Балочная клетка - это система балок одного или нескольких направлений. Она используется при проектировании покрытий и перекрытий зданий, рабочих площадок под технологическое оборудование, пролетных конструкций
мостов и других объектов. На балочную клетку вкладывают несущий настил - стальной (листья), железобетонные (плиты) или деревянный (щиты).
Схему балочной клетки выбирают в зависимости от значения и схемы размещения нагрузок, а также от типа настила. При этом исходят из условия минимальной стоимости конструкций и минимальной строительной высоты перекрытия или покрытия, поскольку излишняя строительная высота влечет за собой увеличение общей высоты здания и рост расходов на стены и отопления.
По схеме компоновки в плане различают три типа балочных клеток:
1) упрощенный тип.
Балки, на которые опирается несущий настил, называются балками настила.
Используются балки одного направления, которые размещаются параллельно меньшей стороне перекрытия. Расстояние между балками "а" называется шагом балок. Площадь перекрытия, с которой нагрузка передается на одну балку, называется грузовой площадью балки. Она равна: a l. Поскольку рабочий настил имеет, как правило, небольшую несущую способность (поскольку его проектируют достаточно тонким), то балки настила размещаются довольно часто. При стальном настиле шаг а = 0,6 ... 1,6 м, при железобетонном - а = 2 ... 3,5 м.
Балки настила проектируют из прокатных двутавров. Путь передачи нагрузки: с настила на БН и далее на опоры;
2) нормальный тип.
Используются балки двух направлений: главные балки и балки настила.
Балки, которые перекрывают основной пролет (большее расстояние между колоннами), называют главными балками. На них опираются балки настила, предназначенные для уменьшения пролета несущего настила. Используется при больших пролетах, когда использование упрощенной балочной клетки не рационально.
Главные балки проектируются из составных двутавров.
Путь передачи нагрузки здесь длиннее: с настила на балки настила, далее на главные балки и затем на колонны или другие опоры;
3) осложненный тип.
Отличается тем, что дополнительно вводятся второстепенные балки (ДБ), которые размещаются между балками настила и главными балками.
Второстепенные балки выполняют прокатными.
Нагрузка передается наиболее сложно: с настила на балки настила, далее на второстепенные балки, на главные балки и на колонны.
Шаг второстепенных балок а1 = 2 ... 5 м и принимается кратным пролета главных балок. Соответственно шаг балок настила должен быть кратным пролета второстепенных балок.
При назначении этих расстояний нужно пытаться получить минимальное количество второстепенных балок и балок настила, причем прокатных, что достигается при условии полного использования несущей способности настила и балок.
Балки настила в нормальной и осложненной клетках могут проектироваться неразрезными. В некоторых случаях балки обоих направлений проектируют неразрезными. Балочные клетки с неразрезными балками обоих направлений называют системой перекрестных балок.
По схеме компоновки балочной клетки по вертикали различают три типа сообщения балок между собой:
1) поверхностное сообщения.
h0 - строительная высота.
Балки настила укладываются сверху на главные (или второстепенные) балки.
Преимущества: простота и удобство монтажа.
Недостаток: сочетание требует крупнейшей строительной высоты;
2) сочетание в одном уровне.
Верхние кромки главных балок и балок настила размещаются в одном уровне, а на них одновременно опирается настил.
Преимущество - уменьшается строительная высота.
Недостаток - усложняется конструкция опирания балок настила;
3) пониженное сообщения.
Используется в балочных клетках усложненного типа.
Второстепенные балки примыкают к главных балок ниже уровня верхнего пояса. На них поверхностно укладываются балки настила.
Преимущества: сочетание позволяет получить наименьшую строительную высоту и одновременно наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.
Недостаток: наиболее сложное сочетание в монтажном понимании.
Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте, как правило, задаются технологами или архитекторами, исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений. Следующий выбор рационального типа балочной клетки и типа сообщения балок в ней осуществляется путем сравнения возможных вариантов конструктивного решения. При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи нагрузки на опоры.
При свободной планировке балочной клетки, то есть когда расстояние между промежуточными колоннами заранее неизвестна, пролеты балок определяются из двух условий:
1) из условия экономичности, при которой исходят из того, чтобы стоимость балочной клетки и поддерживающих ее опор была наименьшей;
2) из условия полного использования несущей способности балок. В этом случае задаются наиболее удобным размером сечения балки (например, наиболее распространенным номером прокатного двутавра) и, исходя из действующего на нее нагрузки, определяют расстояние между балками или пролет, при котором несущая способность этой балки может быть полностью использована.