19. Большепролетные плоскостные конструкции. Балки, фермы, арки и рамы.
Балки и фермы – это плоские безраспорные конструкции
Балки бывают двускатные, односкатные и горизонтальные.
Высота балки зависит от пролета, прочности материала, нагрузок и от допускаемых прогибов.
Деревянные балки бывают гвоздевые и клееные. Они могут иметь прямоугольное или двутавровое сечение. Высоту их принимают 1/10...1/12 пролета.
Железобетонные сборные балки бывают таврового (пролетом 6, 9 и 12 м) и двутаврового сечения (пролетом 12, 18 и 24 м). Балки пролетом 18 и 24 м могут выполняться составными, с облегченными стенками за счет отверстий и с предварительно напряженной арматурой нижнего пояса. Высоту железобетонных балок принимают от 1/10 до 1/12 пролета.
Металлические (стальные) балки имеют двутавровое сечение прокатного профиля или составного, выполненного на сварке.
Ферма – конструкция, состоящая из верхнего и нижнего поясов, которые соединяются вертикально и наклонно поставленными элементами — решеткой фермы. Вертикальные элементы решетки называют стойкими, наклонные — раскосами. Такая конструкция намного легче балки, а потому может перекрывать гораздо большие пролеты.
Фермы бывают односкатные, двускатные, с горизонтальным верхним поясом, сегментного очертания.
Деревянные фермы применяют пролетами 12-36 м.
Бывают из клееной и цельной древесины.
Железобетонные фермы изготовляют пролетами 18 и 24 м. Фермы могут быть составными из двух полуферм. Наибольшее применение нашли фермы с параллельными поясами и безраскосные фермы.
Рис. 103. Основные схемы ферм: а, в — полигональные с треугольной решеткой; б, г — двускатные с треугольной и перекрестной решеткой; d, e — сегментные безраскосные
а с раскосами; ж, з — с параллельными поясами с раскосами и безраскосная (балка Виранделя); и, к — треугольные с раскосами и безраскосная; л, м - треугольные с раскосной решеткой; к — шпренгельная с затяжкой; Ж-Б, М. Д, Д-М — индексы, обозначающие характерные схемы для железобетонных, металлических, деревянных и дерево-металлических ферм
Стальные фермы и фермы из алюминиевых сплавов применяют при пролетах 30 м и более. Все элементы ферм делают из прокатных профилей, (обычно из уголков), соединяемых на сварке металлическими листами (косынками. По металлическим фермам выгодно укладывать легкое покрытие (например, стальной штампованный настил) с эффективным утеплителем (пенопласт и др.
К распорным плоским конструкциям относятся арки и рамы.
Арка — это изогнутая балка с неподвижными опорами на концах.
В арке материал работает преимущественно на сжатие. Камень, основной строительный материал, хорошо работающий именно на сжимающие усилия, наиболее часто применяется для выполнения арок и сводов
Простая П-образная рама внешне похожа на стоечно-балочную систему
Современные арки и рамы выполняют из дерева, железобетона и металла. Они могут быть бесшарнирные, двухшарнирные (шарниры на опорах) и трехшарнирные (шарниры на опорах и середине пролета).
Деревянные рамы и арки, подобно балкам, выполняют гвоздевыми и клееными пролетом до 24 м.
Железобетонные рамы и арки выполняют двутаврового сечения пролетом до 40 м и решетчатыми — для больших пролетов.
Рамы могут быть однопролетными (рис. 3) и многопролетными, монолитными и сборными. Соединения сборных элементов делают в местах минимальных изгибающих моментов.
Металлические рамы и арки применяют сплошного (для пролетов до 60 м) и решетчатого сечения (для больших пролетов).
Рис.104 Плоские распорные конструкции:
а—в — рамы бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; г—е — арки бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; ж. 3 — рама и арка с разгружающими консолями; и — арка с затяжкой; L — пролет; h — высота рамы; f — стрела подъема арки; R- — радиусы кривизны верхней и нижней грани арки
Рис.105. Железобетонные рамы для однопролетных зданий:
а — разрез здания; б — полурамы для зданий пролетом 18 и 21 м; У — полурама, 2 — плита покрытия; 3 — полосовая сталь; 4—болт; 5 — шарнир; в—стеновая панель; 7 — столбчатый фундамент; S — фундаментная балка