Балки настила металлические конструкции

Обновлено: 08.01.2025

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб.

Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах и в других сооружениях.

Достоинства: простота конструкции изготовления и надежность в работе.
В конструкциях небольших пролетов длиной до 15-20м наиболее рационально применять сплошные балки.
При увеличении нагрузки длина пролетов увеличивается, известны примеры применения сплошных подкрановых балок пролетом 36м и более.

Такие балки часто бывают двустенчатыми, т.е.
имеют коробчатое сечение.

В автодорожных и городских мостах пролеты сплошных балок достигают 200 м более.

Типы балок У металлических балок основным типом является двутавровое симметричное сечение.

Мерой эффективности балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию = W/A.

Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное на рис.1, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 раза и круглого в 3 раза.
В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сеченВ строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т.е.
балки, сваренные из двух марок стали, и балки предварительно напряженные.
Чаще применяются балки однопролетные, разрезные которые наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа.ия, прокатные или составные – сварные, болтовые или клепаные (рис.2).

Рисунок .2 - а - прокатные; б - прессованные; в - сварные; г - клепаные и болтовые.

Чаще применяются балки однопролетные, разрезные которые наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа.
Однако по расходу металла они менее выгодны, чем неразрезные и консольные.
Неразрезные балки благодаря наличию опорного момента, разгружающего основные моменты в пролетах, более экономичны по материалу.
Они обладают большой чувствительностью к изменению температуры и осадкам опор, а так как в строительстве рекомендуют делать крайние пролеты меньше средних для сохранения постоянства сечения, то их конструкции являются индивидуальными.

Компоновка балочных конструкций При проектировании конструкции балочного покрытия рабочей площадки цеха или другой конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, называемую балочной клеткой (рис 3).

Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный (рис..3,а), нормальный (рис.3,б),и усложненный (рис..3,в).

Рисунок 3 В упрощенной балочной клетке (рис. 3,а) нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, которые располагаются параллельно меньшей стороне перекрытия на расстоянии «а» (шаг балки) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку.

Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах их.

В нормального типа балочной клетке (рис.16.3,б) нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку.

Балки настила принимаются обычно прокатными.

В усложненной балочной клетке (рис. 3,в) вводятся еще дополнительные, вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны.

В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно.

Балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте.

Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

При этажном сопряжении (рис.4,а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные.

Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты.

Рисунок 4 - При сопряжении в одном уровне (рис.4,б) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил.

Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок. Пониженное сопряжение (рис.4,в) применяется в балочных клетках усложненного типа.

В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладывают балки с настилом, которые располагаются над главной балкой.

Этот тип сопряжения позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

Основные размеры балочной клетки в плане и по высоте обычно задаются технологами или архитекторами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших размеров.

Расстояние между балками настила обычно бывает 0,6-1,6м при стальном и 2- 3,5м при ж/б настиле.

Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пределах 2- 5м, и оно должно быть кратно пролету главной балки.

При выборе этого расстояния надо стремится получить минимальное число вспомогательных балок, причем прокатных.

Установив направление, пролет главных балок и расстояние между балками настила, выбирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удовлетворяли имеющейся строительной высоте перекрытия.

4 Настилы балочных клеток Настилы балочных клеток разнообразны в зависимости от назначения и конструктивного решения перекрытия.
Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил, который может быть из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.
В качестве несущего настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных ж/б плит.

В последнее время начинают использовать щитовой настил, состоящий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами.
Щиты настила имеют размер до 3х12м и укладываются на балки перекрытий.
Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распределенной интенсивностью до 40 кН/м2 , а предельный относительный прогиб принимают не более [f/l] 1/150.

Стальной настил. Несущий настил состоит из стального листа, уложенного на балки и приваренного к ним (рис.5,а).

Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой, что вызывает в нем растягивающие цепные усилия Н, улучшающие работу настила в пролете (рис.16.5,б).

При нагрузках не более 50кН/м2 , и предельном относительном прогибе не более 1/150 прочность шарнирно закрепленного по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на прогиб.

Для расчета настила мысленно вырежем из него полоску единичной ширины, закрепленную по концам неподвижными шарнирами (рис.16.5,б), и тогда ее прогиб под нагрузкой:f0 - балочный прогиб в середине полоски от поперечной нагрузки «q» (Беленя Е.И., с.131); = Н/Рэ (Н - сила растяжения полоски, Рэ - Эйлерова сила);

х- расстояние от левой опоры до места определения прогиба;l - пролет настила.

Искомое отношение пролета пластинки к ее толщине:n0=[f/l] - заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу;

q- нормативная нагрузка на настил.

Искомое отношение длины пролета пластинки к ее толщине можно определять также по графикам (рис.6)

Рисунок 6 – определение искомого отношения длины пролета пластинки

Железобетонный настил Наряду со стальными настилами в перекрытиях находят применение в качестве несущего настила ж/б плиты.
Толщину ж/б плит для определения веса перекрытия рекомендуется брать по табл..1

Таблица 1 Толщина железобетонной плиты

Изготовление балок из металла

Изготовление балок из металла возможно как в крупных промышленных масштабах, так и по индивидуальным проектам. Несмотря на то, что изделия имеют определенную классификацию, в бытовом общении под таким элементом имеют в виду двутавровую балку. В любом случае задачи и функции у этого элемента одни – обеспечить необходимую прочность конструкции.

В зависимости от условий эксплуатации металлические балки имеют специальную маркировку. В нашей статье мы расскажем, как и на чем изготавливают эти конструкционные элементы, какие бывают дефекты, а также опишем преимущества и недостатки балок.

Определение и классификация балок из металла

Балка – металлическая конструкция, предназначенная для усиления прочностных показателей и повышения устойчивости разнообразных строительных сооружений. Для ее изготовления преимущественно используют стали с разными добавками, увеличивающими сопротивление металла на изгиб.

Балка распределяет равномерно нагрузки по всей своей плоскости. Основная конструктивная функция этого элемента – быть надежной опорой. В большей части случаев стальные балки применяют для перекрытий этажей и крыш строительных сооружений.

Существуют различные варианты классификации, но самый распространенный – это разделение по форме. Можно отметить три популярных категории стальных балок, применяемых при строительстве современных объектов:

Тавровые. Этот вид металлопроката имеет поперечное сечение типа «Т».
Двутавровые. Такой тип металлоконструкции имеет поперечное сечение в виде буквы «H», обеспечивающее повышенную жесткость и позволяющее использовать его для более длинных пролетов.
Швеллер. Металлоконструкция, имеющая поперечное сечение в виде буквы «П». Такой тип имеет широкое применение в различных сферах промышленности.

Из всех конфигураций самыми используемыми при сооружении жилых и производственных объектов являются балки двутаврового сечения. Обладая большей жесткостью и прочностью, они способны выдерживать значительные изгибающие нагрузки.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Помимо металлических балок, в строительстве находят применение конструкции, изготовленные из других материалов, например, из древесины, полиуретана или алюминия. Но область их использования значительно меньше, чем стальных.

Рекомендуем статьи по металлообработке

При изготовлении балок из металла маркировка и обозначение будут зависеть не только от формы сечения, но от соотношения остальных параметров.

Для буквенного обозначения маркировки двутавровых изделий с параллельными полками по ГОСТ 26020-83 существуют следующие литеры:

У – для исполнения с узкими полками;
Б – с нормальными полками;
Д – среднеполочные;
Ш – при широкополочном исполнении;
К – опорно-колонные, характеризующиеся почти одинаковой высотой профиля и шириной полки.

По величине угла наклона внутренних граней балки имеют следующие буквенные обозначения:

О – для обычного исполнения при уклоне внутренних граней 6–12 % по ГОСТ 8239-89;
М – монорельсовые, предназначенные для монтажа подвесных путей и имеющие угол наклона не больше 12 % по ГОСТ 19425 74;
С – сварные, имеющие уклон внутренних граней полок до 16 %, предназначенные для армирования шахтных стволов.

По классу точности и сфере их применения двутавровым конструкциям присваиваются следующие буквенные символы:

А – высокоточные балки специального назначения;
Б – горячекатаные с обычной точностью прокатки;
В – горячекатаные с повышенной точностью изготовления.

Помимо этого, в зависимости от состояния поставок, балки двутавровые, характеристики которых обусловливаются множеством факторов, подразделяются на брусья:

мерной длины;
немерной длины;
кратной мерной длины.

Причем ширина полок не должна быть более 1,5 высоты стенки, а предельно допустимое соотношение толщины полок к толщине стенки не должно превышать 1:4.

Преимущества и недостатки балок из металла

Прокаты двутавровые имеют не только преимущества, но и недостатки, которые надо учитывать перед использованием в постройке сооружений.

Главное преимущество – надежность и повышенные прочностные характеристики, что обеспечивается специфической формой сечения и прочностью стального материала. Любой объект намного быстрее разрушится, если прикладывать силы к одной точке или к небольшому участку. Балка двутаврового исполнения предназначена для равномерного распределения воздействующих на нее вертикальных сил по всей поверхности. При отсутствии концентрации сил металл не получит усталость, а срок эксплуатации изделия будет значительно больше. Наличие таких свойств допускает применение металлопроката в построении больших (многоэтажных) сооружений со значительными нагрузками.

Помимо главных показателей, есть еще такие преимущества, как:

Облегченная конструкция. Такая геометрическая форма сечения избавляет от необходимости использовать большое количество металла, при этом сохраняя все прочностные характеристики. Конструкция становится легче, а вес не влияет на прочность.
Значительная экономичность. Использование материалов двутаврового типа позволяет сохранить высокую жесткость конструкции без применения дополнительных стоек, опор, колонн и армирующих элементов. Такую прочность и устойчивость здания можно, конечно, обеспечить и применением арматуры, но это будет очень дорогое удовольствие, так для этого придется использовать огромное количество материала.
Большая устойчивость к сжатию и нагрузкам на изгиб. Такое свойство позволяет применять их в местах с повышенными вибрациями и другими видами колебаний, например, при строительстве мостов.
Легкая свариваемость, так как при изготовлении балок из металла используют стали, легко поддающиеся сварке. Это значительно повышает скорость монтажно-строительных работ.
Неизменность технических характеристик и геометрических форм с течением времени. Прочность и упругость металлопроката позволяют сохранять их форму и надежность даже при воздействии больших сил. Все характеристики сохраняются, так как отсутствует деформация.
Удобство транспортировки. За счет компактности расположения и укладки перевозка в транспортном средстве деталей с сечением в виде буквы «H» позволяет значительно снизить расходы на доставку и транспортировку.

Двутавровые балки имеют и ряд недостатков, которые тоже должны учитываться при возведении сооружений:

Слабые характеристики огнеупорности. Во время пожара может подняться очень высокая температура, что негативно отразится на прочностных свойствах изделия из двутавра, что приведет к потере качества, и в итоге нарушит его безопасную эксплуатацию.
Подвергаются со временем коррозионному воздействию. Для изготовления балок из металла используют низколегированные или углеродистые стали, подверженные коррозийному разрушению. Поэтому в условиях повышенной влажности рекомендуется их применение только с обработкой поверхности специальными защитными средствами.
Нельзя использовать при строительстве зданий для пролетов, превышающих максимально допустимое расстояние. В таких случаях, если не поставить дополнительные опоры, то основные несущие способности на порядок уменьшатся.
Низкая устойчивость к воздействию скручивающих сил.

Технология изготовления балок из металла

По способу изготовления такие металлоконструкции бывают сварного типа или прокатного исполнения:

Прокатная балка. Ее изготавливают на прокатных станах литейных заводов из цельного слитка. При прохождении через прокатные плети заготовка на выходе приобретает форму целого металлического двутавра.
Сварная балка. Наиболее широкое применение имеют двутавровые балки с поясными швами, соединяющие стенку с полками. Такие изделия собирают из трех листовых элементов по чертежам, обеспечивая параллельность полок и перпендикулярность полок и стенки.

Производство сварных балок – довольно сложный процесс, при котором учитываются многие параметры, такие как плотность, прочность, жесткость. Но к плотности балки предъявляются особые требования. Эта величина должна быть очень высокой. В конструкторских бюро многих предприятий ведутся исследования по созданию металлических балок, использующих наименьший объем металла при тех же параметрах жесткости.

Технология изготовления балок из металла сварной конструкции проста и экономична, что позволяет ей конкурировать с балками, изготовленными прокатным способом, и состоит из следующих операций:

На первом этапе выполняют расчеты необходимых значений прочности и жесткости, выбирается марка стали на изготовление.
Затем согласно чертежу производится резка листового металла на полосы, скорость реза металлического листа приблизительно равна 1 м/мин.
После отрезки необходимо провести фрезеровку торцовых поверхностей на фрезерном оборудовании, для того чтобы подготовить ровные и точные по размеру поверхности для дальнейших операций с целью обеспечения прочности соединения.
На следующем этапе выполняется сборка. Этой операции придается особое значение, так как здесь необходимо обеспечить строгую симметричность расположения полок между собой и перпендикулярность полок и стенки.

В небольших компаниях с маленькими объемами сборку можно осуществить ручным способом, но при массовой серийности ее выполняют с применением автоматизированных машин. В таких производствах применяют станы для сборки балок модели Z15 с высокой производительностью. Процесс сборки на данном оборудовании состоит из двух этапов. На первом производится сборка Т-образной части балки, а на втором присоединяют дополнительную стенку, получается двутавр.

Самоходные механизмы – сварочные трактора, оборудованные роликовыми колесами, предназначены для перемещения по цеховой территории и являются самым надежным и простым способом сварки. Но их использование в массовом производстве нерентабельно.

При малых и средних производствах сборочные и сварные работы для изготовления балок из металла могут производиться ручным способом, поэтому цена на их продукцию становится значительно дороже.

Оборудование для изготовления балок из металла

Сварочные работы используют не только для скрепления полок и стенки, но и для соединения готовых балок между собой встык. Под такие операции предназначено следующее оборудование:

Помимо сварочной головки, станок оснащается приспособлениями, способными производить контроль качества шва, подачу флюса и его удаление. К преимуществам такого оборудования также относится возможность выполнения соединения под углом 45°, что повышает качество сварки деталей, обеспечивая хороший катет.

Такое оборудование используют для автоматизации процесса и укомплектовывают различной навесной оснасткой. Оно универсально: на одном виде устройства можно производить сварку деталей разных габаритов. Модели манипуляторов различаются по способу перемещения свариваемых заготовок, габаритам и весу. Рабочим органом можно назвать автоматическую головку, способную произвести сварку в средах с защитными газами или с применением жидкого флюса. Благодаря их универсальности решаются самые разнообразные задачи.

Это тип профессионального оборудования, предназначенный для автоматизирования и упрощения проведения больших объемов работ, связанных со сваркой металлов. Они могут передвигаться как по направляющей, так и по поверхности материала, что увеличивает эффективность их назначения и сокращает технологическое время операции. Их можно использовать для сварки длинномерных деталей, таких как балки двутаврового сечения. Однако применение сварочных тракторов технологически целесообразно только при изготовлении небольших партий деталей.

Возможные дефекты при изготовлении балок из металла

Во время изготовления балок из металла из-за отступления от технологических или иных параметров иногда происходит кристаллизация стали от высокой температуры. В металле могут возникнуть внутренние напряжения из-за расхождения по фазам, приводящие к снижению прочности и жесткости.

При сварке стального листового материала могут появиться следующие дефекты:

Не до конца проваренные швы с низким качеством исполнения приводят к концентрации напряжений и нарушению формы наружных поверхностей или геометрии стыка.
Образование прожогов при вытекании расплава из ванны, которые приводят к появлению дырок в шве.
Появление подрезов – канавок вдоль области соединения.
Возникновение трещин, образующихся в местах разрыва шва.
Возникновение шлаковых или вольфрамовых включений в диффузионном слое, появляющиеся при высокой скорости сварки с образованием тугоплавких оксидов.

Все это приводит к зарождению усталостных трещин. Металлоизделия с такими дефектами нельзя использовать в производстве, потому что они не смогут выдержать больших нагрузок на изгиб и кручение. Их необходимо отсортировать в брак и по возможности переварить повторно.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: