одном уровне и пониженное. При этажном сопряжении (рис. 7.4, а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне (см. рис. 7.4,6) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

Пониженное сопряжение (см. рис. 7.4, в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладывают балки с настилом, которые располагаются над главной балкой. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, т. е. полные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, высота помещения под перекрытием и отметка верха настила (разница между которыми определяет возможную строительную высоту перекрытия), обычно задаются технологами или архитекторами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний. Расстояние между балками настила (см. рис. 73а) определяется несущей способностью настила и обычно бывает 0,6-1,6 м при стальном и 2-3,5 м при железобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2-5 м, и оно должно быть кратно пролету главной балки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, причем прокатных. Установив направление, пролет главных балок и расстояние между балками настила, выбирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия.

При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.

Таким образом, выбор рационального типа балочной клетки и типа сопряжения балок в ней зависит от многих факторов, и целесообразность выбора для данных конкретных условий может быть установлена только сравнением возможных вариантов конструктивного решения.

При свободной планировке балочной клетки, когда расстояние между промежуточными колоннами не задано или может быть очень небольшим, определение пролетов балок становится технико-экономической задачей, для решения которой могут быть использованы следующие принципы:

полного использования несущей способности перекрывающей конструкции, в этом случае задаются наиболее удобным размером сечения балки (например, распространенным номером прокатного двутавра) и исходя из действующей на нее нагрузки определяют расстояния 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 ее ячейки и увязке с шагом и пролетом смежных основных конструкций исходя из требований типизации и унификации конструкций;

экономичности, при котором исходят из того, чтобы стоимость балочной клетки и поддерживающих ее опор была наименьшей; этот принцип, широко используемый в мостостроении, определяет оптимальный по

стоимости пролет главной балки при условии равенства стоимостей перекрывающей и поддерживающей конструкции:

где Соп - стоимость опоры; Сй - стоимость балки; п - количество балок, опирающихся на опору.

3. Настилы балочных клеток

Настилы балочных клеток бывают весьма разнообразными в зависимости от назначения и конструктивного рещения перекрытия. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит.

В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоящий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Щиты настила имеют размер до 3x12 м и укладываются иа балки перекрытий. Такой настил индустриален и значительно ускоряет монтаж.

Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распределенной интенсивностью до 40 кН/м, а предельный относительный прогиб принимают не более [ /] 1/150.

Стальной настил. Простейщая конструкция несущего настила состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним (рис. 7.5, а). Расстояние между балками, поддерживающими настил, определяется его несущей способностью или жесткостью. Наиболее выгодное решение по расходу материала получается при минимальной толщине настила, так как в двутавровых балках, работающих на изгиб, материал используется лучше, чем в настиле прямоугольного сечения. Однако увеличение числа балок при тонком настиле резко увеличивает трудоемкость перекрытия, что нежелательно.

Поэтому для настилов следует использовать листы толщиной 6- 8 мм при нагрузке <10 кН/м; 8-10 мм при 11:20 кН/м; 10- 12 мм при 21<<7<30 кН/м; 12-14 мм при (7>30 кН/м. Приварка настила к балкам делает невозможны.м сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой, что вызывает в нем растягивающие цепные усилия Н, улучшающие работу настила в пролете (см. рис. 7.5,6). Кроме

immiiiiiiiiiiD

Рис. 7.5. Плоский металлический настил

а - опирание пастила на балки; б - расчетная схема

Рис. 7.8. Предельная нагрузка иастила с шарнирио закрепленными краямн по условию прогиба

того, приварка защемляет настил, создавая опорные моменты, и снижает моменты в пролете настила под нагрузкой. Однако в запас жесткости защемление обычно не учитывают и принимают опирание настила щдр-нирно-неподвижным, считая, что в опорном сечении может образоваться пластический шарнир.

При нагрузках, не превышающих 50 кН/м, и предельном относительном прогибе не более 1/150 прочность шарнирно закрепленного по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на прогиб.

Опирание настила на параллельные балки позволяет считать, что он изгибается по цилиндрической поверхности. Для расчета такого настила мысленно вырежем из него полоску единичной ширины, закрепленную по концам неподвижными шарнирами (рис. 7.5,6), и тогда ее прогиб под нагрузкой

/=-/о-

-sin-

(7.1)

5 ql

где fo=~---балочный прогиб в середине полоски от поперечной нагрузки q,

384 Elf

EJ - цилиндрическая жесткость полоски, т. е. изгибная жесткость, когда поперечные

деформации невозможны, £i = :

и V - коэффициент Пуассона (для стали v = 0,3);

1-v-

а=Я/Рэ; Я -сила растяжения полоски (распор), Рэ = .ч2£1 /2 - Эйлерова сила; х- расстояние от левой опоры до места определения прогиба; / - пролет настила.

Воспользовавшись уравнениями С. П. Тимошенко и считая относительный прогиб пластинки от нормативной нагрузки [ /] заданным, А. Л. Телоян получил уравнение для определения отношения наибольшего пролета настила к его толщине ( /) из условия заданного предельного прогиба:

5>4

от4<уда приближенно

4по 15

32 5п„

T2Ei \

= 0,

(7.2)

где ( /)-искомое отношение пролета пластинки к ее толщине; гао=[ Л - заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу; 9--нормативная нагрузка на настил.

Искомое отношение {l/t) можно также определять по графикам (рис. 7.6), полученным С. Д. Лейтесом на основе работ С. П. Тимошенко.

Силу Н, на действие которой надо проверить сварные швы, прикреп-ляющие настил и поддерживающую его конструкцию, можно определять по приближенной формуле

Я= га-

Eit,

(7.3)

где п - коэффициент перегрузки для действующей нагрузки.

Если размеры настила (его толщина t и пролет /) известны, то проверить его несущую способность и прогиб можно, пользуясь выражениями:

1 Тимошенко С. П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки.--М., Физмат-гиз, 1963.

2 Лейтес С. Д. Упругий и упругопластический изгиб длинных прямоугольных пластинок с закрепленными кромками. - В кн.. Расчет пространственных конструкций/Под ред. А. А. Уманского Вып. 8. - М.: Госстройиздат, 1962.