а - круглое, 1 = 0,125; б - прямоугольное, J>2 = 0,17; в - трубчатое, уЪ" 0,25; г - двутавровое, J>-0,42
Рис. 7.2. Сечения балок
• прокатных; б - тонкостенных гнутых; в - составных сварных; г - сварных с усилением на
высокопрочных болтах
балки, т.е. балки, сваренные из двух марок стали, а также балки предварительно напряженные, см. п. 7.6.
Чаще применяются балки однопролетные разрезные - они наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа. Однако по затрате металла они менее выгодны, чем неразрезные и консольные. Неразрезные балки благодаря наличию опорного момента, уменьшающего основные моменты в пролетах, более экономичны по затрате материала. Их большая чувствительность к изменениям температуры и осадкам опор, а также необходимость делать крайние пролеты меньше средних для сохранения постоянства сечения делают конструкции таких балок индивидуальными, немассовыми, а применение их - сравнительно редким.
7.1.2. Компоновка балочных конструкций. При проектировании конструкции балочного перекрытия, рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой.
Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный (рис. 7.3).
В упрощенной балочной клетке (рис. 7.3,а) нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок), и через них - на стены или другие несущие конструкции. Из-за небольшой несущей способности плоского настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах балок. При частом размещении длинных балок возникает противоречие между получаемой несущей способностью и требуемой жесткостью, что неэкономично. Поэтому в балочной клетке нормального типа (рис. 7.3,6) нагрузка с настила пере-
Ь<В
Рис. 7.3. Типы балочных клеток
а - упрощенный; 6 - нормальный; в - усложненный: I - балки настила; 2 - вспомогательные
балки; 3 - главные балки
дается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции. Балки настила обычно принимают прокатными.
В усложненной балочной клетке (рис. 7.3,в) вводятся еще дополнительные вспомогательные балки, располагаемые под балками настила и опирающиеся на главные балки. В балочной клетке этого типа нагрузка передается на опоры наиболее длинным путем. Для уменьшения трудоемкости изготовления балочной клетки балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.
Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте, определяющим строительную высоту перекрытия (расстояние между верхом и низом перекрытия). Сопряжение балок может быть поэтажное, в одном уровне и пониженное.
При поэтажном сопряжении (рис. 7.4,а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне (рис. 7.4,6) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.
Пониженное сопряжение (рис. 7.4,в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладывают балки настила, а на них и на главные балки укладывают настил. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.
Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т.е. полные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, высота помещения под перекрытием и отметка верха настила (разница между которыми, с учетом прогиба главной балки, определяют возможную строительную высоту перекрытия) обычно задаются технологами или архитекто-
Рис. 7.4. Сопряжения балок
а - поэтажное; б - в одном уровне; в - пониженное; Лстр - высота перекрытия; he - высота балки; Д - прогиб балки; 1-3 - то же, что на рис. 7.3; 4 - настил; 5 - железобетонные плиты
рами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.
Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний между ними.
Расстояние между балками настила а (см. рис. 7.3) определяется несущей способностью настила и обычно составляет 0,6-1,6 м при стальном и 2- 3,5 м при железобетонном настиле.
Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2-5 м; оно должно быть кратно пролету главной балки и меньше ширины площадки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, и они должны быть прокатными. Установив пролет главных балок и расстояние между балками настила, выбирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия. При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи усилий от нагрузки на опоры.
Таким образом, выбор рационального типа балочной клетки и типа сопряжений балок в ней зависит от многих факторов, и целесообразность выбора для данных конкретных условий может быть установлена только сравнением возможных вариантов конструктивного решения.
При свободной планировке балочной клетки, когда расстояние между промежуточными колоннами не задано или может быть очень небольшим, определение пролетов балок становится технико-экономической оптимизационной задачей, для решения которой могут быть использованы следующие принципы:
а) принцип полного использования несущей способности перекрывающей конструкции; в этом случае задаются наиболее удобным размером сечения балки (например, распространенным номером прокатного двутавра) и исходя
