В строительном проектировании стальная балка с открытым перемычкой (OWSJ) представляет собой легкую стальную ферму , состоящую в стандартной форме из параллельных поясов и треугольной системы перемычек, пропорциональной пролету между опорными точками.
Основная функция OWSJ заключается в обеспечении прямой поддержки крыши или перекрытия и передаче нагрузки, приложенной к перекрытию, на структурный каркас, т.е. балку и колонну .
Чтобы точно спроектировать OWSJ, инженеры учитывают пролет балки между опорными точками, расстояние между балками, уклон, временные нагрузки , статические нагрузки , побочные нагрузки, сейсмические нагрузки, ветровую подъемную силу, критерии прогиба и максимально допустимую глубину балки. Многие производители стальных балок предоставляют таблицы экономичных нагрузок, чтобы позволить проектировщикам выбирать наиболее эффективные размеры балок для своих проектов.
Хотя OWSJ можно адаптировать для широкого спектра архитектурных применений, наибольшая экономия будет достигнута при использовании стандартных деталей, которые могут варьироваться от одного производителя балок к другому. Некоторые другие формы, помимо параллельных верхнего и нижнего поясов, представляют собой односкатную, двухскатную, арочную, двускатную и ножничную конфигурации. Эти формы могут быть доступны не у всех производителей балок, и обычно они поставляются по более высокой цене, которая отражает требуемую сложность.
Производство OWSJ в Северной Америке контролируется Институтом стальных балок (SJI). SJI работает с 1928 года, поддерживая надежную инженерную практику во всей отрасли. Являясь некоммерческой организацией активных производителей, Институт сотрудничает с государственными и деловыми агентствами для установления стандартов на стальные балки. В эту работу включены постоянные исследования и обновления. [1] Таблицы нагрузок и спецификации публикуются SJI в пяти категориях: серия K, серия LH, серия DLH, серия CJ и балочные балки. Таблицы нагрузок доступны как для расчета допустимых напряжений (ASD), так и для расчета коэффициентов нагрузки и сопротивления (LRFD).
Первая балка в 1923 году представляла собой ферму Уоррена с верхним и нижним поясами из круглых стержней и перемычкой, образованной из одного непрерывного изогнутого стержня. Были разработаны и другие типы, но возникли и проблемы, поскольку у каждого производителя были свои собственные стандарты проектирования и изготовления. Архитекторам, инженерам и строителям было сложно сравнивать номинальные мощности и в полной мере использовать преимущества конструкции стальных балок.
Представители отрасли начали организовывать институт, и в 1928 году были приняты первые стандартные спецификации, а в 1929 году - первая таблица нагрузок. Балки, на которые распространяются эти ранние стандарты, позже были идентифицированы как стальные балки с открытым перемычкой серии SJ. [1]
Стальные балки с открытой паутиной серии K были в первую очередь разработаны для обеспечения структурной поддержки полов и крыш зданий. Они обладают множеством преимуществ и особенностей, которые привели к их широкому использованию и признанию в США и других странах.
Балки серии K стандартизированы по глубине, пролету и несущей способности. В таблицах нагрузок имеется 63 отдельных обозначения, обозначающих глубину балок от 10 дюймов (250 мм) до 30 дюймов (760 мм) с шагом 2 дюйма (51 мм) и пролеты до 60 футов (18 000 мм). Стандартные балки серии K имеют 2+Глубина торцевой опоры 1 ⁄ дюйма ( 64 мм), чтобы, независимо от общей глубины балок, верхние части балок лежали в одной плоскости. Глубина сиденья глубже 2+Также можно указать 1 ⁄ дюйма (64 мм).
Стандартные балки серии K рассчитаны на равномерную нагрузку при простом пролете, что приводит к параболической диаграмме моментов для сил пояса и линейно наклонной диаграмме сдвига для сил стенки. При возникновении неравномерных и/или сосредоточенных нагрузок требуемые диаграммы сдвига и момента могут иметь совершенно другую форму и могут не охватываться расчетными диапазонами сдвига и момента стандартной балки серии K. В таких условиях хорошим вариантом может стать балка KCS. [1]
Балки KCS (постоянный сдвиг серии K) разработаны в соответствии со Стандартными спецификациями для балок серии K.
Пояса балок KCS рассчитаны на плоскую огибающую положительного момента. Моментная нагрузка постоянна на всех внутренних панелях. Все перемычки рассчитаны на вертикальный сдвиг, равный указанной мощности сдвига, а внутренние перемычки будут рассчитаны на 100% реверсирование напряжений. [1]
Стальные балки Longspan (LH) и Deep Longspan (DLH) представляют собой относительно легкие стальные фермы заводского изготовления, используемые для непосредственной поддержки плит перекрытия или крыши или настилов между стенами, балками и основными элементами конструкции.
Серии LH и DLH были разработаны с целью расширения использования балок до пролетов и нагрузок, превышающих те, которые предусмотрены стальными балками Open Web серии K.
Балки серии LH стандартизированы по глубине от 18 дюймов (460 мм) до 48 дюймов (1200 мм) для пролетов до 96 футов (29 000 мм).
Балки серии DLH стандартизированы по глубине от 52 дюймов (1300 мм) до 120 дюймов (3000 мм) для пролетов до 240 футов (73 000 мм).
Стальные балки с длинными и глубокими пролетами могут быть снабжены нижними или квадратными концами, с параллельными поясами или с одинарными или двойными верхними поясами, чтобы обеспечить достаточный наклон для дренажа крыши. Квадратные торцевые балки в первую очередь предназначены для опоры нижнего пояса.
Глубина гнезда подшипника на концах подвешенных балок серий LH и DLH установлена на уровне 5 дюймов (130 мм) для секций пояса с номерами от 2 до 17. Глубина гнезда подшипника составляет 7 дюймов.+1 ⁄ дюйма ( 190 мм) установлено для хорды серии DLH с номерами от 18 до 25. [1]
Композитные стальные балки Open Web серии CJ были разработаны для обеспечения структурной поддержки полов и крыш, которые включают в себя перекрывающую бетонную плиту, а также позволяют стальной балке и плите действовать вместе как единое целое после надлежащего затвердевания бетона.
Балки серии CJ способны выдерживать большие нагрузки на пол или крышу благодаря креплению бетонной плиты к верхнему поясу композитной балки. Соединение на сдвиг между бетонной плитой и стальной балкой обычно осуществляется путем приварки срезных шпилек через стальной настил к нижележащей композитной стальной балке серии CJ. [2]
Балочные балки представляют собой стальные фермы с открытым перемычкой, используемые в качестве основных элементов каркаса. Они спроектированы как простые пролеты, поддерживающие равномерно распределенные сосредоточенные нагрузки для системы пола или крыши. Считается, что эти сосредоточенные нагрузки действуют в точках панелей балочных балок.
Эти элементы стандартизированы на глубину от 20 до 120 дюймов (от 510 до 3050 мм) и длину до 120 футов (37 000 мм).
Стандартная глубина на концах подшипников установлена на уровне 7+1 ⁄ дюйма (190 мм) для всех балочных балок. Балочные балки обычно крепятся к колоннам с помощью двух болтов A325 диаметром 3 ⁄ дюйма (19 мм). [1]