В42. Проектирование балок покрытия

Железобетонные стропильные балки применяются для пере­крытия зданий небольшого и среднего по размерам пролета. Наиболее распространены стропильные балки пролетами 12 и 18 м, и несколько меньшем объеме – пролетами 6 и 9 м. Иногда встречаются балки пролетами 15 и24м. В действующие типовые чертежи включены балки пролетом до 18 м. Для пролета 18 м имеются также ти­повые железобетонные фермы. Выбор стропильных конструкций для этого пролета зависит от объемно-планировочных решений зданий на данной площадке и конкретных условий строительства. При проектировании зданий пролетом 12 м и менее всегда при­меняются железобетонные балки и выбор конструкции сводится к определению типа и марки.

Среди многообразия применявшихся типовых и эксперимен­тальных стропильных балок можно выделить следующие типы по их назначению и очертанию:

1) для скатных покрытий – двускатные: трапецеидального очертания с единым уклоном верхней полки от конька (рис. 6.1, а); полигональные с ломаным очертанием верхней пол­ки (рис. 6.1, б) и с криволинейным очертанием верхней полки или так наминаемые арочные (рис. 6.1, в);

2) для скатных покрытий – односкатные: постоянной высоты (рис. 6.2, и), с ломаным очертанием нижней полки (рис. 6.2, б), с ломаным очертанием верхней полки;

3) для плоских покрытий — постоянной высоты, с параллель­ными полками (рис. 6.2, в).

Для скатных покрытий применяются балки тавровые, двутавровые и прямоугольные; для плоских – двутавровые и прямо­угольные.

Различают также балки сплошные (со сплошной стенкой), с отверстиями в стенке и решетчатые, в которых участки стенки между отверстиями максимально сокращены (рис. 6.2, г).

Двускатные покрытия зданий с рулонной кровлей выполня­ются, как правило, с уклоном 1 : 12. Этот уклон был принят в течение ряда лет для разработки типовых железобетонных конст­рукций и фонарей для них, однако встречались уклоны 1 : 10 и 1 : 15.

Рис.6.1. Двускатные балки

а – с единым уклоном верхней полки; б – с переломом уклона верхней полки;

в – с криволинейным очертанием верхней полки

Р ис. 6.2. Балки односкатные и с параллельными поясами

а – таврового сечения; б – двутаврового сечения с ломаным очерта­нием нижней полки; в – двутаврового сечения с параллельными пол­ками (для плоских покрытий); г – прямоугольного сечения с отверстия­ми (решетчатая)

Балки пролетом 18 м и более проектируют полигонального очертания с одним переломом верхней полки в первой четверти пролёта; уклон на протяжении 3 м от опоры несколько больше обычного, а далее – 1 : 12. В таких балках более выгодно рас­пределен материал. Оптимально решение балок с криволиней­ным (практически с несколькими переломами) очертанием верх­ней полки. Такое решение предусматривалось в отдельных слу­чаях для балок пролетом 18 м и более.

Односкатные балки применяются в двухпролетных зданиях, в крайних пролетах многопролетных зданий и в пристройках.

Железобетонные балки разделяют па балки с обычной арма­турой и предварительно напряженные. Балки пролетом 12 м и более изготовляют предварительно напряженными.

Размеры балок покрытий тесно увязаны с габаритными раз­мерами здания в целом, размерами колонн, подстропильных кон­струкций, панелей стен.

Номинальным размером балки в том случае, если она зани­мает весь пролет с минимальным зазором, обусловленным вели­чиной допусков, является ее пролет, т. е. расстояние между ося­ми здания L₀. Номинальный размер балки, опирающейся на нижнюю полку подстропильных балок, – ее пролет за вычетом конструктивного интервала, т. е. номинального размера ширины стенки подстропильной балки (L₀ - Δ). Конструктивная длина балки l – длина от торца до торца – принимается равной номи­нальной длине за вычетом нормированного зазора δ, который устанавливается в соответствии с особенностями конструктивно­го решения узла сопряжения, способа анкеровки арматуры, ус­ловий монтажа и с величинами допусков:

;

Высота типовых балок и ферм на опоре принята равной 800 мм, что увязано с другими конструкциями зданий. В дальней­шем для увязки с модулем по высоте более удобной оказалась для сборных балок (и ферм) высота на опоре 600 или 900 мм. Для типовых балок с большим диапазоном нагрузок принята единая высота на опоре: для зданий со скатными кровлями — 900 мм, с плоскими кровлями— 1500 мм.

Сборные балки рассчитывают как свободно лежащие на двух опорах. Расчетный пролет принимают меньше пролета здания, для которого балка предназначена, с учетом деталей опирания балки на колонны. Для расчета балок с типовым опиранием про­лет принимается равным: , где L₀— номинальный пролет в м..

На рис. 6.3. показано армирование балки пролетом 18 м разной арматурой – стержневой (A-IIIв, A-IV) и проволочной.

Рис. 6.3. Армирование типовой предварительно напряженной двускатной

балки пролетом 18 м

а – опалубочно-арматурный чертеж; б – сечение со стержневой напрягаемой арматурой; в – то же с проволочной; г – то же с прядевой; д – то же со стержневой, натягиваемой электротермическим способом; 1– напрягаемая арматура; 2 – каркасы верхнего пояса; 3 – то же стенки; 4 – дополнительные стержни в коньке; 5 – хомуты; 6 – закладные детали; 7 – дополнительные каркасы опорного узла

Рис. 6.4. Две схемы сборных предварительно на­пряженных

балок пролетом 40 м

а – балка двутаврового сечения аудитории в Спрингфильде (США); б – балка коробчатого сечения текстильной фабрики в Брюгге (Бельгия)

Балки покрытия без предварительного напряжения вы­полняют из бетона классов В15, В20, а предварительно напряженные – В25—В40.

Ненапрягаемую продольную арматуру принимают из стали классов А-П, А-Ш, поперечную арматуру – из стали А-ПI, Вр-1, напрягаемую продольную арматуру – из стали класса А-Шв, А-1V, Ат-1V, Ат-V, Ат-V1, высоко­прочной проволоки и канатов.

Стенку балки армируют сварными каркасами, продоль­ные стержни которых являются монтажными, а поперечные обеспечивают прочность наклонных сечений; у опор они ставятся чаще. Для предотвращения образования продоль­ных трещин при отпуске натяжения арматуры в приопорных участках ставятся поперечные сетки (рис. 6.3). Для крепления панелей покрытия по верхней грани балок устанавливаются сталь­ные закладные детали.

Балки рассчитывают также по образованию, раскрытию и закрытию трещин в зависимости от категории требований к трещиностойкости сечений, нормальных и наклонных к продольной оси, и по деформациям. Рассчитывают также прочность и трещиностойкостъ балок в стадии изготовле­ния, транспортирования и монтажа.