Железобетонные балки покрытий
Железобетонные балки покрытий относятся к поперечным стропильным конструкциям. При шаге колонн 6 м поперечные стропильные конструкции устанавливают непосредственно по колоннам. Для шага колонн 12 м разработаны две конструктивные схемы. В первой схеме (см. рис. 10.1, б) предусмотрены подстропильные конструкции, устанавливаемые по колоннам вдоль здания, на которые опираются стропильные конструкции (фермы и балки), перекрывающие поперечные пролеты здания и располагаемые через 6 м. Эта схема применяется главным образом в зданиях, имеющих подвесное подъемно-транспортное оборудование или подвесные потолки. Во второй схеме (см. рис. 10.1, а) стропильные конструкции устанавливают непосредственно на колонны через 12 м, а пролет между ними перекрывают плитами длиной 12 м. Эту схему применяют в зданиях с опорными кранами (или без них), но при отсутствии подвесного транспорта. Вторая конструктивная схема покрытия по сравнению с первой позволяет значительно сократить затраты труда на изготовление и монтаж конструкций при практически одинаковых расходах материалов.
При шаге колонн 18 м покрытие выполняют только по первой конструктивной схеме (см. рис. 10.1. б).
Стропильные балки перекрывают обычно пролеты до 24 м, при шаге 6 или 12 м, причем при пролетах до 18 м балки покрытий как по расходу материалов, так и по трудоемкости оказываются более экономичными, чем фермы. Балки покрытий бывают двускатными, односкатными и с параллельными горизонтальными поясами. Наиболее распространены двускатные балки. Балки покрытий могут выполняться только с продольной напрягаемой арматурой (продольное обжатие бетона) или же с непрерывным армированием (продольное и поперечное обжатие бетона). Они армируются проволочной, прядевой, пучковой или стержневой арматурой классов A-IV, Вр-11, К-7 (рис. 10.10, а).
Для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже балок ширина верхней сжатой полки принимается равной около (1/50... 1/60) l. Толщина вертикальной стенки принимается равной не менее 60...80 мм, что необходимо для удобства бетонирования, размещения в ней арматуры, обеспечения прочности и трещиностойкости. В средней части пролета высоких балок (где главные растягивающие напряжения незначительны) в вертикальной стенке для снижения материалоемкости изделия часто устраивают круглые или многоугольные отверстия. Вертикальная стенка балки обычно армируется сварными каркасами из обыкновенной арматурной проволоки класса Вр-I, что достаточно для обеспечения прочности балки по наклонным сечениям. Вблизи отверстий вертикальная стенка армируется дополнительными каркасами из арматуры класса A-III. Для крепления элементов покрытий и фонарей в верхнем поясе балок устанавливают стальные закладные детали.
В нижней растянутой полке (нижний пояс балки) размещают основную продольную растянутую арматуру. На рис. 10.10, б показано новое конструктивное решение стропильной решетчатой балки пролетом 18 м с арочной (полигональной) формой верхнего пояса. По сравнению с двускатной конструкцией контур балок здесь приближается к очертанию эпюры моментов и позволяет более рационально распределить внутренние усилия — выровнять продольные силы по длине поясов (уменьшить в опасных средних и увеличить в недогруженных крайних панелях), за счет чего снижаются сдвигающие усилия в стойках и моменты в узлах, а также улучшить центрирование усилий над опорами. Это позволяет снизить расход материалов в конструкциях, в том числе облегчить опорные участки, уменьшив их номинальную высоту с 900 до 600 мм. По прочности арочные балки рассчитывают как конструкции сплошного сечения с отверстиями, а по трещиностойкости элементов решетки и жесткости — как статически неопределимые стержневые системы. В качестве напрягаемой арматуры служат стержни класса А-IIIв, которые для удобства размещения захватных приспособлений, укладки и уплотнения бетона расположены на большом расстоянии друг от друга по высоте сечения (120 мм между осями). Для увеличения плеча внутренней пары продольная арматура сконцентрирована у наружных граней поясов.
За рубежом для покрытий бесфонарных цехов, без перепадов высот и при сравнительно небольшой снеговой нагрузке в покрытиях с облегченными ограждающими конструкциями (например, стальной профилированный настил с утеплителем из пенополистирола), по стальным или железобетонным прогонам применяют балки пролетом 30.. 40 м, причем выполняются они малоуклонными (3...6 %). Балки таких пролетов успешно кон- курируют со стальными фермами. Поперечные сечения предварительно напряженных балок в пролете выполняют двутавровыми, а на опоре — прямоугольными.
Из условия ограничения раскрытия трещин в сжатой зоне при отпуске нижней арматуры иногда требуется устанавливать конструктивную напрягаемую арматуру, размещаемую на уровне верха опорного сечения.
В расчете принимают, что нагрузка, передающаяся на балку, состоит из сосредоточенных сил от постоянных и временных нагрузок, действующих через ребра панелей покрытия, а также постоянной равномерно распределенной нагрузки от собственного веса балки. Изгибающие моменты и поперечные силы определяются как для свободно опертой балки. Расчет балок по прочности и трещиностойкости производят для двух стадий: для стадии эксплуатации и для стадии изготовления, транспортировки и монтажа. Расчет по деформациям ведут только для стадии эксплуатации.
Из расчета прочности по нормальному сечению с максимальным изгибающим моментом находят площадь сечения продольной арматуры. Кроме того, проводят расчет и для других сечений балки, так как в двускатных балках за счет ее переменной высоты самое опасное сечение может оказаться не в середине пролета, а на расстоянии (0,35...0,40) l от опоры (рис. 10.11).