Энциклопедия Брокгауза и Ефрона - балка (брус)

— брус, опирающийся на двух точках и нагруженный в направлении, перпендикулярном или наклонном к его длине. — Б. бывают дсревянные, чугунные и железные; первые имеют круглое или прямоугольное сечение, а металлические — теобразное и коробчатое.

1) Деревянные балки. Бревна для приготовления балок обтесываются с двух сторон: снизу и сверху; обе грани по уложении на место должны быть горизонтальны, причем ширина Б. равна диаметру бревна. Когда же строения возводятся с особой тщательностью, то Б. обтесываются с 4-х сторон. При такой обтеске, высоте и ширине Б. даются размеры, при которых она будет иметь самую большую силу сопротивления. Так как прочность сечения пропорциональна ширине и квадрату его высоты, то весьма выгодно увеличивать высоту Б., в пределах необходимой ширины, для сопротивления боковым усилиям. — Чтобы вытесать из бревна брус наибольшего сопротивления, нужно диаметр бревна разделить на 3 равные части, в точках деления восставить перпендикуляры, и точки пересечения их с окружностью соединить с концами диаметра. В таком брусе стороны относятся к диаметру, как √⅓:1 и √⅔:1, а между собой, как 1:√2 = 5:7. На этом основании А. Красовским составлена следующая таблица:

Длина балки в свету в арш.

3

6

9

10

11

12

13

14 Высота балки в верш.

2

4

6

6,60

7,30

8

8,60

9,30 Ширина балки в верш.

1,50

2,90

4,20

4,70

5,10

6,50

6,10

6,60 Диаметр бревна на балку в верш.

2,5

5

7½

8,0

9

10

11,0

12,0

Выдерживаемый прочно равномерно распределенный груз при R = 24 пуда:

а) на всю балку в пудах

12,25

47,40

102,9

125,40

151,30

179,70

212,60

249,70 б) на погон. арш. длины балки в пуд.

4,08

7,89

11,43

12,54

13,76

14,97

16,35

17,84

От обтески бревна теряется до 35% сопротивления при прямоугольном сечении и до 40% для бруса квадратного сечения. Размеры Б. зависят: 1) от ширины комнаты, 2) от груза, который будет лежать на них и 3) от взаимного расстояния между ними. Так как сопротивление Б. обратно пропорционально их длине, то из этого следует, что Б. всегда надобно класть по ширине комнаты, прибавляя от 4 до 9 верш. на каждый конец для укрепления Б. в стене. Груз, который несет Б., состоит из веса смазки, черного пола и оштукатуренного потолка, что составляет около 7,5 пуд. на один квадр. арш. (вес кв. фут. чистого пола равен 6 5/6 фун.; черного пола 6 5/6 фун.; кирпичной смазки 26 4/6 фун.; глины 4 фун.; подшивки потолка 2 1/6 фун.; штукатурки с дранью 7 фун.). Самая большая временная нагрузка в жилых помещениях бывает тогда, когда масса людей покрывает собой всю поверхность помещения. — Полагая на одну кв. саж. 9 человек и вес одного человека равным 4 пудам, получим,что на 1 кв. саж. пола жилого помещения — посторонней нагрузки приходится не более 36 пуд.; для другого рода помещений — принимают: концертных и танцевальных зал от 60 — 65 пуд., зернохранилищ до 180 пуд. и складов до 200 пуд. — По этим данным и определяют степень сопротивления, какой должна обладать Б. Из опытов дознано, что степень сопротивления Б. должна быть в 10 раз больше действующего на них груза. Относительно взаимного расстояния между балками нужно иметь в виду, что если смазка делается по доскам, то расстояние это не должно быть более 2 арш. для половых Б. и 4 арш. для Б. потолков, не несущих посторонней нагрузки. Если же потолок будет сделан по Б. из тонких бревен накатом, то расстояние между Б. может быть произвольно и будет тогда зависеть лишь от толщины их.

В России Б. обыкновенно располагают поперек покрываемого помещеиия и параллельно одна другой, на расстоянии 1,5 аршина середина от середины. — Толщина или высота Б. при таком их расстоянии между собой и обыкновенной нагрузке (по Рондле) составляет 1/24 их длины в свету, т. е. расстояния между опорными стенами.

Половые или потолочные балки в каменных зданиях закладываются или во время возведения стен, или же по окончании, на оставляемые для того горизонтальные выступы или борозды в стенах. Концы балок обвертываются войлоком и осмаливаются. Длина заделываемых концов балок бывает от 3 до 9 верш. и зависит от отверстия перекрываемого этими балками: — при отверстии до 4 саж. достаточно заделки в 3 вер., до 7 саж. — в 6 верш. и более в 9 верш.

В деревянных зданиях Б. врубаются в стены — лапой (см. Лапа) и сковороднем (см. Сковородень) или же кладутся на обрезы каменных фундаментов (см. Обрез). При укладке Б. следует наблюдать, чтобы не класть их на перемычки окон и дверей и удалять по возможности от дымовых каналов и не менее как на 1,5 кирпича. — В случае невозможности при этих условиях разместить Б. по стенам врубают некоторые Б. в ригеля (см. Ригель), опирающиеся в смежные Б.

На Б. употребляется дерево здоровое, срубленное в зрелом возрасте, потому что молодое скоро истлевает, а зрелое может существовать целые века. — Лучшим лесом для Б. считается сосна, обладающая легкостью и прочностью. Если высота Б. выходит более чем 10 верш., то ее подпирают, подвешивают или же составляют из нескольких брусьев. — Если подпоры не могут быть установлены часто, то для укрепления Б. употребляются подбалки — одиночные или двойные, первые обыкновенно в 1/9 длины Б., а из вторых: верхние в 1/7 и нижние в 1/14. — Когда Б. состоит более чем из одного бруса, то ее называют составной. Высота таким балкам дается от 1/15 до 1/13 перекрываемого пространства, при ширине от 10 до 12 дюймов. — Сопротивление их принимается в ¾ соответственно цельной Б. такого же измерения. — Брусья составной Б. соединяются между собой зубьями, шпонками или распорками и связываются хомутами или болтами:

а) Когда 2 бруса соединены для образования Б. зубьями (см. Зубья) — то глубина врубки равна десятой части высоты самой Б., а длина зуба — высоте Б. Нижнему брусу дается выгиб в 1/60 его длины. Болты, стягивающие брусья, располагаются на расстояниях равных двойной высоте Б. — Скрепление брусьев может быть сделано и хомутами, но для этого надо Б. делать посередине толще, чтобы можно было нагнать с конца хомуты. По опытам Дюгамеля — сумма высот всех врубок должна равняться ⅔ высоты балки.

б) Шпонками (см. Шпонка), обыкновенно приготовляемыми из дерева твердой породы, соединяют 2 бруса, стянутые сквозь шпонки или между ними болтами или хомутами. — Практические размеры шпонки след.: ширина в 3,5 раза более глубины врубки в Б., длина равна ширине соединяемых брусьев. — Волокна шпонок должны быть отвесны. По Тредгольду, сумма высот всех шпонок должна быть равна 1⅓ высоты всей Б., а ширина вдвое более ее толщины. Такими балками покрывают отверстии более 5 саж. Когда Б. составляется из нескольких брусьев, то стыки располагают в перевязку: верхнюю часть такой Б., подверженной сжатию, делают из дерева твердой породы, напр. дуба, лиственницы, а нижнюю, подверженную вытягиванию, из хвойного — сосны, ели.

в) Распорки (см. Распорка) располагаются между двумя не соприкасающимися брусьями, в расстоянии 3,5 футов одна от другой и стягиваются хомутами или болтами. — Такими балками можно накрывать пространства от 6 до 7 саж. Если брусья немного изогнуть и между ними вставить распорки, уменьшая их от середины к концам, то получим Б. в виде бруса равного сопротивления. Расстояние между поясами посередине не должно быть более 1/25 отверстия, для которого сделана балка.

Фиг. 1.

Фиг. 2.

Деревянные Б. в проезжих мостах допускаются для отверстий до 3 саж. и расстоянии между прогонами от 0,50 — 0,70 саж., а в железнодорожных мостах для отверстий до 2,50 саж. — В обоих случаях на Б. употребляется 8-и верш. лес. Составные Б. употребляются в мостах на проезжих дорогах с отверстием до 8 саж. и железнодорожных — с отверстием до 5 саж. Временная нагрузка на мостовое полотно принимается до 3 пуд. на 1 кв. фут. — Наибольшая нагрузка на ось экипажа или телеги до 150 пуд. Вес мостовой настилки с балками до 30 пуд. на одну кв. саж., или 0,6 пуда на 1 кв. фут.

Чугунные Б. в строениях впервые начали употребляться при устройстве несгораемых потолков; но так как чугун по своей хрупкости неудобен для длинных Б., то и употребление их не получило никакого применения. По этой же причине чугунные Б. весьма редко употребляются под мосты железных дорог и вообще везде, где Б. подвержены сотрясениям. — В Англии чугунные Б. встречаются чаще, чем где либо — в строениях при перекрытии служб, кладовых и складов. В этих помещениях устройство отдельных подпор или колонн для поддержания длинных Б. не представляет препятствия, а потому при дешевизне чугуна имеют большое применение. Чугунные Б. имеют сечение однотавровое с вытягиваемым поясом или двутавровое с неравными поясами, из коих верхний сжимаемый, а нижний вытягиваемый. Желая составить проект тавровой чугунной Б., надо придерживаться следующих правил и данных, выведевных из опыта: чугунная тавровая Б., свободно лежащая концами на двух опорах, признается достаточно прочной, если прогиб ее составляет не более 1/480 пролета Б. при величине пробного груза равного ⅓ ломающего. Центр тяжести сечения должен находиться почти на ⅓ его высоты, считая от крайних вытянутых волокон. Высота сечения делается в 1/12 пролета и уменьшается только в случае недостаточности остающегося материала для поясов, сложная площадь которых должна быть около 2/5 всей площади сечения.

Отношение толщины стенки к высоте сечения изменяется от 1/24 до 1/16, среднее около 1/20 и бывает вообще более при меньшей высоте и не менее ½ дюйма. Толщина сжимаемого пояса одинакова со стенкой, или немногим более, а вытягиваемого в 2 и до 1,5 раза более нежели стенки. Ширина обоих поясов определяется по сопротивлению сечения и по требуемому положению неизменяемой оси. Наибольшая длина целых чугунных Б. бывает до 5 саженей, а наименьшая толщина металла ½ дюйма. — Удлинение чугунных Б. принимается в 0,00111 для перемены температуры до 80°Р., считая от точки замерзания до точки кипения воды. Сопротивление чугуна раздроблению в 5 — 6 раз более сопротивления разрыву, а потому самой непрочной частью Б. будет нижний пояс, подверженный вытягиванию. Двойная тавровая форма, придаваемая чугунным балкам, введена Годжкинсоном, с целью уравнять сопротивление вверху и внизу. Толщина полок нижней и верхней и ребер должна быть почти одинаковой, если же будет допущена разница толщины, то переходы от одной толщины до другой следует делать плавно и незаметно. Поперечные утолщения, а также украшения для чугуна не годятся, потому что в них обыкновенно бывают пузыри и чугун около них часто лопается. Просветов в отвесном ребре, по той же причине, не делают, а главным образом потому, что подобные отверстия уменьшают сопротивление сдвигающему действию груза. Обыкновенно чугунные Б. делаются из одного куска: если бы, однако, потребовалось составить Б. из нескольких частей, то следует, при этом соблюсти следующие правила: выше нейтральной оси стыки составных частей Б. должны быть плоские, плотные и совершенно перпендикулярные к оси Б.; ниже части эти должны быть связаны болтами, проходящими сквозь закраины. Поперечное сечение этих болтов должно быть рассчитано так, чтобы удлинение их при данной натянутости было равно удлинению заменяемой ими полки. Условие это тогда только выполнимо, когда площадь сечения болтов составляет около половины площади полки-балки.

Железные балки — Обыкновенно самые употребительные формы поперечного сечении суть: а) прокатных железных балок — тавровая и двойная тавровая; б) котельных, состоящих из нескольких железных листов, соединенных между собой уголками и заклепками — двойная тавровая и трубчатая и в) шпренгелей, состоящих из плоского и брускового железа — прямоугольная.

Половые балки — обыкновенно двутаврового симметричного сечения. Железо на эти балки прокатывается в высоту от 12 до 22 дюймов; ширина поясов (см. Пояс) бывает при не высоком сечении вдвое менее высоты балки, а при высоком — втрое менее высоты балки; толщина же стенки от 3/16 до 5/16 дюйма, а поясов от ¼ до ½ дюйма.

Половые балки размещаются на взаимном расстоянии от 3 до 5 фут., заделываются концами в стены на глубину от 10 до 15 дюймов. Для увеличения сопротивления балок концы заделывают в стены со штырями или анкерами. При больших потолках такое устройство представляет то неудобство, что по причине удлинения или укорочения балок от изменения температуры — в заделанных местах происходит разрушение стены. Поэтому позади балок следует делать соответственные пустоты в кладке и концы балок оставлять свободными. Высота сечения этих балок, при вышесказанном расстоянии между ними, принимается в 1 /35 до 1/30 их длины в свету, причем до положения в дело дается им выгиб в 1/200 покрываемого отверстия. — Допускается прогиб не более 1/300 отверстия. — При самой грузной заделке междубалочного пространства кирпичными своликами, балки с сечением до 5 дюймов употребляются для перекрытия пролетов до 2 саж.; высотой в 7 дюймов — для пролетов в 3 саж.; и 9 дюймов — для пролетов в 4 саж. Балки с сечением в 10 дюймов употребляются только в случае необходимости поддержать очень большие грузы. — Для более значительных отверстий в последнее время начали выделывать почти на всех заводах двутавровые балки до 20 дюймов высотой и до 10 саж. длиной. — Такие балки выкатываются из болванок железа весом от 150 до 180 пуд. Один из бельгийских заводов представил на Антверпенскую выставку 1885 года балки длиной в 15 саж. и высотой 12 дюймов, выкатанные из одного нагрева болванки. Выделка столь тяжелых сортов балочного железа начала быстро развиваться с того времени, как стали употреблять плавленое железо. Из многочисленных опытов, произведенных над степенью сопротивления этих балок по сравнению с балками, выделанными из пудлингового железа, оказалось, что первые на 40% прочнее последних. Кроме того, Б., выделанные из плавленого жслеза на 85% дешевле пудлинговых. — Б. с однотавровым сечением употребляются на стропила, подкосы, стойки, раскосы и т. д. Для хорошего прокатного железа можно допустить в балках напряжения до 280 пуд., а при небольшой длине — 240 пуд.

Обыкновенные железнодорожные рельсы употребляются как балки для построек и для мостов. У нас принят тип американского, или виньолевского рельса, т. е. с одной головкой и уширенным основанием. Вес пог. фута рельса высотой в 5 дюймов изменяется от 25 до 28 фунт., в 4½ дюйма — от 22 до 24 фунт., и в 4 дюйма — от 21 до 22 фунт. Длина рельса бывает в 14, 17, 18 и 21 фут., а в последнее время и 28 футов при той же высоте в 5". Прочность рельсов, употребляемых в качестве балок, поверяется сообразно с распределенным на них грузом и способом поддержания концов. — Обыкновению рельсы употребляют в постройках для поддержания сводов. Для устойчивости каждый из концов рельсовой балки стягивается болтами с железной накладкой, в отверстие которой закладывается вертикальный штырь. — Расстояние между рельсовыми балками дается от 0,30 — 0,50 саж., смотря по величине пролета и толщиие свода. — Балки из рельсов для железнодорожных мостов отверстием до 8 фут. делаются из двух рельсов, склепанных между собой подошвами. Такие рельсовые балки концами своими лежат в чугунных подушках и склепаны через каждые 6 дюймов заклепками диаметра в 1 дюйм.

Железно-котельные склепанные балки отличаются от полосовых или прокатных тем, что состоят из отдельных частей, листов стенки и поясов, углового железа и т. д. По § 571 Урочного на строительные работы Положения, на железно-котельные балки полагается железо: на пояса, стенку, накладки и пр. — котельное, толщиною от ¼ до ⅝ дюйма; на сжимы кромок — угловое с ровными сторонами, шириной до 3 дюймов и толщиной от ¼ до ⅝ дюйма; на проушины и чеки для растяжек — полосовое; для растяжек — брусковое или тавровое; для заклепок — круглое от ⅝ до ⅞ дюйма. Накладки при стыках делаются шириной до 9 дюймов.

Высота сечения мостовых балок с одной стенкой допускается от 1/12 до 1/10, а гражданских построек от 1/25 до 1/20 отверстия. В гражданских сооружениях очень часто приходится делать балки из листов котельного железа, поставленных на ребро, соединенных по длине между собой заклепками и накладками, и для придания жесткости усиленными сверху и снизу приклепанными с обеих сторон листами посредством полос углового железа. Такие балки употребляются для пролетов от 3 сажен и более. Толщина стенки балки бывает от ¼ до ½ дюйма, а высота от 1/25 до 1/20 пролета в свету; угловое желзо берется в ¼ до ½ дюйма, при ширине полок от 2 до 3,5 дюйма; диаметр заклепок ½ —¾ д юйма, а расстояние между ними 4 дюйма. Поверка прочности таких балок производится по тем же формулам, что и прокатных и двутаврового сечения, если потерю сопротивления, происшедшую от отверстий для заклепок, возместить сопротивлением загнутых частей углового железа. При устройстве балок следует принимать в соображение: 1) чтобы котельные листы и уголковые полосы, из которых составляется балка, имели стыки, расположенные в перевязку; 2) швы углового железа не должны находиться в одной вертикальной плоскости со швами стенки; 3) выступ пояса за стенку не должен превосходить 20 раз взятой его толщины; 4) при склепывании полос углового железа с поясами необходимо наблюсти, чтобы горизонтально сидящие заклепки приходились между вертикальными заклепками другого шва; 5) для придания балке жесткости, через каждые 3,5 до 6 фут. приклепываются вертикальные стойки из углового железа или однотаврового таким образом, чтобы концы стоек упирались в горизонтальные листы поясов; 6) для увеличения жесткости и прочности верхнего сжимаемого пояса его заменяют квадратной или цилиндрической трубой или же по верху пояса приклепывают однотавровое железо, наблюдая при этом, чтобы стыки, соединенные накладками с заклепками, были перпендикулярны к оси балки и плотно пригнаны; 7) для того, чтобы котельная железная балка могла быть совершенно прямая под действием лежащего на ней груза, она должна иметь такую форму, чтобы, будучи не нагруженной, была несколько выпуклой кверху, т. е. имела подъем равный тому прогибу, который получит после нагрузки. На железных дорогах такого рода балки употребляются при отверстиях от 2 до в сажен, а на проезжих (шоссе) — до 10 сажен. Толщина стенки мостовых балок бывает от ½ до ⅝ дюйма, ширина до 3 фут.; длина 17 фут. Длина накладки 2 фута и толщина немного более стенки. Средняя толщина углового железа в поясах от ½ до ¾ дюйма, ширина изменяется с величиной пролета и обыкновенно бывает при пролете до 15 фут. — в 1,5 до 2 дюймов; при пролете до 25 фут. — в 2,5 дюйма, до 30 фут. — в 3 дюйма, до 40 фут. — в 3,5 дюйма и более 40 фут. — в 4 до 5 дюймов. Ширина полки железа в 3 раза более диаметра заклепки или в 6 раз более толщ. железа. Диаметр заклепок в ⅝ или ¾ дюйма и расстояние между их центрами 4—5 дюймов. Пояс состоит из 2 и до 6 листов, толщиной ¼ и до ½ дюйма, смотря по величине изгибающего момента и бывают шириной от 6 до 12 дюймов. Листы по длине склепываются в нахлестку одиночным или двойным швом с напуском концов около 1 фута. Высота Б. обыкновенно берется в 1/10 отверстия, а высота балок с двумя стенками коробчатого или трубчатого сечения для железнодорожных мостов принимается: при пролетах до 15 саж. в 1/10, до 22 саж. в 1/13 и свыше 22 саж. в 1/15 пролета в свету.

Железные шпренгеля обыкновеннно состоят из дугообразно изогнутого железного бруска, струны, стягивающей концы дуги, хомутов и болтов, предназначаемых для соединения струны с дугой. По концам шпренгеля имеют проушины, в которые вставляются штыри, служащие для укрепления балки в стене. Вместо болтов употребляются иногда распорки, и тогда вся система сжимается плотно хомутами, образуя одно целое. Для удержания балок шпрепгелей в вертикальном положении употребляются или бруски, или крестообразные связи с загнутыми концами в виде крючков для зацепления балок. Без поперечных связей балки эти не могут сохранить данного им положения и не только не могут поддерживать груз, но даже сами собой не могут удержаться в равновесии. В случае устройства шпрепгелей для перекрытия больших отверстий или поддержания верхнего ряда балок, они делаются парные, состоящие из двух, неизменяемо соединенных шпренгелей. В настоящее время система шпрепгельных балок вовсе оставлена и котельным балкам отдано предпочтение ввиду большей степени сопротивляемости сравнительно со шпрепгельной системой. Б последней достаточно какого-либо незначительного повреждения, напр., излома распорки или болта, чтобы уменьшить, а иногда и совсем упичтожить его сопротивляемость.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон

1890—1907