Типы поперечных сечений балок

По типу поперечного сечения различают балки одностенчатые и двустенчатые, симметричные и несимметричные (рис. IV—3).
Мерой эффективности использования материала в балке может служить отношение допускаемого в балке изгибающего момента [M] к стоимости единицы длины балки. Для сравнения эффективности конструкции балок из одинакового материала и одинаковой стоимости изготовления пользуются отношением допускаемого в балке изгибающего момента [М] к весу единицы длины балки g1 или, приближенно, к площади ее поперечного сечения F, то есть [М]:F. Так как [M]=WR, то при одинаковых значениях R для сравниваемых балок можно получить меру эффективности использования материала в виде отношения W:F, которое, как известно, равняется ядровому расстоянию р. Чем больше р при данной площади поперечного сечения, тем более экономична балка.
Основная форма стальных балок, как прокатных, так и составных,— двутавр. Недостатки этого профиля: малая жесткость относительно оси, параллельной стенке, малая сопротивляемость изгибу в плоскости наименьшей жесткости, а также кручению и относительно низкая общая устойчивость.

Последнее обстоятельство создает необходимость в частом размещении связей, препятствующих потере устойчивости балки. Это снижает эффект использования материала в высоких, но узких двутаврах при большой длине их.
Швеллер вследствие асимметрии и расположения центра изгиба за внешней гранью стенки (см. рис. II—11) даже при нагрузке, строго совпадающей с осью у—у, подвержен скручиванию.
Швеллер удобен для прикрепления к другим элементам как по стенке, совершенно свободной с одной стороны, так и по полкам, имеющим большую свободную ширину для размещения болтов, чем у двутавров той же высоты. Швеллеры широко используют в качестве прогонов кровли, балок и стоек фахверка и т.п.
Преимуществом гнутых профилей является возможность легкого получения балок равного сопротивления и более разнообразных сечений.
К применению составных балок обычно переходят, когда прокатываемые на заводах или гнутые балки оказываются недостаточно мощными. Хотя составные балки несколько легче такой же мощности прокатных (за счет применения более тонких стенок), однако изготовление их сложнее и требует больше времени. При существующих соотношениях между стоимостью строительной стали и стоимостью изготовления считают экономически выгодным и технически целесообразным применять прокатные балки, если даже вес их оказывается на 10—15% больше веса составных балок. В первую очередь следует использовать сварные типовые балки, изготовляемые заводами на склад.
В составных одностенчатых балках разница между жесткостями EIx и EIy значительно больше, чем в прокатных. Поэтому в процессе проектирования составных балок вопросы устойчивости их приобретают очень важное значение.
Двустенчатые составные балки при изгибе их в одной плоскости получаются более тяжелыми и более трудоемкими, чем одностенчатые. Поэтому их применяют только в особых случаях, например, когда необходимо значительно увеличить жесткость балки в поперечном направлении: при отсутствии поперечных связей, изгибе в двух плоскостях, наличии крутящих моментов (балки крановых мостов и подкрановые), при весьма ограниченной строительной высоте или очень больших поперечных силах (балки перекрытий в станциях метрополитена, балки жесткости висячих мостов) и т. п. С увеличением свободной (не раскрепленной связями) длины балок и их общих размеров разница в расходе материалов на одностенчатые и двустенчатые балки сокращается даже при изгибе балок только в плоскости наибольшей жесткости. Усовершенствование технологии и автоматизация сварки, особенно поточное производство, существенно упростили изготовление двустенчатых балок, поэтому области применения их в послевоенном строительстве значительно расширились.