Балки покрытий

Балки покрытий могут иметь пролет 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях - пролет 24 м. Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапециевидным с постоянным уклоном, ломаным или криволинейным (рис. 6, а... в). Балки односкатного покрытия выполняют с параллельными поясами или ломаным нижним поясом, плоского покрытия - с параллельными поясами (рдс.12.33,г...е). Шаг балок покрытий -6 или 12 м.

Рис.6. Конструктивные схемы балок покрытий: а - двускатных с очертанием верхнего пояса; а - прямолинейным; б - то же ломанным; в - то же криволинейным; г – односкатных с параллельными поясами ; д - то же с ломаным нижнем поясе; е – плоских

Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий - двутавровое со стенкой, толщину которой (60...100 мм) устанавливают главным образом из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспечения прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоугольной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных проводок и различных коммуникаций.

Высоту сечения балок в середине пролета принимают 1/10...1/15l. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяют уклон верхнего пояса (1:12) и типовой размер высоты сечения на опоре (800 мм или 900мм). в балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении типового размера - высоты сечения на опоре. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очертанию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов; однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления.

Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают 1/50...1/60l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры - 250...300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса В25...В40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой (рис.7). При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. В вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными, а поперечные - расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям. Приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или для ограничения ширины их раскрытия) усиливают дополнительными поперечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкости приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и поперечных стержней).

Двускатные балки двутаврового сечения для ограничения ширины раскрытия трещин, возникающих в верхней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесообразно армировать так же и конструктивной напрягаемой арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис.8). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие напряжения в бетоне верхней зоны.

Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решетчатыми балками (рис.9). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поясе балок всех типов заложены стальные детали.

Рис.7. Двускатная балка покрытия двутаврового сечения пролетом 18 м:

1 - напрягаемая арматура; 2 - сварные каркасы; 3 - опорный лист б=10 мм;4 - анкеры опорного листа; 5 - хомуты Ø5 мм через 50; 6 - стенки Ø5 мм

Рис.8. Схема расположения напрягаемой арматуры двухскатной балки:

1 – нижняя арматура; 2 – верхняя арматура

Рис.9. Двускатная решетчатая балка покрытия прямоугольного сечения пролетом 18 м

Балки покрытия рассчитывают как свободно лежащие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, расположенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1:12 и высоте балки в середине пролета h = 1/ 12, высота сечения на опоре составит =1/24, а на расстоянии от опоры

. (1)

Если принять рабочую высоту сечения балки , изгибающий момент при равномерно распределенной нагрузке

, (2)

то площадь сечения продольной арматуры

. (3)

Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в котором достигает максимального значения. Для отыскания этого сечения приравнивают нулю производную

. (4)

Отсюда, полагая, что - величина постоянная и дифференцируя, получают

. (5)

Из решения квадратного уравнения находят х=0,37l. В общем случае расстояние от опоры до расчетного сечения х=0,35...0,4l.

Если есть фонарь, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой.

Поперечную арматуру определяют из расчета прочности по наклонным сечениям. Затем выполняют расчеты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учитывать, что они имеют переменную по длине жесткость.

Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым можно выбрать оптимальный вариант конструкции. Варьируя переменными параметрами (класс бетона, класс арматуры, размеры поперечного сечения, степень натяжения арматуры и др.), ЭВМ выбирает для заданного пролета и нагруки лучший вариант балки по расходу бетона, арматуры, стоимости и выдает данные для конструирования.

Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий в зависимости от формы сечения и вида напрягаемой арматуры приведены в табл. 2.

Таблица №2

Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий пролетом 18 м при шаге 6 м в расчетной нагрузке 3,5…5,5 кН/м²

Балки двутаврового сечения экономичнее решетчатых по расходу арматуры приблизительно на 15 %, по расходу бетона - приблизительно на 13 %. При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках увеличивается на 20...30 %.