Металлические балки. Классификация, конструкции. Балки

Балки представляют собой изгибаемые высокоплотные металлические изделия. Они имеют небольшую высоту, удобную конструктивную форму, отличаются простотой и умеренными затратами на производство. Все это позволяет широко применять металлические балки в различного рода перекрытиях, мостах, эстакадах и т. д.

Классификация балок

• По статической схеме. Различают консольные, разрезные и неразрезные балки. Наибольшей популярностью при строительстве металлических конструкций пользуются разрезные балки без защемления (т.е. свободно опертые). Защемленные и неразрезные отличаются большей сложностью при изготовлении и монтаже, но являются менее металлозатратными.

• По способу производства. Существуют составные и прокатные стальные балки. В зависимости от способа соединения элементов конструкции составные изделия подразделяются на сварные и клепаные. Наиболее распространены первые, так как процесс их производства не так трудоемок, а затраты металла относительно невелики. Применение клепаных балок происходит при строительстве конструкций, подверженных тяжелым динамическим или вибрационным нагрузкам.

• По количеству граней полок. По этому показателю балки делятся на тавровые и двутавровые. Первые имеют одну полку, вторые представляют собой профиль, в сечении напоминающий букву «Н». Двутавровые балки, имеющие параллельные или наклонные грани полок, обладают бóльшим показателем прочности на изгиб, чем однотавровые.

• По длине. Длина изготавливаемых металлических балок колеблется в диапазоне 4–13 метров. В зависимости от этого показателя всю произведенную продукцию разделяют на четыре подвида: мерную, немерную, кратную мерной и мерную с остатком в 5–15 % от общей массы всей партии изделий. При этом под остатком понимают двутавровое изделие длиной не менее 3 м.

Назначение

Металлические балки используются при строительстве многоэтажных гражданских и промышленных зданий в качестве перекрытия пролетов шириной 6–8 м. В процессе возведения одноэтажных зданий балки могут применяться в виде несущих покрытий пролетов в 18–24 м, путей подвесного транспорта и подкрановых балок. Помимо этого, в зданиях и сооружениях используются балочные клетки, которые состоят из перекрывающих основной пролет балок и вспомогательных изделий, опирающихся на них. Выбор балочной клетки определяется типом конструкции перекрытия: металлический настил, железобетонные плиты и т. д. Еще одним фактором, влияющим на использование этого типа балочных сооружений, является наличие потолка. Тип самой клетки всегда оригинален, так как зависит от конкретного варианта проектировки.

Балочные клетки. Балочные клетки

Для проектирования конструкций балочного перекрытия, проезжей части моста, рабочей площадки цеха или другой конструкции нужно выбрать систему несущих балок, называемую балочной клеткой.

Балочные клетки существуют трех типов: упрощенные, нормальные и усложненные 

В упрощенной балочной клетке нагрузка идет на перекрытие через настил на балки настила, и уже с них – на стены, которые ограничивают площадку. Балки, поддерживающие настил, приходится устанавливать довольно часто в связи с тем, что у настила небольшая несущая способность.

В нормальной балочной клетке сначала нагрузка идет с балок настила на главные балки, а за тем они передают нагрузку на опоры. Обычно балки настила принимают прокатными.

Усложненная балочная клетка содержит еще более многоступенчатую передачу нагрузки: настил опирается на балки настила, балки настила – на вспомогательные балки, а них – на главные. В усложненнойбалочной клетки нагрузка переходит на опоры длинным путем. Для снижения трудоемкости вспомогательные балки и балки настила принимаются прокатными.

Для выбора типа балочной клетки также нужно определиться с сопряжением балок между собой по высоте.

Сопряжение балок может быть этажным, в одном уровне и пониженным 

При этажном сопряжении  балки, поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Этот способ сопряжения балок наиболее прост и удобен в монтаже, но его следует применять при достаточной строительной высоте.

При сопряжении в одном уровне верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Тем самым увеличивается высота главной балки при строительной заданной высоте перекрытия, но этот способ усложняет конструкцию опирания балок.

К балочным клеткам усложненного типа применяют пониженное сопряжение Высота главной балки при заданной строительной высоте перекрытия достигается этим типом сопряжения, который схож с сопряжением в одном уровне.

К основным размерам балочной клетки по высоте и в плане относятся:

• полные размеры площадки,

• высота помещения под перекрытием,

• расстояния между промежуточными опорами-колоннами и отметка верха настила.

Такие размеры обычно задают архитекторы или технологи, следуя требованиям размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

На колонны опирают главные балки и размещают вдоль больших расстояний между ними.

Расстояние между балками, поддерживающими настила , устанавливается несущей способностью настила и бывает 0,6м - 1,6 м для стального и 2м - 3,5 м для железобетонного настила.

При определении пролетов балок при планировке балочной клетки, руководствуются следующими принципами: а) принцип экономичности, смысл которого заключается в наименьшей стоимости балочной клетки и поддерживающих ее опор.

Виды. Типы сопряжения балок.  Конструкция, представляющая собой совокупность несущих балок, называется балочной клеткой. Существует три типа балочной клетки: упрощенная, нормальная и усложненная.

     В упрощенной балочной клетке нагрузка передается через настил на балки, уложенные с шагом в одном направлении (обычно параллельном короткой стороне перекрытия), и далее на стены или другие несущие конструкции.

     В нормальной балочной клетке балки настила передают нагрузку на главные балки, расположенные параллельно длинной стороне ячейки перекрытия и опирающиеся на колонны, стены и другие несущие конструкции.

     В усложненную балочную клетку по сравнению с нормальной дополнительно вводят вспомогательные балки передающие нагрузку с балок настила на главные балки.

     Выбор типа балочной клетки тесно связан с вопросом сопряжения балок по высоте, которое может быть этажным, в одном уровне и пониженным. С точки зрения монтажа наиболее удобно этажное сопряжение, когда балки одного направления укладывают поверх балок перпендикулярного направления и фиксируют нерасчетными болтами. Однако такое соединение невыгодно из-за большой строительной высоты перекрытия, что приводит к увеличению объема здания.

     При сопряжении в одном уровне наружные поверхности верхних поясов балок настила и главных балок находятся в одной горизонтальной плоскости. Этот способ по сравнению с предшествующим позволяет увеличить высоту главной балки в пределах заданной строительной высоты перекрытия и уменьшить толщину настила благодаря опиранню по четырем сторонам (если отношение большей стороны к меньшей не превышает 2). Существенным недостатком является конструктивное усложнение взаимного примыкания балок.

     При пониженном сопряжении вспомогательные балки 3 примыкают к главной ниже ее верхнего пояса, а балки настила располагаются этажно по отношению к вспомогательным. Этот способ также позволяет иметь более высокую главную балку, но настил оказывается опертым лишь по двум сторонам. Пониженное сопряжение применяют только в усложненных балочных клетках.

     Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте — длину и ширину перекрытия, размеры ячейки, отметку верха настила и низа перекрытия — задают исходя из функционального процесса, протекающего в помещении.

Типы настилов по балочным клеткам. Балками называются конструкции сплошного сечения, длина которых значительно превышает размеры сечения. Балки работают на изгиб. Их применяют в конструкциях зданий, мостах, эстакадах и др. Наиболее рациональным является принимать сплошные балки при пролетах до 20 м.

 Типы балок

Основное сечение балок является двутавровое симметричное. В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные и составные - сварные, болтовые и клепанные.

Составные балки более трудоемки в изготовлении, чем прокатные. Их используют в том случае, если прокатные или гнутые профили не удовлетворяют условиям прочности, жесткости, устойчивости.

По статической схеме различают балки однопролетные и неразрезные.

Статические схемы балок