Блочные несущие конструкции перекрытия, балки, рамы, арочные системы

Балка – это удлиненный горизонтальный элемент конструкции в виде бруса, опертый в одной или нескольких точках по его длине и рассчитанный на поперечную нагрузку (лежащую на нем). Балки передают нагрузку перекрытий и крыши (покрытия здания) несущим стенам или перегородкам, колоннам, фермам, арочным перемычкам и другим балкам, называемым ригелями и прогонами, которые, в свою очередь, передают нагрузки несущим стенам и колоннам. Плита перекрытия представляет собой плоский элемент конструкции, обычно железобетонный, который перекрывает пространство между балками и ригелями, образуя междуэтажное перекрытие или настил крыши. Ферма – это элемент конструкции, составленный из стержней, которые образуют треугольники, лежащие в одной плоскости. Арочная перемычка – это конструкция в форме кривого бруса (с выпуклостью вверх) для перекрытия проемов (рис. 1). Арочная перемычка, несущая вертикальную нагрузку, работает в основном на сжатие и вызывает в опорах не только вертикальные, но и боковые реакции. Балки широко применяют в конструкциях общественных, промышленных и гражданских зданий, в балочных площадках, в мостах, в междуэтажных перекрытиях, эстакадах, в конструкциях гидротехнических затворов и шлюзов, в виде подкрановых балок производственных зданий и в других сооружениях.

Благодаря простоте конструкции, изготовления и надежности в работе определяется широкое распространение балочных конструкций.

Наиболее целесообразно применять сплошные балки в конструкциях небольших пролетов - до 15 - 20 м. область рациональных пролетов увеличивается при увеличении нагрузки; известны примеры применения сплошных подкрановых балок пролетом 36 м и более. Такие балки часто бывают двустенчатыми, т. е. имеют коробчатое сечение.

Пространственные несущие конструкции, своды оболочки

Для перекрытия больших пролетов наиболее целесообразны пространственные конструкции, которые в эстетическом отношении превосходят плоские линейные конструкции – балки, фермы, рамы и арки. Пространственные конструкции выполняют в металле, железобетоне, дереве. Наиболее простые из них – это складки, т. е. пространственные балки, составленные из отдельных плоских элементов.

Геометрические формы складчатых конструкций различны: отдельные складки могут иметь треугольное и трапециевидное сечение и иметь друг с другом параллельные, веерные или встречные сочетания. Складки получают применение в покрытиях пролетом до 40 м и в высоких стенах при необходимости повышения их жесткости. Получило распространение сочетание складчатых стен и покрытий с жесткими сопряжениями между ними в виде пространственной рамной конструкции. Складки используют в арочных и шатровых покрытиях для помещений с прямоугольным, трапециевидным, многоугольным или криволинейным планом

Свод — в архитектуре тип перекрытия или покрытия сооружений, конструкция, которая образуется выпуклой криволинейной поверхностью.Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор, используются преимущественно в круглых, многоугольных или эллиптических в плане помещениях. Перекрытие-оболочка— строительная конструкция перекрытий зданий и сооружений. В архитектурной практике используются выпуклые, висячие, сетчатые и мембранные оболочки из железобетона, металлов, древесины, полимерных, тканых и композиционных материалов. Для расчёта таких конструкций используется специально разработанная теория оболочек.

Перекрёстные системы

Перекрестные системы покрытия состоят из несущих линейных элементов, пересекающихся в плане под углом 90 или 60°. При этом если конструкция состоит из несущих элементов, расположенных параллельно сторонам квадрата или прямоугольника, и составляет сетку из квадратных ячеек, то такая конструкция называется ортогональной. Если та же квадратная сетка расположена к контурам покрытия под углом 45°, то такая конструкция называется диагональной. Сетку с треугольной формой ячеек, стороны которых параллельны сторонам контура покрытия, называют треугольной. Наличие несущих пересекающихся элементов позволяет нагрузку на покрытие передавать на опоры не в одной вертикальной плоскости, как в плоскостных конструкциях, а сразу в двух и даже в трех вертикальных плоскостях. Это существенно уменьшает величину усилий и прогибов в такой конструкции, что позволяет уменьшить ее конструктивную высоту до 1/15... 1/25 пролета в зависимости от нагрузок и формы в плане покрытия. Наиболее рационально перекрестная система может быть использована в покрытии, имеющем в плане форму квадрата, равнобедренного треугольника, круга или многоугольника, вписанного в круг. Если очертание покрытия в плане отступает от такой правильной формы и пролеты несущих элементов в одном и другом направлении различаются более чем на 20%, то применение перекрестной системы становится нерациональным, так как работать будут только элементы меньшего пролета, в основном как плоскостные. Между тем на прямоугольном плане при отношении сторон более чем 1/2 можно также применить перекрестные несущие элементы, расположив их не ортогонально, а диагонально, т. е. под углом в 45° к сторонам контура. Опирание перекрестных систем может выполняться по всем у контуру, на отдельные его части или на колонны. При этом необходимо учитывать, что при опирании перекрестного покрытия только на угловые колонны его контурные элементы будут работать как простые балки или фермы, принимая всю нагрузку от покрытия, находящегося внутри контура А это значит, что эти контурные элементы должны иметь конструктивную высоту примерно в два раза больше конструктивной высоты перекрестного покрытия.