Будівництво / 03.03.2020

Балка типу. Сталева балка та її важливе значення у будівництві. Класифікація будівельних балок на кшталт торцевого перерізу

Балка – це довгомірний елемент, довжина якого значно більша за характерний розмір для поперечного перерізу. У складі будівельних конструкцій балка працює головним чином на вигин, тому її рекомендується виготовляти з тонкостінним поперечним перерізом. Найбільш затребуваними є балки двотаврового перерізу, що являють собою Н-подібний профіль, який утворений двома паралельними полицями і стінкою, що з'єднує їх.

Рис.1 - Двотаврові балки на холодильнику прокатного стану

У будівництві використовуються балки перекриття з різних матеріалів. Найбільш затребуваним варіантом є зварний або катаний двотавр. Розрахунок металевих балок перекриття ведеться, виходячи з кількості опор, схеми спирання на стіни та кріплення до основи, умов експлуатації та інших факторів. З розрахунку вибирається найбільш економічно прийнятний варіант балки.

За потреби виконується посилення металевих балок перекриття. Такі заходи потрібно проводити, якщо в процесі експлуатації цей елемент піддається горизонтальним навантаженням, які можуть призвести до зниження його характеристик та руйнування. Щоб уникнути цього явища, металеві балки підсилюють одним з наступних способів:

застосування накладок збільшення перетину (рис. 2а, 2б);
бетонування (рис 2в);
використання шпренгелю (рис. 2г);
застосування розпірних або натяжних пристроїв для регулювання напруги (рис. 2 д, 2е);
використання додаткових опор (рис 2, 2з).

Рис. 2 - Методи посилення балок

Залежно від методу виготовлення виділяють такі види металевих балок перекриття:

гарячекатані двотаври - найбільш дешевий і простий варіант, який передбачає використання прокату, що серійно випускається;
зварні, болтові, клепані балки – виготовляються спеціалізованими підприємствами та дозволяють вирішувати нестандартні будівельні завдання.

Гарячекатані двотаврові металеві балки перекриття

Основний обсяг двотавра, що використовується в будівництві, виготовляється гарячою прокаткою з безперервнолитої заготовки. Залежно від технології виробництва та геометричних характеристик продукції виділяють кілька груп балок.

Двотаври з ухилом граней полиць згідно з ГОСТ 8239

Цей вид продукції відрізняється наявністю ухилу внутрішніх граней полиць щодо зовнішніх у межах 6-12 °. Така продукція має такі характеристики:

профілі, що випускаються - від балки 10 до балки 60 (число позначає висоту в сантиметрах);
ширина профілю – від 55 до 190 мм;
товщина стінки – від 4,5 до 12 мм;
товщина полиць – від 7,2 до 17,8 мм.

Як балки перекриттів можуть використовуватися посилені двотаври з ухилом полиць за ГОСТ 19425, який спочатку розроблялися для виготовлення підвісних шляхів та армування шахтних стволів.

Рис.3 - Балка, що має ухил полиць

Двотаври з паралельними гранями згідно з ГОСТ 26020

Останнім часом у будівництві надається перевага більш економічним двутаврам, що мають паралельні грані полиць. Крім зазначеного стандарту, така продукція також виробляється за СТО АСЧМ 20-93 (має незначну відмінність по геометрії).

Характеристики нормальних двотаврів:

профілі, що випускаються - від балки 10Б1 до балки 100Б4 (число позначає висоту в сантиметрах, буква «Б» - нормальний профіль, остання цифра - номер типорозміру в групі з однаковою висотою);
ширина профілю – від 55 до 320 мм;
товщина стінки – від 4,1 до 19,5 мм;
товщина полиць – від 5,7 до 32,5 мм.

профілі, що випускаються - від балки 20Ш1 до балки 70Ш5 (Ш - широкополочний тип);
ширина профілю – від 150 до 320 мм;
товщина стінки – від 6,0 до 23,0 мм;
товщина полиць – від 9,0 до 36,5 мм.

профілі, що випускаються - від балки 20К1 до балки 40К5 (К - колонний тип);
ширина профілю – від 200 до 400 мм;
товщина стінки – від 6,5 до 23,0 мм;
товщина полиць – від 10,0 до 35,5 мм.

Рис.4 - Балка, що має паралельні полиці

Зварні, болтові та клепані балки перекриття

Такий варіант використовується, коли розміри металевих балок перекриття відрізняються від стандартних або катані двотаври не задовольняють розрахунковим умовам загальної стійкості, жорсткості або міцності. Крім того, перевага «збірним» балкам надається у разі їх більшої економічності або кращого рівня. експлуатаційних характеристик.

Найчастіше використовується зварна балка, яку виготовляють шляхом зварювання автоматично під флюсом. На попередньому етапі здійснюється розкрій, зачистка та правка металу, обробка кромок під зварювання, а потім безпосередньо процес з'єднання елементів в єдине ціле. Після зварювання готовий виріб керується для усунення термічних деформацій (грибовидності).

Таким чином, можна отримувати не тільки стандартні типорозміри, але й вироби змінного перерізу, посилені або бістальні двотаври.

Двутавр – це металевий профіль, виготовлений з вуглецевої та низькогованих сталей, дерев'яна або склопластикова балка з перетином у вигляді літери Н. Двутаври застосовують у будівельній індустрії, мосто- та суднобудуванні. При будівництві житлових та промислових будівель він необхідний для монтажу балок стельового перекриття. Як вибрати профіль і що врахувати під час його встановлення, щоб отримати міцну конструкцію?

Конструкційна форма двотавру

Різновиди двотаврових балок та їх основні характеристики

Зважаючи на великий попит на двотаврові вироби з різними характеристиками налагоджено їх виробництво не тільки зі сталі, але й інших матеріалів – дерева, алюмінію, залізобетону, склопластику. У приватному домобудуванні, в тому числі багатоповерховому, найчастіше застосовується фасонний металопрокат, зварні та дерев'яні двотаври.

Розібравшись, що таке двотавр, нескладно зрозуміти, що за рахунок своєї форми він має високу несучу здатність і жорсткість при малій питомій вазі (у 30 разів більше, ніж у квадратної балки з аналогічною площею). Його горизонтальні поверхні - полиці - несуть і служать опорними майданчиками, що розподіляють навантаження і не дають балці перекоситися або перекинутися.

Перекриття, виготовлені з двотаврових елементів, відрізняються міцністю, особливо важливою для подальшого монтажу покрівельної або полової основи.

Примітно, що міцність розташованих поруч двотаврових елементів підсумовується, а покладених один на одного – враховується.

Важливими параметрами, якими визначається необхідний вид двутавра, є:

габарити та площа перерізу;
вага погонного метра;
осьовий момент опору та інерції;
статичний момент та радіус інерції.

Двотавр як балка стельового перекриття

Тонкощі вибору двотаврових балок із металу

Як правило, металевий двотавр виробляється з вуглецевої та низьколегованої сталі, марка якої вказується в позначенні. Металургійні виробництва зобов'язані виготовляти його згідно нормативним документам, в яких прописані основні вимоги до хімічного складу матеріалу, геометричних параметрів і відхилень від норми, що допускаються. Поділ металопрокату на різні за характеристиками підвиди дозволяє використовувати його максимально широко і раціонально.

Сортамент металевих балок – розміри та маркування

За ГОСТ 8239-89 типорозмір двотавра визначається висотою його стінки: наприклад, профіль під номером 10 має відстань між полицями 100 мм, а 60 типорозмір - 600 мм.

Крім номера, що позначається у маркуванні матеріалу, існує ще кілька типів двотаврових профілів. Так, їх розрізняють:

за розташуванням полиць – з ухилом внутрішніх граней і з паралельними полицями;
за способом виробництва – виготовлені методом гарячого прокату (гарячекатані) та зварені із сталевих листів (зварні);
точності виготовлення – підвищеної точності (маркуються літерою Б) та звичайної точності (літера В).

Сортамент двотавру

Металевий двотавр, ухил внутрішніх граней якого становить від 6 до 12%, вважається класичним і, у свою чергу, класифікується за призначенням на звичайний та спеціальний металопрокат. Сортамент спеціальних двотаврових балок регламентується ГОСТом 19425-74 та поширюється на балки для підвісних шляхів (серія М) та для армування шахтних стволів (серія С).

Двотаври з паралельним розташуванням внутрішніх граней полиць виготовляються згідно з чинним ГОСТом 26020-83 або технічними умовами великого заводу-виробника СТО АСЧМ 20-93. Залежно від особливостей конструкції існують такі види балок:

нормальні балкові "Б" (характеризуються висотою до 1000 мм, шириною полиць до 320 мм);
широкополочні «Ш» (висота – до 1000 мм, ширина – до 400 мм);
колонні "К" (відрізняються шириною полиці, приблизно рівною висоті профілю).

Довжина стандартного металопрофілю становить від 4 до 12 м (двотаври з паралельними полицями можуть бути і 13-метровими), проте за погодженням із замовником допускається виготовлення більшої довжини.

Особливості зварного двотаврового профілю

Оскільки виробники випускають гарячекатаний прокат розміром не більше 60Б, для конструкцій, що вимагають високих показників жорсткості та несучої здатності, використовують зварний двотавр. Відповідно до ТУ У 01412851.001-95 їх також маркують по висоті стінки двотавра, тому існують типорозміри від 45БС (висота 445 мм) до 200БС (висота 2010 мм). Літерне маркування для гарячекатаних виробів поширюється і на зварні.

Виробництво зварної балки

Технологія їх виробництва з листового металубільш економічна, ніж прокочування сталевого слябу, проте є досить складним процесом. Якість і надійність звареної двотаврової балки багато в чому залежить від обладнання, що використовується, і неухильного дотримання всіх операцій:

заготівлі необхідної товщини повинні бути розкриті на верстатах з ЧПК або на обладнанні термічного різання;
елементи майбутнього двотавра на сучасних заводах зварюються на автоматизованих лініях із застосуванням гідравлічних притискних елементів;
готовий виріб підлягає обов'язковому виправленню, що усуває термічну деформацію, після якої він набуває чітко дотриманої геометрії.

Виробництво заготовок із маловуглецевої сталі, використання застарілого обладнання, порушення технологічних прийомів, низька кваліфікація зварювальника призводять до того, що двотаври, виготовлені кустарним методом, мають занижені експлуатаційні можливості.

Вибираючи матеріал, слід звертатися до надійних постачальників, продукція яких за механічними властивостями не поступається гарячекатаним аналогам.

У той же час, зварюванням можна робити різнополочні двотаври та балки змінного перерізу. Це дозволяє підібрати оптимальну площу перерізу та зменшити надмірний запас міцності конструкцій. Також зварні вироби можуть бути виконані певної довжини, із заданими вирізами та отворами, із застосуванням різних марок сталі (бістальні балки), завдяки чому замовник отримує більш технологічну та економічну форму опор.

Зварні двотаврові балки змінного перерізу та з перфорацією

Переваги та недоліки використання Н-профілю

Тільки в Росії та країнах СНД існує понад 20 металургійних заводів, багато з яких є гігантами, що виробляють мільйони тонн прокату на рік. Двотаврові балки займають левову частку цього обсягу, оскільки відрізняються універсальними характеристиками:

найбільш раціональною з погляду витрати металу формою для балкових елементів;
відмінними показниками по зносостійкості та міцності виготовлених з них конструкцій;
наявністю держстандартів та технічних умов, що диктують якісні параметри виробів;
монолітністю та відсутністю зварних швів у гарячекатаних двотаврів – для особливо відповідальних металоконструкцій;
різноманітністю характеристик та властивостей у зварних двотаврів – для полегшення балкових конструкцій, зменшення навантаження на фундамент та зниження вартості будівельного проекту.

Плюсів у звареної та гарячекатаної металопродукції багато, проте є й умовні недоліки, які необхідно враховувати на етапі проектування:

мала стійкість Н-подібної балки до скручування (у 400 разів менше, ніж у балки круглого перерізу);
дефіцит гарячекатаних двотаврів великих типорозмірів та вимушена їх заміна зварним профілем;
необхідність додаткового армування зварних двотаврів, що використовуються як навантажені елементи;
невиправдано висока металоємність і велика кількістьвідходів при використанні балки довжини та товщини, визначених ГОСТом, а не замовником.

Придбати прокатні балки можна одночасно у торгуючих металопрокатом посередників чи виробників, а зварні вироби найчастіше потрібно замовляти заздалегідь.

Застосування двотаврового металопрокату

Інтенсивний розвиток будівельної промисловості викликав необхідність удосконалення та раціоналізації способів виготовлення металевих двотаврових балок, завдяки чому сфера їх застосування помітно розширилася. Сьогодні двотавр використовується як у малоповерховому приватному будівництві, так і у великих проектах комерційного та промислового спрямування, а також у важкому машинобудуванні.

Двотавр у вигляді покрівельної ферми ангара

Де застосовується Н-подібний сталевий прокат

У ході теоретичних та експериментальних досліджень було доведено, що двотаврові балки оптимально сприймають навантаження на вигин, отже їх доцільно використовувати у вигляді несучих елементів:

металевих балок перекриття будівель;
колонних металоконструкцій;
мостових споруд;
підвісних шляхів;
рамних конструкцій вагонів, автомобілів, екскаваторів та ін.;
арматурного каркасу стін шахт.

Широкополочний двотавр можна використовувати для балок, колон і стрижнів середньонавантажених ферм, тоді як колонний ставиться тільки при великих прольотах і суттєвих навантаженнях (на фото – двотаврова балкаколонного типу).

Колонний двотавр

Розрахунок сталевого двотавра - що важливо врахувати

Щоб мінімізувати відходи, полегшити конструкцію, тим самим знизивши трудові та матеріальні витрати без шкоди для міцності будівлі, потрібний професійний розрахунок двотаврових балок. Таку послугу надають архітектурні та конструкторські бюро чи будівельні фірми.

У нескладних випадках калькуляцію можна провести самостійно, проте рекомендується перевірити її результати у фахівця.

Вихідними даними для вирішення завдання на вибір профілю відповідно до несучої здатності служать кілька показників:

відстань між внутрішніми гранями більш коротких стінок (довжина прольоту);
нормативне та розрахункове навантаження (нормативні дані беруться з таблиць відповідного ГОСТу, а розрахункові визначаються шляхом їх множення на крок балки (від 0,8 до 1,2 м));
кількість двотаврів, з'єднаних в одній балці (у тому випадку, якщо вона складова), та їх орієнтація щодо навантаження;
розрахунковий опір (параметр, що залежить від марки сталі, зазвичай береться усереднене значення Ry = 210 МПа).

Обчисливши необхідний момент осьового опору, можна визначити номер двотавра (це також робиться за таблицями).

Монтаж перекриття по металевих двотаврових балках

Незалежно від того, ведеться будівництво нової будівлі або реконструюється старе, монтаж перекриття повинен вестися по кресленню поверхні, що дає докладне уявлення про майбутню конструкцію. Заборонено збільшувати крок між двотаврами на відстань більш розрахункового, оскільки економія на цьому етапі загрожує негативними наслідками.

Переваги перекриттів із двотавра

Опорами для двотавра є металеві, залізобетонні або цегляні колониі несучі стіни. При установці обов'язково треба використовувати будівельний рівень – це допоможе уникнути проблем під час монтажу опалубки. Також важливо забезпечити достатню площу опор – для цього балки мають заходити на стіну більш як на 20 см.

На опорних поверхнях потрібно закріпити фанерний лист розрахункової товщини для опалубки під заливання бетонної бетонної плити. Необхідно, щоб її товщина становила щонайменше 1/35 крокового відстані. Після установки підтримуючої системи (її зазвичай виготовляють із металевих розпірок або дерев'яних балок по 1–2 шт. на кв. м.) важливо перевірити міцність балкового перекриття власною вагою, намагаючись виявити найменші коливання поверхні.

При облаштуванні великих прольотів іноді виникає потреба у стикуванні двотаврів – ГОСТу як такого для цієї операції не існує, проте є відповідна вимога до СП 16.13330.2011 «Сталеві конструкції».

Відповідно до нього стикування допускається проводити одним із трьох способів:

зварюванням встик фрезерованих торців;
на накладках із зварними або зварними з'єднаннями;
за допомогою фланців, що сприймають зусилля, що розтягує болтами, тоді як стискаюче - через притискання фланцевих поверхонь.

Варіанти виконання монтажних стиків

Вузол кріплення двотавра з колоною за допомогою накладок та болтового з'єднання.

Слід пам'ятати, що металеві балки схильні до корозії, тому їх потрібно захищати лакофарбовими покриттями.

Дерев'яні балки-двотаври – сортамент та практичне застосування

Доцільність застосування двотаврових балок із дерева викликає чимало сумнівів. Зокрема, багато хто дивується, чим вони відрізняються від простих дерев'яних брусів. Відповідь на ці сумніви криється знову-таки в особливій конструкції двотавра, який в даному випадку складається з двох дерев'яних полиць і фанерної стінки - за рахунок цього він здатний витримати згинальне навантаження, в кілька разів велике, ніж монолітна балка з простим перетином.

Дерев'яні двотаври – новинка на ринку будматеріалів

Види та типорозміри дерев'яних профілів

Асортимент цього будматеріалу досить добре опрацьований і дозволяє його застосовувати як несучий елемент не тільки перекриттів та кроквяних систем, але й каркасів стін та дахів. Так, розрізняють такі серії дерев'яних двотаврів:

клеєна (БДК) – балка склеюється з конструктивних елементівсинтетичними смолами під високим тискомта призначена для використання у коротких прольотах;
клеєна посилена (БДКУ, БДКУ-Л) – завдяки збільшеній ширині полиці (64 мм) балки цієї серії мають достатню площу для цвяхового кріплення та можуть бути застосовані на довгих прольотах;
клеєна широка (БДКШ, БДКШ-Л) – відрізняються ще ширшою полицею (89 мм), тому серія призначена для використання в конструкціях, що мають дуже високе навантаження, кроквяних системахабо на наддовгих прольотах;
стінова посилена (СДКУ, СДКУ-Л) – цей вид балок використовується в каркасі стін як його основа;
широка стінова (СДКШ, СДКШ-Л) – стійки з таким маркуванням застосовуються для виготовлення стінових панелей.

Літера Л наприкінці маркування означає, що балка виготовлена з високоміцного бруса LVL, що надає їй міцності, що перевищує звичайну в 1,25-1,5 рази. Стандартна довжина балок – 6 м, тоді як серії БДКУ-Л та БДКШ-Л випускаються в довжинах від 6,5 до 8 м. Їх висотний ряд має такий вигляд: 241 мм, 302 мм, 356 мм, 406 мм, 457 мм.

Каркасна будівля з двотаврових балок

Монтаж перекриття їх двотаврів

Переваги двотаврової балки з дерева

Звичайно, система двотаврових дерев'яних конструкційне може в повному обсязізамінити метал та залізобетон, проте вони залишаються лідером серед сучасних та надійних будматеріалів завдяки цілій низці технічних та експлуатаційних характеристик:

універсальність застосування – такі двотаври придатні для будівництва каркасних, цегляних, блокових та дерев'яних будинків;
мала маса опорного стрижня (6-метрова балка важить у середньому близько 40 кг), що дозволяє вести монтаж без залучення спецтехніки;
висока швидкість монтажу та його простота – досвідчений монтажник за день може перекрити весь будинок за допомогою простого теслярського інструменту;
широкий вибір виробничих серій та солідна номенклатура розмірів;
низька теплопровідність та водостійкість (за умови достатнього просушування деревини).

До умовних мінусів дерев'яного двотавра слід віднести залежність його надійності від умов виробництва: якості та сорту деревини, з якої виготовлені опорні частини та стійки балки, термостійкості та пластичності клеючої маси, точності геометричних розмірів та збирання елементів.

Крім того, дерево вважається відносно нестабільним матеріалом, міцність якого може змінюватись протягом усього експлуатаційного періоду.

Варіанти розрахунку та монтаж матеріалу

Так само, як і у випадку з металевими двотаврами, підбір розмірів дерев'яного двотавра ведеться виходячи з розрахункового та нормативного навантаження, умов експлуатації, кроку балок та довжини прольоту. В окремих випадках допустимо скористатися табличними даними, що пропонують готові технічні рішення. Однак через особливу відповідальність перекривають і кроквяних конструкцій, ці параметри рекомендується звірити у професійного архітектора.

Таблиця 1: Підбір типорозміру дерев'яного двотавра під час улаштування перекриття

Таблиця 2: Підбір типорозміру дерев'яної двотаврової балки при влаштуванні похилих крокв.

Установку двотаврів роблять за допомогою тимчасових кріпильних елементів, які надалі замінюються стаціонарними.

Експлуатувати поверхню до того часу, як змонтовано обв'язування та не встановлено постійних закріплень, заборонено. Ретельно розраховані та грамотно зібрані конструкції з двотаврів відрізняються надійністю, довговічністю та високою несучою здатністю.

– один із видів металопрокату. Його особливістю є висока здатність, що несе, завдяки н-подібному перерізу, який характеризує виріб. За допомогою цього виробу можна збільшити надійність конструкції будівлі. Властивість еластичності, якою володіє двотаврова балка, забезпечує запас гнучкості конструкції та низький коефіцієнт стисливості.

Завдяки володінню цими властивостями двотаврова балка допомагає забезпечити високу опірність навантаженням та значним механічним впливам. Функція остова двотаврової балки допомагає збільшити надійність і тривалість служби споруди, що зводиться, а також термін її експлуатації.

Зовні цей вид металопрокату є бруском зі сталевого сплаву, який в поперечному перерізісхожий з літерою "н". Конструкція має верхній та нижній пояс, які з'єднуються між собою за допомогою стінки. Полиці на балці можуть розташовуватися паралельно, так і під деяким кутом по відношенню до один одному. Залежно від цього кута нахилу змінюється призначення самого виробу.

Так, широкополочна конструкція досить поширена. Для її виготовлення застосовується метод холодного та гарячого катання. Для їх виробництва беруть низьколеговані та вуглецеві сталі.

Маса та габарити двотаврової балки відповідає ГОСТ 8239-89. Висота їх буває така: 10 см, 12 см, 14 см, 16 см, 18 см, 19 см, 20 см, 24 см, 27 см, 30 см, 36 см, 45 см (див. таблицю). Якісний прокат має дуже малу похибку, що необхідно враховувати при купівлі цих виробів. Залежно від точності розмірів та ваги на 1 м двотаври класифікуються як високоточні вироби – А та звичайної точності – Ст.

Відповідаючи сортаменту, двотаври можуть бути завдовжки від 4 до 13 м:

мірної довжини (розмір двотавра по довжині);
кратної мірної довжини (6 метрів та 12 метрів двотавра в одній пачці);
мірної довжини із залишком до 5% маси всієї партії;
немірної довжини.

Багато хто задається питанням, якою має бути вага двотавра. Значення ваги двотаврової балки можна розрахувати за такою формулою:

де g = 9.81 m/c2 – прискорення вільного падіння, m – питома вагапогонний метр балки.

ГОСТ 8239-89 є регламентом розмірів та ваги двотаврової балки, створений, щоб не виникало непорозуміння. У цьому основному документі можна ознайомитись з технічними вимогами, правилами приймання, способами випробування, маркуванням, зберіганням, упаковкою та точною вагою готового виробу.

Таблиця відбиває розмір двотавра, теоретичну масу балки, тобто вага за погонний метр. При цьому не варто забувати, що вага вказується на 1 погонний метр із ухилом внутрішніх граней 6-12%. Кожен виробник має свої спеціальні таблиці двотаврів. У них міститься інформація про необхідних параметрахпродукції, методі виробництва, товщині стінок, технічні характеристики, масі, марці металопрокату, з якого він виготовляється.

Відповідно до умовних позначень можна визначити такі параметри:

h – висота самого виробу;
b – ширина полиць;
S – товщина стін;
t – середня товщина полиць.

Двотаврові балки діляться на нормальні (Б-25 Б1), широкополочні (30Ш1), колонні 30К2 і т.д. Балки починаються від Н-100 мм до Н-1000 мм. Якщо Н двотавра перевищує ці значення, або менше, то вони виробляються лише за спецзамовленням. Величиною балки є відстань, що розділяє крайні полиці.

Різні розміри двотаврових балок відповідає різниці погонного метра однієї балки та кількості метрів в одній тоні. Відповідно до номера профілю розраховується загальна вага металопрокату за умови, що відома вага 1 м прокату. При масі балки 45 та вазі погонного метра 66,5 кг має довжину в тонні 15,04 м.

Сортамент двотаврової балки наступний:

гарячекатані двополочні. Такі вироби виготовляються за європейськими стандартами із паралельними гранями. Завдяки наявності широких полиць граней виріб набуває додаткової міцності. Метод гарячої прокатки зменшує трудомісткість процесу, тому вартість її цілком демократична і доступна різної категорії населення. Найбільш поширена область їх застосування – це каркасне та великопанельне будівництво, машинобудування, суднобудування;
гарячекатані нормальні. Такі балки застосовуються найчастіше і підходять для різноманітного будівництва за різного ступеня навантаження. Придбання двотаврової балки вважається найбільш доцільним для будівництва металоконструкцій, ніж використання громіздкого листового металу та куточків;
гарячекатані з ухилом внутрішніх граней. Найчастіше такі вироби застосовуються при навантаженні, що створює поперечний вигин. Це допомагає створити максимальний рівень жорсткості по горизонтальній осі. Для виготовлення застосовується звичайна вуглецева сталь.

Балки ТИПИ БАЛОК ТА ЇХ СТАТИЧНІ СХЕМИ Металеві балки відносяться до згинальних елементів і застосовуються головним чином для перекриття прольотів багатоповерхових промислових і цивільних будівель 6 18 м а також одноповерхових промислових будівель у вигляді підкранових балок шляхів підвісного транспорту Найбільш раціональні у використанні прокатні балки двотаврового та швелерного перерізу через простоту їх виготовлення. При недостатній потужності прокатних балок широко застосовують зварні складові...

Поділіться роботою у соціальних мережах

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

МЕТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЇ

Лекція 9м. Балки

ТИПИ БАЛОК І ЇХ СТАТИЧНІ СХЕМИ

Металеві балки відносяться до елементів, що згинаються, і застосовуються головним чином для перекриття прольотів багатоповерхових промислових і цивільних будівель 6—18 м, а також одноповерхових промислових будівель у вигляді підкранових балок, шляхів підвісного транспорту і рідше несучих балок покриттів з прольотами 18—24 м.

Найбільш раціональні у використанні прокатні балки двотаврового та швелерного перерізу через простоту їх виготовлення. При недостатній потужності прокатних балок широко застосовують зварні складові балки двотаврового перерізу, а для конструкцій, що піддаються динамічним та вібраційним навантаженням, складові балки на високоміцних болтах і клепані балки (рис. 1 – 9).д, е ). При прольотах до 6 м замість прокатних сталевих та пресованих алюмінієвих балок доцільно застосовувати сталеві балки із гнутих профілів швелерного або коробчастого типу. Зварні складові балки можуть бути суцільно-тенчастими або зі стінкою з круглими, овальними або багатокутними отворами, які використовують для прокладки інженерних комунікаційта інших цілей (рис. 2 – 9а, б). У проміжках між отворами влаштовують поперечні ребра жорсткості, що забезпечують стійкість стінки.

Останнім часом у будівництві знаходять застосування балки із перфорованою стінкою (рис. 2 – 9,в, г). Перфоровані балки отримують шляхом розрізання двотаврового гарячекатаного профілю ламаною лінією поздовжньому напрямку. Потім обидві частини зсувають до з'єднання гребенів впритул, після чого їх зварюють. Залежно від довжини та висоти профілю, а також від форми ламаної лінії можна отримувати різні отвори та різну висоту перфорованої балки. Найбільш оптимальний профіль може бути зі збільшенням висоти до 1,5н.

Перфоровані балки мають таку ж масу, як і прокатні профілі. При цьому їхня несуча здатність і жорсткість значно вища, ніж у вихідного профілю, а отже, вона може бути застосована при більшому прольоті та більшому навантаженні. Найкраще використовувати такі балки при великих прольотах та малих навантаженнях. В цьому випадку вплив поперечних сил на напруги у вертикальній стінці незначний. Проектування перфорованих балок дозволяє отримати економію сталі до 20-30%. Однак, враховуючи більш високу вартість виготовлення, їхнє застосування має бути економічно виправдане.

При збільшенні прольоту чи збільшенні розрахункового навантаження на балку раціонально використання сталевих попередньо напружених балок (рис. 2 – 9,д), у яких попередньо напружений трос розташовується у зонах максимального розтягування.

У статичному відношенні балки можуть бути однопрогоновими розрізними, двопрогоновими та багатопрогоновими нерозрізними. Вони можуть бути консольними та безконсольними (рис. 3 - 9). Найбільше застосування в будівництві знаходять однопрогонові розрізні балки як найпростіші в монтажі та експлуатації. За трудомісткістю виготовлення нерозрізні балки поступаються першим, проте за витратою матеріалу і жорсткістю вони більш ефективні, що визначає їх широке застосування в багатоповерхових каркасах, при цьому особливу увагуприділяється обліку температурних впливів та осаду опор, оскільки нерозрізні балки дуже чутливі до таких впливів.

Генеральними розмірами балки називають її розрахунковий проліт l е f та висоту перерізу h (Рис. 4 - 9). Справжній або конструктивний розмір балки l призначають з урахуванням розмірів опорних майданчиків, розмір яких залежить від здатності їх матеріалу, що несе. Відстань у світлі l 0 між опорними вузлами залежить від умов експлуатації споруди та призначається у процесі проектування.

Оптимальне значення висоти балки залежить від розрахункового прольоту, навантаження, класу сталі, призначення балки тощо. і лежить у межах h / l е f = (1/10-1/16). Мінімальні значення висоти перерізу балки при ескізному проектуванні можна набрати за табл. 1-9 при q п/q d = 1,2 (де q п і q d — погоне нормативне та розрахункове навантаження) залежно від тимчасового опору сталі та відносних прогинів балок до прольоту.

У будівлях та спорудах металеві балки застосовують у виглядібалкових клітин , Т. е. перекриттів, що складаються з системи балок. Балочна клітина включає головні балки, що перекривають основний проліт із кроком L =6 -9 м, та допоміжні балки, що спираються на головні з кроком В = 1,5-3 м (рис. 5-9).

Залежно від взаємного розташування головних та допоміжних балок розрізняють чотири типи балкових клітин: з верхнім розташуванням допоміжних балок (рис. 5-9,а); з розташуванням допоміжних балок з головними на одному рівні (рис. 5-9,б); зі зниженим розташуванням допоміжних балок (рис. 5-9,в) ; ускладнена система, що має два типи допоміжних балок, - поперечних і поздовжніх (балок настилу) по відношенню до головних балок (рис. 5-9, г). Балки настилу проектують із кроком 0,5—1,2 м.

Вибір балкової клітки залежить від конструкції перекриття (металевий настил, залізобетонні плити тощо), від наявності технологічного обладнання, підвісної стеліта інших факторів, тому тип балочної клітини визначається кожному за конкретного випадку варіантним проектуванням.

Найбільш прості у зведенні та економічні за витратою матеріалу балкові клітини з верхнім розташуванням допоміжних балок, але мають недолік – велику будівельну висоту перекриття. При обмеженні будівельної висоти перекриття найбільш доцільним рішенням має балкова клітка з розташуванням допоміжних балок з головними в одному рівні. Балкові клітини зі зниженим розташуванням допоміжних балок та з ускладненою системою застосовують у більшості випадків при спиранні технологічного обладнання або дрібнорозмірних плитах перекриття.

РОЗРАХУНОК ПЕРЕЧЕННЯ ПРОКАТНИХ І СКЛАДНИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ БАЛОК

У більшості випадків на балочну клітину діє рівномірно розподілене навантаження, яке при розрахунку призводять до лінійного навантаження на балку настилу, допоміжну та головну балки з їх вантажних площ (рис. 6-9). Розрахунок балок роблять у тій послідовності, як і передається навантаження: на елемент настилу, допоміжну і головну балку. Підбору перерізів передує статичний розрахунок балок, в результаті якого визначають розрахункові моменти, що згинаютьМ та розрахункові поперечні сили Q у характерних перерізах.

Розрахунок балок виробляють за двома граничними станами: несучою здатністю і прогинами. Розрахунок прокатних балок, виконаних з прокатних або гнутих двотаврів, швелерів та інших профілів, зводиться до визначення необхідного номера профілю за сортаментом і перевірки його на міцність за нормальними і дотичними напругами, жорсткість і стійкість за формулами, які ми виписували для елементів, що згинаються на минулій. . Ці формули у найпростіших випадках можна переформатувати таким чином, щоб у лівій частині нерівності стояла геометрична характеристика, що шукається. Однак у більшості випадків тут необхідно проводити багатофакторний аналіз. А він найчастіше виконується методом підбору, використовуючи різні допоміжні таблиці. Як, наприклад, таблиця наближених значень висот балки (табл.1 - 9). А надалі, коли у Вас накопичиться досвід, Ви просто задаватимете виходячи з власного досвіду значення геометричних характеристик і з ними перевірятиме несучу здатність і здатність до експлуатації і в пояснювальній записці приводити результати цих перевірок. До речі, саме цього від нас вимагає Держ. Експертиза.

СТИКИ ПРОКАТНИХ І СКЛАДНИХ БАЛОК. ВУЗЛИ КРІПЛЕННЯ БАЛОК

Стики бувають заводськими, що виконуються на заводі з метою збільшення довжини елементів, що входять в окремий відправний елемент, та монтажними, що виготовляються на будівельному майданчику; вони призначені для поєднання окремих відправних елементів у робочу конструкцію (рис. 7-9).

Кількість монтажних стиків та їх розміщення проектують за умовою транспортування. Монтажні стики значно дорожчі за заводські, так як вони вимагають додаткового матеріалу на стикові накладки та монтажні болти, тому їх кількість повинна бути мінімальною.

Найбільш простим є стик, пояси та стінка якого стикуються в одному перерізі. Однак такий стик у зоні дії максимального згинального моменту не забезпечує рівноміцності стику та основного матеріалу. Внаслідок цього в найбільш напружених зонах влаштовують шов врозбіг, виконуючи в полицях косий стиковий шов, що забезпечує високу надійність з'єднання (рис. 7-9, а, б). Для зменшення впливу усадкових деформацій, що виникаютьпри зварюванні, стиковий шов виконують у послідовності, показаній цифрами на рис. 7-9, ст. Після зварювання стикового шва на відстані 500 мм по обидва боки приварюють полиці до стінки.

Збільшення надійності стику в прокатних і складових балках при дії значних моментів і поперечних сил може бути досягнуто за допомогою горизонтальних накладок, що встановлюються по верхній і нижній полицях і двосторонніх вертикальних накладок по стінці балки (рис. 7-9, г). У цьому випадку перетин накладки та флангові зварні шви, що прикріплюють накладку до полиці, розраховують зусилля S , що визначається за формулою

S = (М - М w) / z, (1-9 м)

де Мь - Повний розрахунковий згинальний момент в стику балки;М w = Мь. (/ J w / J b ) - згинальний момент, що сприймається стінкою балки; J w та J b - моменти інерції стінки та повного перерізу балки; z - відстань між центрами верхньої та нижньої полиць.

Шви, що прикріплюють накладку до стінки балки, перевіряють відповідно металу шва і металу межі сплавлення.

Балки спираються на колони зверху чи примикають збоку. В одноповерхових промислових та цивільних будинках переважне застосування має перший випадок, варіанти якого в залежності від конструктивного рішення колони показані на рис. 8-9.

J b

У першому варіанті (рис. 8-9 а) балка спирається на колону шарнірно-вертикальним опорним ребром жорсткості, випущеним за габарит нижньої полиці на 10 - 15 мм. Торці опорних ребер жорсткості для забезпечення необхідного майданчика зминання пристосовуються до центруючої пластини, що приварюється до опорної плити колонки оголовка. При спиранні балок на двогілкову колону (рис. 8-9 б) опорні ребра жорсткості віддалені від торця балки і збігаються з площиною стінок гілок колони. У цьому випадку потрібні пригін та приварювання опорних ребер жорсткості не тільки до стінки балки, але і до її полиць.

У разі примикання балок до колон збоку розрізняють шарнірне та жорстке рішення вузла сполучення. При шарнірному опиранні кріплення не перешкоджає вільному повороту балки в опорному вузлі, що визначає роботу балки як однопрогонової системи розрізу (рис. 9-9).

Залежно від призначення балка може примикати або полиці колони (рис. 9-9, а, г, д), або стінки колони (рис. 9-9, б, в). Передача опорної реакції балки на колону здійснюється через болтове фланцеве з'єднання(рис. 9-9, а, б) або за допомогою опорних столиків у вигляді плоскої пластини або нерівнополичного куточка (рис. 9-9,0, г,д), приварених до полиць чи стінки колони. З погляду зручності виконання робіт передача опорної реакції через опорний столик краща.

Жорстке кріплення балок до колон передбачають у разі проектування рамного каркаса або тоді, коли балка перекриття виконує одночасно і функцію балки-розпірки у вертикальних зв'язках каркасу (рис. 10-9).

При жорсткому кріпленні верхня і нижня полиці балки за допомогою горизонтальних планок (рис. 10-9 а) або косинок вертикальних зв'язків (рис. 10-9 б) прикріплюють до колон жорстко, що перешкоджає повороту балки в опорному вузлі.

Стикові планки та косинки сприймають горизонтальні складові сили S = М/Н, що виникають від дії згинального моменту в опорному вузлі. Опорна реакція при жорсткому кріпленні балки передається на колону способом, аналогічним передачі опорної реакції при шарнірному кріпленні балки до колони. Застосування жорсткого вузла більш трудомістке порівняно з шарнірним, але на 30% дозволяє знизити витрату металу на балки.

Вузли кріплення балок до балок також можуть бути шарнірними та жорсткими (рис. 11-9).

Перевагу слід віддавати шарнірним вузлам як найпростішим у виконанні робіт. При односторонньому примиканні допоміжних балок до головних (рис. 11-9,а - в) від вигину допоміжних балок виникає крутіння головної балки, що вкрай небажано. Для запобігання цьому явищу в стику з протилежної допоміжної балки сторони влаштовують ребро жорсткості, а під допоміжну балку вводять косинку, що приварюються до стінки та полиць головної та допоміжної балок (рис. 11-9)., г, буд).

Жорстке кріплення балок до балок роблять, як правило, у разі двостороннього примикання допоміжних балок до головних (мал. 11-9,е) . Конструктивно таке сполучення виконують подібно до жорсткого стику балки з колоною.

З'єднання поясів зі стінкою в зварних балках здійснюють безперервними кутовими швами. Шви перешкоджають взаємному зсуву пояса та стінки, внаслідок чого в них виникають дотичні напруження, що є функцією впливу поперечної сили (рис. 12-9).

Отже, найбільші значення дотичних напруг виникатимуть поблизу опори. Товщину зварного шва, що прикріплює полицю до стінки, визначають з умов його роботи з металу шва і металу межі сплавлення.

Розрахунок та конструювання пресованих та зварних балок з алюмінієвих сплавів виробляють аналогічно сталевим балкам. Однак враховуючи велику деформативність балок з алюмінієвих сплавів, їхня мінімальна висота повинна бути більшою, ніж у сталевих балок, тому значенняН т гп та Н 0 р1 для балок із алюмінієвих сплавів визначають відповідно за формулами:

(2-9 m)

(3-9 m)

При конструюванні балок із алюмінієвих сплавів слід приймати h  5 b .

Коефіцієнт  b при перевірці загальної стійкості алюмінієвої балки слід приймати з урахуванням вимог гол. СНіП 2.03.06-85 «Алюмінієві конструкції».

Лекція 10м. Колони

Інші схожі роботи, які можуть вас зацікавити.
229.		СТАТИЧНІ ТА КОНСТРУКТИВНІ СХЕМИ РАМ	10.96 KB
	Рамні конструкції СТАТИЧНІ ТА КОНСТРУКТИВНІ СХЕМИ РАМ Рами є плоскі конструкціїщо складаються з прямолінійних ламаних або криволінійних прогонових елементів ригелями рами і жорстко пов'язаних з ними вертикальних або похилих елементів званих стійками рами. Такі рами доцільно проектувати при прольотах понад 60 м проте вони можуть успішно конкурувати з фермами і балками при прольотах 24 60 м. У статичному відношенні рами можуть бути тришарні двошарні і безшарні рис. Тришарнірні...
230.		СТАТИЧНІ ТА КОНСТРУКТИВНІ СХЕМИ АРОК	9.55 KB
	За статичною схемою арки поділяють на тришарнірні двошарнірні та безшарнірні рис. Двошарнірні арки менш чутливі до температурних і деформаційних впливів ніж безшарнірні і мають більшу жорсткість ніж тришарнірні арки. Двошарнірні арки досить економічні за витратою матеріалу прості у виготовленні та монтажі і завдяки цим якостям знаходять переважне застосування у будівлях та спорудах. В арках завантажених рівномірно розподіленою...
2006.		Статичні та астатичні системи управління	50.28 KB
	Статичні та астатичні системи управління Залежно від принципу та закону функціонування ЗУ, що задає програму зміни вихідної величини, розрізняють основні види САУ: системи стабілізації програмні системи, що стежать і самоналаштовуються, серед яких можна виділити екстремальні оптимальні та адаптивні системи. До цього виду САУ можна віднести заводні іграшки магнітофони програвачі і т.1 забезпечують y = ft і системи з просторовою програмою в яких y = fx застосовувані там де на виході САУ важливо.
7150.		Основні елементи даних. Призначення та типи ключів. Типи стосунків. Побудова відносин	31.46 KB
	Відносини між таблицями Відносини між таблицями встановлюють зв'язок між даними, що знаходяться в різних таблицях бази даних. Відносини між таблицями бази даних BIBLIO. Відносини між таблицями бази даних BIBLIO.
6666.		Аналогові схеми на ОУ	224.41 KB
	При аналізі аналогових схем ОУ є ідеальним підсилювачем, що має нескінченно великі значення вхідного опору і коефіцієнта посилення, а вихідний опір - нульовий. Основною перевагою аналогових пристроїв
2261.		КОНСТРУКТИВНІ І СИЛОВІ СХЕМИ НАЗЕМНИХ ВМД	908.48 KB
	Одновальні ГТД Одновальні схема є класичною для наземних ВМД і застосовується у всьому діапазоні потужності від 30 кВт до 350 МВт. За одновальною схемою можуть бути виконані ВМД простого та складного циклів у тому числі парогазові установки ПГУ. Конструктивно одновальний наземний ВМД аналогічний одновальним авіаційним ТВД та вертолітним ВМД та включає компресор КС та турбіну рис.
6658.		Схеми заміщення біполярного транзистора	21.24 KB
	Схеми заміщення біполярного транзистора При розрахунках електричних ланцюгів з транзисторами реальний прилад замінюється схемою заміщення яка може бути безструктурною або структурною. Оскільки електричний режим біполярного транзистора у схемі ОЕ визначається вхідним струмом.
5765.		Упорядкування податкової схеми у створенні	45.31 KB
	9 Принципи податкового планирования.11 Висновок 15 Список литературы17 Введение Сутність податкового планування полягає у визнання за кожним платником податків права використовувати всі допустимі законами кошти прийоми і методи максимального скорочення своїх податкових зобов'язань. В основі податкового планування лежить максимально повне та правильне використаннявсіх дозволених законом пільг оцінка позиції податкової адміністрації та основних напрямів...
6659.		Біполярний транзистор та схеми його включення	50.81 KB
	Призначенням емітерного шару є формування робочих носіїв заряду транзистора.8 транзистора типу npn. Одна із схем включення транзистора наведена на рис. Оскільки технічний напрям струму відповідає напрямку перенесення позитивного заряду то емітерний струм для транзистора типу npn спрямований від емітера а колекторний струм - до колектора див.
7184.		СХЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ ТА ЇХ КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ	37.41 KB
	У початковій стадії розвитку централізованого теплопостачання їм було охоплено лише існуючі капітальні та окремі будівлі в зонах дії джерела тепла. Подача тепла споживачам здійснювалася через теплові вводи, що передбачаються в приміщеннях будинкових котелень. Надалі з розвитком централізованого теплопостачання особливо в районах нового будівництва різко зросла кількість абонентів, що приєднуються до одного джерела тепла. З'явилася значна кількість як ЦТП так і МТП в одного джерела тепла.

Балка є складовою лінійний елемент несучої конструкції, Що має мінімум дві точки опори (спирається на обидва кінці) і працює на вигин. Використання балки спрямоване насамперед на розподіл вагового навантаження всієї конструкції. Найчастіше застосовується горизонтальне використання балки, яка компенсує вертикальне поперечне навантаження. А ваговий тиск балки компенсується вертикальними елементами, горизонтальна поверхня яких є точкою опори для балки. Наступна компенсація посідає опори конструкції, якщо відсутні додаткові проміжні елементи. Таким чином, взаємокомпенсація вагових навантажень дозволяє забезпечити стійкість та надійність усієї конструкції.

Види балок у будівництві

На фото: двотаврові балки в пристрої покрівлі.

Існує велика кількість офіційних класифікаторів елементів будівельних конструкцій. Нижче будуть представлені дві найбільш об'єктивні класифікаційні схеми.

Класифікація будівельних балок за видом матеріалу

Сталева балка є поперечним або поздовжнім елементом несучої конструкції, виконаним із спеціальної, вуглецевої або низьколегованої сталі методом гарячого або холодного металопрокату. Головна перевага сталевих балок: оптимальний ступінь міцності при роботі на вигин. Застосовуються при зведенні конструкції, що передбачає підвищене вагове навантаження або високий рівень небезпеки: підвісні шляхи, шахтні стовбури і так далі.

Залізобетонна балка є будівельним елементом лінійного типу, що застосовується в несучій конструкції з метою перерозподілу ваги і підвищення стійкості всієї конструкції і що складається з композиційного матеріалу: бетонна матриця, посилена сталевою арматурою. Залізобетонні балки є дешевшим аналогом сталевих балок і застосовуються на об'єктах зі стандартним ваговим навантаженням: житлове будівництво, зведення будівель промислового типу.

На фото: залізобетонна балка для зведення мосту

Дерев'яна балка є елементом несучої дерев'яної або іншої полегшеної конструкції, виконаний з деревини. Широко застосовується для зведення житлових та господарських споруд з дерева.

На світлині: дерев'яна балкау пристрої перекриття

Класифікація будівельних балок на кшталт торцевого перерізу

Перетин прямокутного типу. Доцільно у використанні в прольотах із малою довжиною.
Перетин "L"-типу. Застосування є доцільним при конструюванні фасадів споруд.
Стандартні та двосхилі таврові балки (перетин «T»-типу). Оптимально підходять для прольотів середньої довжини. У
Балка двотаврова. Мають підвищену стійкість та використовуються для довгих прольотів.
Перетин V-типу. Використовуються як додатковий елемент для посилення несучої конструкції.
Перетин VT-типу. Використання як прогони.

Двотаврові балки в свою чергу поділяються на підкатегорії:

Балка двотаврова з паралельними гранями полиць. Стандарти та розміри представлені ГОСТом 26020-83.
Стандартна двотаврова балка з кутом нахилу граней полиць від 6 до 12%. Стандарти та розміри представлені ГОСТом 8239-89.
Спеціальна двотаврова балка, стандарти та розміри представлені ГОСТом 19425-74. Діляться на два підтипи з маркуванням: "M" - двотаврова балка має кут нахилу граней до 12%; "C" - двотаврова балка має кут нахилу граней до 16%.

Окремо необхідно розглянути такий елемент несучої конструкції, як ригель (іноді має найменування: балка ригельна). Ригель у переважній більшості випадків буває залізобетонним та на відміну від стандартної балки є невід'ємним елементом рами (балка – це самостійний елемент конструкції). Ригель широко використовується при влаштуванні опалубки.

Розрахунок міцності балки під час роботи на вигин

Для розрахунку міцності балки на прогин (тобто визначення ваги, який даний елемент несучої конструкції здатний витримувати без появи деформацій та інших факторів, що ведуть до руйнування конструкції) потрібно враховувати цілий ряд факторів, основними з яких є:

Довжина балки. Чим коротше балка, тим більше навантаження вона здатна витримати.
Матеріал, з якого виготовлено балку. Сталь є найміцнішим матеріалом.
Поперечний переріз балки (площа та форма). Чим більша площа, тим більше допустиме навантаження на вигин.
Спосіб закріплення балки в конструкції, що несе. Багато в чому залежить від форми перерізу. Балка двотаврова кріпиться найміцніше.

Для розрахунку максимального навантаження на вигин використовують формули сопромату. Для спрощення процесу можна використовувати онлайн-калькулятор, що дозволяє отримати досить точне значення на підставі введених даних.

Балка типу. Сталева балка та її важливе значення у будівництві. Класифікація будівельних балок на кшталт торцевого перерізу