Общая характеристика балок и балочных клеток.
По статической схеме балки бывают: разрезные, консольные, неразрезные.
Наиболее распространенные разрезные свободно опертые балки. Неразрезные балки и однопролетные защемленные экономичнее по расходу металла, но значительно сложнее в изготовлении и монтаже. По типу сечения балки различаются на: прокатные, прессованные из алюминиевых сплавов и составленные. Наиболее простыми и дешевыми являются прокатные балки из двутавров или швеллеров. К их применению следует всегда стремиться из-за ограниченного сортамента прокатных балок.
Большие балки выполняются составного сечения. По способу соединения составные балки разделяются на сварные и клепанные.
Клепаные конструкции применяются под тяжелые динамические или вибрационные нагрузки. Составные балки проектируются, как правило, двутаврового сечения. При внецентренном приложении нагрузки применяются балки коробчатого сечения. Такие балки хорошо работают на кручение. Относительно горизонтальной оси сечение балки может быть симметричным и несимметричным. Экономичным решением для составных балок является компоновка их сечения из элементов с разными марками стали. Стенка балки, работающая на изгиб с небольшим напряжением, выполнена из менее прочной стали, а пояса балки - из низколегированной стали.
Используются предварительного напряженные балок, в которых, в результате внутреннего перераспределения напряжения и применения напрягающих элементов из высокопрочной стали, достигается существенная экономия металла. Существуют бистальные конструкции. Система несущих балок, образующих конструкцию перекрытия, рабочих площадок, проезжей части мостов и так далее, называется балочной клеткой. В зависимости от расчетной нагрузки и размеров в плане балочной клетки могут быть 3-ёх типов:
упрощенные
нормальные
3) усложненные.
Сопряжение балок в клетки может быть:
1) этажное
2) в одном уровне
пониженные.
Компоновка балочных клеток.
Расстояние между балками настила определяется несущей способностью настила и обычно бывает 0,6 -1,6 метра при стальном и 2 - 3,5 метра при железобетонном настиле.
Расстояние между вспомогательными балками от 2 до 5 метров и должно быть кратно пролету главной балки. При выборе этого расстояния стремятся получить минимальное число вспомогательных балок, причем прокатных. Балочную клетку компонуют таким образом, чтобы общее число балок было минимальным, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжение между балками - простое. Целесообразность выбора определяется технико-экономическим сравнением вариантов. При свободной планировке балочной клетки, когда расстояние между колоннами не задано определение пролётов балок становится технико-экономической задачей, для решения которой используются следующие принципы:
1) полное использование несущей способности перекрывающей конструкции. В этом случае задаются наиболее удобным размером сечения балки и, исходя из действующей на неё нагрузки, определяют расстояние между балками или пролет, при котором эта балка может быть полностью использована. Этот пролет может быть заменен в сторону уменьшения при увязке размеров всей балочной клетки. С размерами одной её ячейки и увязки с шагом и пролетом смежных основных конструкций, исходя из требований типизации и унификации на конструкциях.
2) экономичности - этот принцип широко применен в мостостроении, определяет оптимальный по стоимости пролет главной балки при условии равенства стоимости перекрывающей и поддерживающей конструкции:
,
Соп – стоимость опоры,
Сб – стоимость балки,
n - количество балок, опирающихся на опору.