Железобетонные стропильные балки применяют для перекрытия пролетов 6, 9, 12 и 18 м. При пролетах 24 м и более они уступают фермам по технико-экономическим показателям и, как правило, не используются. Балки пролетами 6 и 9 м предназначены преимущественно для покрытия пристроек, а балки пролетом 12 м — в качестве поперечных или продольных ригелей покрытия. Балки пролетом 18 м применяют в качестве поперечных ригелей, по которым укладывают плиты 3×6 или 3х12 м. В зависимости от профиля кровли балки бывают двускатными, односкатными, с параллельными полками, с ломаным или криволинейным очертанием верхней полки. Двускатные балки имеют уклон верхней полки 1:12 для скатных кровель, 1 : 30 — для малоуклонных кровель. Из-за экономичности их чаще других применяют для покрытий пролетов 18 м. Определенные трудности при их изготовлении связаны с устройством каркасов переменной высоты. При необходимости пропуска коммуникаций в уровне покрытия (воздуховоды и т.п.) используют двускатные решетчатые балки пролетом 12 и 18 м. Односкатные балки обычно применяют для устройства кровли с односторонним уклоном, например, в пристройках.
Балки с параллельными полками наиболее просты в изготовлении, имеют арматурные каркасы постоянной высоты и применяются в качестве продольных ригелей при горизонтальных кровлях. Однако по расходу бетона и арматуры они уступают двускатным. Балки с ломаным и криволинейным верхним поясом, несмотря на экономичность, не нашли широкого применения из-за сложности их изготовления. Высота сечения балок в середине пролета (1/10…1/12)L.
В целях экономии бетона сечение балок принимают тавровым (при L= 6; 9 м) и двутавровым (L=12; 18 м). Ширину верхней полки балок из условия опирания плит покрытия и обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают равной 1/50…1/60, что обычно составляет 20…40 см. Ширину нижней полки (25…30 см) определяют из условия размещения в ней растянутой арматуры, прочности бетонного пояса при действии усилия обжатия, а также способа опирания балки на колонны. Толщину вертикальной стенки в средней части пролета (6…8 см) назначают исходя из условий изготовления балки (в вертикальном положении) и размещения поперечной арматуры (одного или двух каркасов). У опор стенка утолщается, что обеспечивает прочность и трещиностойкость опорных сечений.
Балки покрытий изготавливают из тяжелого бетона классов В25…В50 и из бетона на пористых заполнителях классов В25…В40. В основном применяют предварительно напряженные конструкции, армируемые высокопрочными стержнями, одиночной высокопрочной проволокой или пучками из нее, используются и семипроволочные канаты. Балки изготавливают на заводах строительных материалов и конструкций с натяжением арматуры на упоры.
Типовые балки со сплошным двутавровым поперечным сечением и решетчатые разработаны с несколькими вариантами армирования продольной напрягаемой арматурой классов А-1У, А-У, А-У1, Вр-П и К-7. Балки рассчитывают на равномерно распределенные нагрузки от собственного веса, веса кровли и снега, а также на сосредоточенные силы от веса фонаря и подвесного транспорта, если он есть в здании, при этом учитывается наиболее невыгодное сочетание нагрузок.
Расчет выполняется по первой и второй группам предельных состояний на прочность, по образованию и раскрытию трещин и по деформациям. Значения расчетных изгибающих моментов и поперечных сил, а также величину прогиба находят из расчета шарнирно опертой однопролетной балки. Считается целесообразным уменьшить количество продольной не напрягаемой арматуры В соответствии с построенной эпюрой материалов. Расчет прочности по нормальным сечениям ведется по правилам проектирования изгибаемых элементов двутаврового поперечного сечения в соответствии с методикой, которая была изложена выше при рассмотрении изгибаемых элементов. Следует иметь в виду, что в двускатных балках наиболее опасным оказывается нормальное сечение, расположенное не в середине пролета, а на расстоянии (0,3…0,4L) от опоры. Требуемая площадь поперечной арматуры назначается в результате расчета прочности балки по наклонным сечениям. Опорные зоны балок дополнительно рассчитываются на местное действие опорной реакции и усилия предварительного обжатия. Прочность и трещиностойкость балок также проверяется во время складирования, транспортировки и монтажа. В последнее время в практике строительства стали применять более экономичные конструкции покрытий, проектируемые по безпрогонной схеме, и постоянно разрабатываются новые конструктивные решения.
Плиты перекрытия
Наибольшее распространение получили плиты пролетом 12 м и б м, шириной Зм (основные) и 1,5м (доборные) поперечными и с двумя продольными ребрами. Основная продольная арматура выполняется предварительно напряженной. Полка армируется сварной сеткой, поперечные ребра — сварными каркасами. Толщина полки принимается 2,5 см для плит пролетом 12 м и 3 см для плит пролетом 6 м. Бетон плит 12 м классов В30…В40, плит 6 м — В15…В30. В ряде случаев уменьшают высоту сечения продольных ребер к опоре, что дает экономию бетона (до 9 %) и снижает стоимость конструкции. Поскольку нагрузка от собственного веса плит покрытия составляет значительную долю от полной нагрузки, целесообразно изготовлять их из бетона на легких заполнителях,что снижает массу конструкции до 25 %.
Расчет плит в продольном направлении ведут как однопролетных свободно опертых балок таврового сечения на совместное действие постоянных (от массы плиты и кровли) и временных (от снега) нагрузок. Полку плиты в зависимости от расстояния между поперечными ребра ми рассчитывают как не разрезную балочную плиту или плиту, опертую по контуру. Наиболее сложное напряженное состояние в плите возникает в опорных сечениях, которые усиливаются вутами и армируются дополниельными сетками. Весьма экономичны и просты в изготовлении плиты типа «2Т» размерами 3×6, 3X12 м (при поперечном расположении ригелей) и 3X18, 3×24 м (при продольном).
К недостаткам этих конструкций относится сложность устройства продольных швов между плитами. Существуют два способа изготовления этих плит: полку плиты и ребра бетонируют совместно; продольные предварительно напряженные ребра изготовляют заранее из бетона класса В40, а затем бетонируют полку. Связь ребер с полкой обеспечивают путем устройства выпусков арматуры и сцепления бетона. Раздельное изготовление экономичнее, поскольку позволяет снизить класс бетона полок до Вг5. Продольная арматура ребер — из высокопрочной стали, полка армируется сетками. В продольном направлении плиты рассчитывают как свободно опертые однопролетные балки таврового сечения, в поперечном — учитывается разгружающее влияние свесов полок.
Плита крупноразмерная железобетонная сводчатая КЖС представляет собой короткую цилиндрическую оболочку с предварительно напряженными ребрами — диафрагмами сегментного очертания . Размеры плит в плане 3×12, 3×18 и 3X24 м. Очертание поверхности оболочки принимают по квадратной параболе Толщина оболочки не должна быть менее 30 мм в середине пролета с утолщением до 140…160 мм у торцов
Высоту поперечного сечения плиты в середине пролёта принимают (1/15…1/20) в зависимости от пролета и нагрузки. Для уменьшения массы плиты диафрагмы проектируют минимальной толщины (40 мм) с вертикальными ребрами жесткости. Основную напрягаемую арматуру располагают в нижней части диафрагмы. По концам напрягаемых стержней предусматривают анкерные детали, обеспечивающие падежное закрепление рабочей арматуры в бетоне опорного узла. Эта арматура играет роль затяжки рассматриваемой сводчатой системы. Диафрагму армируют сварными каркасами только в опорных зонах, в вертикальных ребрах устанавливаю: стержни-подвески. Армируют оболочки сварной сеткой, подбираемой по расчету. Сопряжение оболочки с диафрагмой выполняют с помощью пологих вутов. Плиты КЖС проектируют из бетоннов классов В25, В50 в зависимости от пролетов и нагрузок. При расчете плиту рассматривают как цилиндрический свод, работающий совместно с диафрагмами. Полагают, что вдоль направляющей оболочки действует только продольная сила N. поперек — поперечные силы С и изгибающие моменты М . Изгибающий момент в системе «оболочка — диафрагма» (в продольном направлении) воспринимается растянутой арматурой диафрагмы и полкой (оболочкой), работающей на сжатие.
Плиты КЖС экономичны, достаточно просты в изготовлении. Наиболее существенный их недостаток — трудоемкость устройства кровли по криволинейной поверхности. Наряду с КЖС разработаны крупноразмерные плиты покрытий типа «два Т» размерами 3X18, 3×24 м под малоуклонную кровлю . Достоинство этих плит по сравнению с плитами КЖС — упрощение работ по устройству кровли, а стоимость плит типа «два Т» с учетом эксплуатационных расходов примерно равна стоимости плит КЖС. Общий недостаток крупноразмерных плит — усложнение устройства внутренних коммуникаций в уровне покрытия. В последние годы предложены технические решения «плит покрытия, направленные на снижение расхода материалов и трудоемкости возведения. К ним относятся плиты с решетчатыми ребрами под малоуклонную кровлю 3X18, 3X24 м, а также не разрезные ребристые плиты 3X24 м, укладываемые по стропильным конструкциям с шагом 6 м. Применяют также гиперболические панели-оболочки, плиты типа «Динакор» с квадратными пустотами и т.п. Однако использование их весьма ограниченно из-за сложностей устройства кровли или изготовления панелей. Лучшие технико-экономические показатели покрытий из плит КЖС и «два Т» объясняются тем фактом, что в качестве несущего здесь используют один элемент в отличие от балочной схемы, где требуется два элемента — балка покрытия и плита покрытия.
