

Використовується в балкових клітках ускладненого типу.

Другорядні балки примикають до головних балок нижче рівня верхнього поясу. На них поверхово вкладаються балки настилу.

Переваги: сполучення дозволяє отримати найменшу будівельну висоту і одночасно найбільшу висоту головної балки при заданій будівельній висоті перекриття.

Недолік: найбільш складне сполучення в монтажному розумінні.

Основні розміри балкової клітки в плані і по висоті, як правило, задаються технологами або архітекторами, виходячи з вимог розміщення устаткування і зручної експлуатації приміщень. Наступний вибір раціонального типу балкової клітки і типу сполучення балок в ній здійснюється шляхом порівняння можливих варіантів конструктивного рішення . При цьому слід приймати найбільш простий тип балкової клітки з найбільш коротким шляхом передачі навантаження на опори.

При вільному плануванні балкової клітки, тобто коли відстань між проміжними колонами заздалегідь невідома, прольоти балок визначаються з двох умов:

1) з умови економічності, при якій виходять з того, щоб вартість балкової клітки і підтримуючих її опор була найменшою;

2) з умови повного використання несучої здатності балок. В цьому випадку задаються найбільш зручним розміром перерізу балки (наприклад, найбільш розповсюдженим номером прокатного двотавра) і, виходячи з діючого на неї навантаження, визначають відстань між балками або проліт, при якому несуча здатність цієї балки може бути повністю використана.