Безраспорные плоскостные несущие конструкции покрытий. Балки и фермы

Балки и фермы представляют собой основные виды безраспорных плоскостных конструкций.

Балки являются наиболее простыми несущими конструкциями и эффективно используются до достижения перекрываемого ими пролета определенной величины. Для железобетона этот предельный рациональный пролет составляет примерно 18 м для металлических—15 м, для деревянных— 12 м- Если пролет превышает указанные величины, целесообразно перейти на использование ферм. Хотя изготовление ферм и несколько сложнее, чем изготовление балок, но зато они обладают меньшей массой, что существенно влияет на расход материалов как для самих ферм, так же для опор и фундаментов, на которые фермы опираются. В то время как у балок материал распределен, но всему их сечению, у ферм он сосредоточен только в верхнем и нижнем поясах, в стойках и раскосах, которые эти пояса соединяют. Поэтому в отличие от балок, работающих на изгиб целым

своим сечением все элементы решетки фермы работают только на сжатие и растяжение, т. е. материал используется полнее, чем у балки.

На рис. XII.7 изображены схемы балок и ферм, которые наиболее часто применяются при покрытии одноэтажных зданий увеличенных пролетов. У каждой схемы указан материал, из которого данная конструкция изготовляется, оптимальные пролеты L и примерное отношение высоты конструкции h к пролету L. В тех случаях, когда указаны две величины отношения h/L, меньшую высоту конструкции следует принять там, где конструкция расставлена с шагом не более 6 м, большую высоту — там, где шаг конструкции превышает 6 м и, как правило, принимается 12 м. Интенсивность загружения тоже следует учитывать при определении высоты конструкции.

Следует заметить, что минимальная высота балок и ферм при современных высокопрочных строительных материалах ограничивается не столько несущей способностью конструкции, сколько ее допускаемыми прогибами под максимальными нагрузками. Поэтому произвольное уменьшение высоты конструкции, относительно того, что применяется на практике,

без дополнительных расчетов недопустимо.

Железобетонные балки заводского изготовления для пролетов 12, 15, 18 м получили наибольшее распространение благодаря экономному расходу металла, простоте монтажа и соответствия таких балок противопожарным нормам. Разработано несколько типов балок для горизонтальных и скатных с небольшим уклоном (до 1:5) покрытий . Сечение таких балок принимается прямоугольным (при L<12 м), тавровым или двутавровым (при L≥12 м ) (рис, XII.8). В последнее время разработаны типовые двускатные балки, которые при пролетах 12 и 18 м во всех своих частях имеют одну ширину, что упрощает их изготовление. Уменьшение массы таких балок достигнуто устройством в них сквозных отверстий, чем они приближаются к типу безраскосых ферм.

Железобетонные фермы изготовляют обычно сегментной прямоугольной или трапециевидной двускатной формы. Узлы верхнего пояса, на которые опираются ребра плит перекрытия размещаются вдоль фермы, как правило, с шагом 3 м. Ширина сечения всех частей каждой из ферм принимается одинаковой; варьируется лишь высота сечений отдельных элементов (определяется расчетом). Если длина фермы превышает 24 м, ее обычно проектируют из двух одинаковых частей, которые на строительстве соединяются воедино.

В последнее время чаще применяют типовые сегментные безраскосые фермы (рис. XII.9).

Стальные балки, используемые в покрытии, имеют обычно двутавровое сечение из прокатных профилей или для пролетов выше 12 м сварными из листа. Высоту сварных балок принимают 1/10-1/12 пролета, ширину полок 1/3 . 1!5 высоты, толщину вертикальной стенки 1/100 1/140 той же высоты, но не менее 8 мм. В балках длиной более 6 м устраивают ребра жесткости через каждые 1,5...2 высоты балки, располагая их под ребрами настила, укладываемого на балку.

Стальные фермы обычно применяют при пролетах 12... 18 м и выше (рис. XII.11). Очертание стальных ферм может быть достаточно разнообразно, однако чаще всего применяются фермы трапециевидные двускатные, с параллельными поясами и др.

Обладая большой жесткостью в своей плоскости, металлические фермы имеют совершенно недостаточную жесткость из этой плоскости; поэтому установленные с определенным шагом фермы должны быть надежно раскреплены в направлениях, нормальных к их плоскостям. В верхнем поясе фермы раскрепляются железобетонными плитами покрытия, привариваемыми к узлам верхнего пояса. В нижнем поясе и в вертикальной плоскости над опорами фермы раскрепляются металлическими связями (рис. ХН.12).

Помимо стали фермы могут быть также выполнены и из алюминиевых сплавов. Такие фермы имеют сравнительно небольшой вес, учитывая, что масса алюминиевых сплавов не превышает 2,7 т/м3 (у стали 7,85 т/м3). Кроме того, алюминиевые сплавы обладают коррозиестойкостью и не становятся хрупкими при температурах ниже — 50 °С (недостаток стальных конструкций при их применении на Севере). Однако прочность алюминиевых сплавов в 2... 3 раза ниже, чем у стали, а их цена выше, С учетом этих особенностей применение конструкций из алюминиевых сплавов в обычных условиях целесообразно только при больших пролетах или в северных районах с низкими температурами или в некоторых других условиях.