Металлические балки

а) Характеристика металлических балок. Постепенное повышение цен на лесной материал и ухудшение качеств его, в связи с распространением заразы Merulius lacrimans, страшного бича деревянных сооружений, заставляют, сколько возможно, избегать употребления дерева при выполнении важнейших частей сооружений, где только оно может быть заменено другим более прочным материалом и, между прочим, железом. Замена дерева железом в некоторых конструкциях, напр., в балках, стропилах и проч., при достаточно больших пролетах, весьма мало удорожает постройку.

Особенно выгодна замена дерева железом в балках; преимущества железных балок следующие:

а) железными балками можно перекрывать значительно большие пролеты, чем деревянными;

б) при одинаковой длине и нагрузке высота железных балок будет меньше, чем деревянных;

в) однородность железа гораздо более, чем дерева; в то же время для железных балок не имеет места образование трещим (от усыхания), ослабляющих деревянные балки;

г) железные балки прочнее деревянных, которые подвержены загниванию, червоточине и проч.; от гниения же, равно как и от поражения различными паразитами, сопротивление деревянных балок быстро уменьшается;

д) железные балки несгораемы, почему и безопасны в отношении передачи огня от балки потолку, что часто служит причиною пожаров в зданиях с деревянными балками;

е) железные балки дают стенам здания более солидную связь, чем деревянные;

ж) на железных балках можно устраивать несгораемые конструкции полов и потолков.

Недостаток железных балок состоит лишь в некотором повышении стоимости покрытий; но если принять в соображение уменьшение их толщины, то это удорожание в значительной мере окупится экономиею на кладке.

Могут быть случаи, когда замена деревянных балок железными окажется выгодною даже в экономическом отношении (не говоря уже о расходах на ремонт деревянных балок); так, напр., если требуется построить дом в 7 этажей но 2,8 м высоты каждый, кроме нижнего — магазинов — высотою 3,1 м, с полом, лежащим на 0,35 м выше горизонта земли, то, при пролетах в 6,4 м, высота дома с металлическими балками будет:

H = 0,35 + 3,1 + 0,32 + (2,8 + 0,32) X 6 + 0,35 = 22,84 м,

если же металлические балки пожелали бы заменить деревянными, то вся высота дома определилась бы в:

H1 = 0,35 + 3,1 + 0,45 + (2,8 + 0,45) х 6 + 0,35 = 23,75 м,

т. е. она на 0,75 м превзошла бы предельную высоту, допускаемую Обязательными постановлениями для жилых зданий в Ленинграде: вследствие этого пришлось бы отказаться от седьмого этажа и тем понизить использование площади дома.

Впрочем, металлические балки обладают еще одним недостатком — большой звукопроводностью; вследствие этого свойства их потолки на железных балках очень хорошо проводят звуки, передавая их не только непосредственно из верхнего помещения в нижележащее, но даже, передавая звуки стенам, распространяют их по всем этажам здания. Против этого недостатка должны быть приняты меры, о которых будет сказано при описании укладки и заделки железных балок. Существенной мерой к уменьшению звукопроводности перекрытий на металлических балках служит уменьшение нагрузки на единицу поперечного сечения балок, следовательно, уменьшение степени их напряженности.

Для потолков обыкновенно употребляются двутавровые стальные прокатные балки, высотою от 12 до 30 см (5—12 дюйм.).

В профиле (в поперечном сечении) такие балки имеют приблизительно следующие относительные измерения: при высоте балки h (фиг.. 438) ширина полок е — от 0,4 до 0,5 h, толщина полок е — от 0,054 до 0,068 h и толщина шейки е — от 0,036 до 0,045 h.

Длина прокатных балок — до 12 м, более длинные изготовляются по особому заказу.

Доставленные на постройку балки принимаются по обмеру (длина и высота) и весу; кроме того, должна быть удостоверена доброкачественность материала и прокатки, а также прямизна их. По приемке, балки загрунтовывают железным суриком на олифе, чтобы предохранить их от ржавчины.

Металлические балки употребляются только в каменных строениях; они укладываются в расстоянии от 0,8 до 1,5 м одна от другой, параллельно и горизонтально, по наименьшему пролету. Число балок для перекрытия любого помещения, длина которого L м, а расстояние между балками е равняется от 0,8 до 1,4 м, будет n = L/e + 1, если 1-я и n-я балки укладываются вплотную к поперечным стенам, и n = L/e - 1, если около поперечных стен балки не укладываются; дробное n округляется до ближайшего целого числа.

Высота балок определяется в зависимости от пролета и нагрузки по формуле:

где M— максимальный момент внешних сил (от собственного веса балок, покрытия и временной нагрузки),

R — допускаемое напряжение стали на излом,

I — величина момента инерции поперечного сечения балки (подбирается по таблицам справочных книжек),

V = h/2 (половина высоты балки).

Профиль (высоту) балок, впрочем, можно определить с достаточной для практики точностью из таблиц предельных допускаемых равномерно распределенных нагрузок на балки разных профилей (номеров) при различных пролетах: такие таблицы имеются в справочных книжках и в сортаментах железных балок.

б) Укладка железных балок и заделка их концов. Укладка железных балок производится или одновременно с возведением стен, или по окончании каменной кладки; недостатки последнего способа те же, что при деревянных балках, выгод же он не представляет вовсе, так как железные балки сырости не боятся; вот почему способ укладки железных балок одновременно с возведением стен следует безусловно предпочесть второму и всегда им пользоваться.

Только в том случае, когда балки почему-либо не будут вовремя доставлены на постройку, можно, чтобы не задерживать работ, оставить для балок гнезда в стенах и продолжать кладку дальше.

Концы железных балок заделываются в каменные стены с соблюдением следующих правил:

а) Длина заделываемых концов зависит от пролета и нагрузки; так:

при условиях обыкновенной нагрузки жилых помещений; если же нагрузка очень велика, то длину заделки полезно увеличить на 5—10 см.

б) Для передачи давления от концов балок на большую площадь кладки под них подкладывают, при пролетах свыше 6 м или при большой нагрузке, куски лещадной плиты (фиг. 439), или чугунные плитки, толщиною 2—2,5 см. шириною и Фиг. 439.длиною20—25 см.

Площадь части нижней полки балки, опирающейся на кладку, должна быть такова, чтобы давление от нее на 1 кв. см кладки не превышало 8— 10 кг, при кладке стен из кирпича по известковому раствору и 13—15 кг при кладке на цементном растворе.

Концы балок плотно заделываются кирпичною кладкою, после чего стены позволит до уровня потолка следующего этажа.

в) Концы балок должны отстоять от лицевой поверхности наружных стен не менее как на 40 см, в предупреждение промерзания, иначе будет сильно охлаждаться подполье и даже может появляться пот и иней на штукатурке потолка около балок.

г) Железные балки не следует закладывать в разгородки между проходящими в стене дымовыми каналами (фиг. 440), потому что заделанные таким образом балки будут сильно прогреваться и передавать тепло прилегающим к ним деревянным частям потолка и пола; при этом, от сотрясений и изменений длины балки при переменах температуры между балкою и кладкою часто образуются щели, через которые дым, сажа и, наконец, огонь могут проникнуть из дымового канала в подполье и стать причиною пожара. Поэтому необходимо оставлять между заделанными концами балок и каналами (дымовыми и вытяжными) разделки (фиг. 441) по крайней мере в 1/2, а лучше — в 3/4 кирпича.

д) Железные балки не следует класть на оконные или дверные перемычки; если же этого избежать нельзя, то надо или утолстить перемычку на один кирпич, или подложить под конец балки кусок рельса или 10—12-сантиметровой (4—5-дюймовой) балки, длиною 0,8—1 м.

е) Для уменьшения звукопроводности (передачею звуков от балок стенам) полезно обернуть заделываемые концы балок толстым войлоком или толем.

ж) Для увеличения устойчивости стен можно связывать балки со стенами посредством анкеров.

Анкера для железных балок устраиваются из полосового железа толщиною 0,6—1,2 см (1/4—1/2 дюйма), шириною 5—6 см (2—2,5, дюйма), с обухом (проушиною) и штырем S (фиг. 442) из квадратного 2х2 (3/4х3/4) или 2,5х2,5 см (1х1 дюйма) железа; анкер скрепляется с концом балки одним — двумя болтиками t и закладывается в стену так, чтобы штырь, находись в вертикальном положении, отстоял на 1/2 кирпича от наружной поверхности стены.

Другой вид анкеров представлен на фиг. 443, они делаются также из полосового железа толщиною 1—1,25 см (3/8—1/2 дюйма) и попарно прикрепляются к балкам болтиками t.

Для того, чтобы связать между собою две балки, лежащие друг против друга на внутренней стене (фиг. 444), их скрепляют накладками аа из полосового железа и болтами bb.

Анкера при металлических балках, устроенные на обоих концах последних, дают скрепление со стенами, имеющее весьма большое сопротивление рвущим усилиям, а потому значительно увеличивают устойчивость стен постройки. Что же касается выбора типа анкеров, то форма их, представленная на фиг. 442, дает более солидную связь со стеною; анкера же в виде угольников (фиг. 443) выгоднее употреблять в тех случаях, когда заделка конца балки стеснена расположенными тут же каналами (напр., фиг. 445) или когда балка лежит на перемычке, в которую нельзя пропустить штыря.