Металлических балок и колонн

Обновлено: 07.01.2025

В современном строительстве широко применяются металлические балки и колонны как основные элементы несущих конструкций зданий. Балки представляют собой горизонтальный либо наклонный брус, работающий преимущественно на изгиб. Металлические колонны используются в качестве основных опор и передают нагрузку с балок на фундамент.

Применение балок из металла

В различных строительных конструкциях балки используются как один из основных структурных элементов и отвечает за передачу и распределение весовой нагрузки на опоры, такие как металлические колонны, подвесы или стены, которые, в свою очередь, передают ее на фундамент. На сегодняшний день металлические балки являются одними из важнейших составляющих любых промышленных рабочих площадок, перекрытий, мостов, быстровозводимых и других металлоконструкций, заменяя собой «скелет» здания, который затем наполняется остальными строительными элементами.

Использование металлических колонн и балок обусловлено их высокими прочностными характеристиками а так же значительным снижением общей массы конструкции.

Основные виды металлических балок

Металлические балки можно разделить по форме сечения, толщине полок и стенок, по материалу и способу изготовления.

Компания «Металло Промышленный Холдинг» предлагает стальные балки различного профиля и назначения:

Балки подкрановые;
Балки подстропильные;
Балки металлические для рабочих площадок;
Балки монорельсовые;
Балки стальные для перекрытий
Балки стальные опорные;
Сварные балки постоянной и переменной высоты с различной конфигурацией полок
Сварные балки

Наиболее распространена металлическая двутавровая балка. Сечение такой балки имеет форму буквы «Н».

По сравнению с балками сплошного сечения двутавровые балки имеют намного меньший вес, не уступая в прочностных характеристиках. Двутавровые профили, в свою очередь, делят в зависимости от материала, расположения полок, геометрических размеров.

Маркировка у металлических балок обычно следующая:

Б — нормальные;
Ш – широкополочные;
У – узкополочные;
К – колонные;
М – монорельсовые балки
С – балки специальные (армирование стволов шахт).

Номер, стоящей перед обозначением типа проката балки, указывает высоту профиля в сантиметрах. Например, стальные балки 12Б1 или 50Ш2.

Металлические колонны можно разделить, например, по типу сечения:

прямоугольные (профиль колонн выполнен в виде четырехугольника);
круглые (имеют сечение в виде круга, изготавливаются из стальных труб);
двутавровые (сечение похоже по форме на букву «Н», колонны с двутавровым профилем могут иметь как одинаковую так и различную длину и ширину сечения).

Так же стальные колонны различаются по методу изготовления:

сварные — изготавливаются с помощью автоматической сварки. Исходным материалом для их производства являются металлические листы. Они протягиваются и сворачиваются по нужной форме (как правило, в виде двутаврового или прямоугольного профиля) на специальном сварочном стане;
прокатные — изготавливаются методом бесшовной горячей обкатки из металлических заготовок. Сначала они подвергаются нагреванию, затем прошивке. После чего на специальном стане производится прокатка заготовок.

Простота и удобство использования делает металлические колонны, весьма востребованной технологией строительства.

Собственное производство металлоконструкций компании «Металло Промышленный Холдинг» позволяет изготовить строительные металлические колонны различных типов и назначений, в том числе:

колонны постоянного сечения;
ступенчатые колонны;
колонны раздельного типа;
сплошные колонны;
сквозные колонны;
сварные колонны;
клепанные колонны;

Мы производим весь комплекс работ – начиная с проектирования и заканчивая изготовлением на современном оборудовании и монтажом готовых металлоконструкций.

Монтаж металлических колонн не представляет собой особой сложности. При возведении каркаса здания, металлические колонны объединяются с помощью металлических балок, после чего сооружаются перегородки, которые примыкают к каркасу. Далее перегородки облицовывают утеплителем и другими строительными материалами, в зависимости от проекта.

Преимущества и недостатки металлических балок и колонн

Преимущества металлических балок и колонн:

высокая прочность
экономия общей массы конструкции
простота ремонта и обслуживания
пожаробезопасность

К недостаткам можно отнести подверженность металла коррозии, однако эта проблема легко решается путем обеспечения балок стойким защитным покрытием.

Изготовление металлических балок и колонн

Компания «МПХ» следит за соблюдением точных геометрических размеров при изготовлении металлоконструкций и обеспечивает соосность крепежных отверстий. Все наши изделия проходят строгий контроль качества. Мы выпускаем стальные балки и колонны как по стандартам(ГОСТам), так и по индивидуальным чертежам.

Металлические колонны

При строительстве зданий из металлоконструкций базовым и одним из наиболее ответственных элементов являются колонны, ведь именно на них в результате передаются все внешние нагрузки, воздействующие на объект. Даже в процессе возведения какого-либо сооружения из металла, монтаж колонн является первоочередной задачей, следующей за подготовкой фундамента. Их тщательным образом выставляют, выравнивают, а уже после к ним закрепляются все остальные элементы каркаса: продольные и поперечные балки, перекрытия, стойки фахверка, фермы и проч. По этой причине изготовление металлических колонн является особенно ответственной задачей, в ходе выполнения которой должны предъявляться повышенных требования к качеству сварки и выполнению технических условий рабочими.

Проектирование и расчет колонн

Любую колонну, какой бы сложной она не была на первый взгляд, можно разделить на 3 основных элемента: оголовок, стержень и база.

Верхняя часть колонны. Воспринимает внешние нагрузки и передает их на стержень колонны и далее на фундамент.

Средняя часть колонны, ее рабочая зона. В случае необходимости стержень может быть усилен косынками (в местах сопряжения с оголовком и базой) и ребрами жесткости.

Место закрепления колонны к фундаменту, которое осуществляется, как правило, через анкерные болты.

Поперечное сечение колонны может иметь достаточно замысловатую форму, но в большинстве случаев проектировщики применяют:

горячекатанный двутавр,
профильную прямоуголную трубу,
круглую трубу.

Конечный размер поперечного сечения подбирается после проведения расчетов на прочность. Колонны работают на сжатие, а такой тип нагружения не является экстримальным с точки зрения достяжения предела текучести и последующего номинального разрушения. Намного критичней для колонны является потеря ее устойчивости, восприимчивость к которой во многом определяется не столько ее конструкцией, сколько тем, как колонна взаимодействует с другими элементами здания (есть ли поперечные связи, стойки фахверка и др.).

Нестандартная опора колонны.

Типы колонн

По конструктиву поперечного сечения несущие колонны можно разделить на несколько типов:

Колонна постоянного сечения

Колонна состоит из единого стержня, ярковыраженной подкрановой консоли и основания. Такие колонны обычно встречаются в бескаркасных зданиях, в ангарах, складах. На них возможна установка подвесного транспортного оборудования с грузоподъемностью не более 20 тн. Могут применяться как в одно- так и в многоэтажных зданиях. Габарит сечения такой колонны не изменяется, но при этом площадь сечения может варьироваться по высоте в соответствии с расчетными усилиями.

Колонна ступенчатая

В случае, когда в здании предполагается установка кран-балки высокой грузоподъемности, от 20 тн и выше. Такая конструкция увеличивает жесткость колонны на изгиб и существенно снижает склонность к потере устойчивости. Ступенчатая колонна состоит из двух ветвей: основной несущей, на которую опираются фермы кровли помещения, и подкрановой, на которую приходится нагрузка непосредственно от кран-балки грузоподъемного оборудования.

Колонна раздельная

Такие колонны встречаются не часто и используются лишь в исключительных случаях:

при низком расположении кранов большой грузоподъемности;
при многоярусном расположении кранов;
при реконструкции цехов (например, при увеличении числа пролетов).

Колонны могут воспринимать нагрузку различным образом относительно своей оси.

Центрально-сжатые колонны

Результирующие нагрузки от балок, ферм, перекрытий и др. проходят строго вдоль осевой линии колонны, что создает центральное сжатие сечения. В зданиях с таким типом нагружения колонн горизонтальные нагрузки воспринимаются дополнительными поперечными связями.

Внецентренно-сжатые колонны

Для такой колонны сжимающая результирующая сила приложена на некотором растоянии от центральной оси, что создает изгибающий момент. Дополнительно на колонну могут действовать и продольные усилия. В таких случаях колонна может иметь и несимметричное сечение для более равномерного внутрененнего распределения напряжений, что позволяет сэкономить материал и уменьшить массу изделия.

Изготовление металлических колонн на заводе СтройМонтажСервис-М

В своей практике мы имели опыт работы со всеми перечисленными выше типами колонн, причем не только в вопросах изготовления, но и проектирования. Наши инженеры всегда оценивают качества присылаемого проекта, и поэтому в случае необходимости могут дать рекомендации по конструктиву элементов колонн. Они принимают участие на всех этапах изготовления, контроллируя его процесс, ведь колонна - очень и очень ответственный элемент конструкции здания! Это позволяет нам гарантировать высокое качество нашей продукции и заставляет наших заказчиков обращаться к нам снова по вопросам как изготовления, так и монтажа металлических колонн.

Изготовление металлических колонн

Здания, возводимые на основе металлоконструкций, отличаются высокой надежностью каркаса. Подобные сооружения хорошо противостоят ветровой нагрузке и не боятся сложных погодных условий. Их основа – несущие опоры, которые и формируют прочный скелет здания. Сооружения, возведенные по данной технологии, получаются не только устойчивыми, но и функциональными. Изготовление металлических колонн – это востребованный технологический этап постройки таких зданий.

Металлические колонны как разновидность строительных опор

Металлические опоры – это базовые элементы каркаса здания. На подобные колонны устанавливаются остальные части конструкции: балки (как продольные, так и поперечные), стойки фахверка, перекрытия, а также стропильные фермы. Один из видов строительных опор – это несущие металлические колонны, с помощью которых как раз и обеспечивают целостность сооружения, а также зонируют внутреннее пространство. Их изготовление и установка – это ключевой этап строительства, а от качества изготовления элементов зависит срок службы всего здания.

Рассмотрим изготовление металлических опор, их составные элементы:

Это самая верхняя часть опоры. Именно оголовок принимает на себя внешнюю нагрузку и передает ее через стержень колонны на фундамент. В данной части колонны закрепляют и другие элементы конструкции: фермы, ригели, различные балки. В зданиях промышленного назначения на оголовок крепят также рельсы мостовых кранов. В зависимости от места крепления выделяют верхнее и боковое присоединение.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Верхнее предполагает установку балки сверху на оголовок, который в этом случае выполнен в виде плиты с ребрами жесткости. Крепление выполняется свободным шарнирным способом. Для придания всей конструкции жесткости и устойчивости применяют сварку и устанавливают дополнительные поперечные элементы. Если же балку стыкуют с опорой боковым методом, то крепление делают шарнирным или жестким. В этом случае ригель или ферма укладываются на приваренный к боку колонны столик.

Это средняя часть опоры. Стержень называют рабочей зоной колонны, потому что именно эта часть испытывает постоянную нагрузку – сжатие. Толщина стенок и высота стержня рассчитываются еще на этапе проекта всего здания. Для усиления опоры на стержне предусматривают косынки и ребра жесткости. Для изготовления таких конструкций используют одиночные широкополочные двутавры или прокатные профили.

Стержни бывают двух типов: сплошные и сквозные. Вторые могут являться безраскосными, перфорированными или решетчатыми.

Это часть, через которую нагрузка передается на фундамент. База является основанием опоры, ее конструктивные особенности зависят от типа и высоты сечения стержня, метода монтажа металлической колонны и способа крепления основания к фундаменту. Она может быть как сплошная, так и раздельная, с траверсами или без них. Крепят колонну к плите обычно с использованием анкерных болтов.

Данные элементы присутствуют на колоннах, предназначенных для промышленных сооружений. Там, где необходима установка мостового крана (цех или склад), важно предусмотреть укладку рельсов под него именно на несущие колонны. Консоли на опоре служат для закрепления подкрановых балок.

Виды металлических колонн

Колонны разделяют по видам на обычные и вспомогательные. Эти две категории имеют разные размеры и конфигурацию. Вспомогательные или фахверковые используют для сбора лестниц или соединения сэндвич-панелей (так как их легко можно просверлить саморезом). Эти опоры значительно тоньше обычных.

Также выделяют три вида колон по видам поперечного сечения:

прямоугольные;
круглые;
двутавровые (имеют поперечный разрез в виде буквы Н).

Под каждый проект подбирается свой вид колонн, параметры их срезов, симметричность конструкции опоры. Изготовление тех или иных изделий определяется тем, насколько удобно будет проводить сварку элементов при соблюдении всех требований к надежности каркаса.

По типам конструкции колонны подразделяют на имеющие постоянное, ступенчатое или составное сечение. Первый тип опор применяют для постройки бескаркасных зданий (складов, ангаров). Такая колонна представляет собой единый стержень. Выдержать эта конструкция может оборудование, предназначенное для грузов весом до 20 тонн.

На колонны со ступенчатым сечением можно устанавливать оборудование, выдерживающее грузы более 20 тонн. Такие опоры обладают лучшей устойчивостью и имеют более высокий показатель жесткости на изгиб. Их конструкция предполагает две несущие ветви: основную и подкрановую.

Колонны с составным сечением используются не так часто. Нагрузка относительно оси у них может быть самая разная. Их обычно применяют для монтажа в несколько ярусов и установки кранов на небольших высотах. Эти колонны также подходят для работ по реконструкции.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Говоря об изготовлении металлических колонн, можно выделить два типа: сварные и прокатные. Процесс производства первого типа конструкций предполагает автоматическую, а не ручную сварку. Второй вид опор изготавливают из листов металла, которые сначала сворачивают нужным образом, а потом протягивают через специальный станок.

Прокатные колонны имеют круглое сечение, их изготовление методом горячей обкатки происходит по следующей схеме: заготовки из металла сначала нагревают, затем прошивают и на заключительном этапе прокатывают через станок.

Во время проектирования, если применяется каркасная конструкция из металлических колонн, ее размеры и параметры определяются вместе с расчетом фундамента. Эта стадия критически важна для долговечности всего сооружения.

Процесс изготовления металлических колонн

Выпуском данных изделий занимаются машиностроительные заводы, а также компании по выпуску металлоконструкций. Изготовление металлических колонн по ГОСТу проводится из металлопроката:

уголков;
швеллеров;
двутавров;
труб;
листового металла.

Составные части колонны сваривают между собой. Среди других подобных металлоконструкций колонны являются ответственными сварными элементами.

При изготовлении колонн в зависимости от размеров конструкции применяют различные виды сварки:

ручную;
дуговую;
полуавтоматическую;
автоматическую.

Изготовление металлических колонн происходит по заданным параметрам в соответствии с проектной документацией. В цехах производят нужное количество изделий, следуя указанным требованиям.

Металлические колонны с квадратным либо прямоугольным сечением называют коробчатыми. Этот вид металлоконструкций состоит из сваренных между собой швеллеров. Сварочный шов может быть как сплошным, так и промежуточным. При изготовлении этого типа колонн также используют накладные пластины.

Процесс изготовления трубчатых колонн подразумевает сварку оголовка и базы с отрезком металлической трубы.

Поперечное сечение пространственных колонн не сплошное, поэтому они и получили такое название. Для их изготовления используется металлопрокат (швеллер и двутавр). Элементы закрепляют с помощью металлических уголков.

После сварки всех компонентов колонны проводят финишную очистку изделия. В готовой опоре проделывают отверстия и при необходимости осуществляют резку. Колонны могут быть оцинкованы, если это надо заказчику. После изготовления опоры доставляют на объект.

Расчет металлоконструкций

Монтаж металлических конструкций невозможен без полного предварительного расчета. Необходимо учесть все нагрузки, которые колонны должны будут выдержать, определиться с их размером, количеством, армированием и тем, насколько глубоко станет производиться заложение. При расчете учитывается вес здания и плотность грунта (чем он мягче, тем больше опор необходимо). Фундамент для монтажа металлического каркаса обычно бывает монолитным и ступенчатым, без стаканов.

Основная задача расчета – равномерно распределить вес здания по грунту. Если это невозможно, то необходимо сделать под фундаментом подушку из песка или гравия, которая решит задачу распределения нагрузки. Таким образом, несущая способность основания становится известна. Зная также вес будущего здания, можно вычислить площадь подошвы основания. После этого рассчитывается нагрузка на отдельные колонны.

Ошибка на этапе проектирования может явиться причиной перекоса готового здания. Происходит это потому, что части фундамента под металлические колонны не связаны друг с другом. Каждый элемент в таком основании работает отдельно.

Монтаж металлических колонн

Монтаж металлических колонн осуществляется в соответствии с требованиями СНиП. Отклонения по осям не должны превышать разрешенные пределы, особенно для фрезерованных поверхностей. Технологически монтаж колонн напоминает сборку железобетонных конструкций – простые сразу закрепляются на основание. Тяжелые опоры больших размеров крепят частями, то есть сразу и собирают.

Технология монтажа включает несколько этапов:

после изготовления колонны доставляют и укладывают рядом с местом установки;
подготовительный этап, включающий проверку соответствия изделий техническому заданию;
сооружение необходимых при монтаже подмостков и других конструкций;
потом производят захват первой колонны;
опору поднимают на нужную высоту;
далее колонну наводят на основание или же встык, если это не отдельная опора, а составной элемент;
производят выверку положения колонны;
временно фиксируют;
закрепляют окончательно.

Подъем колонн производят с помощью строповки или же используют полуавтоматические приспособления для захвата опор. Чтобы стропы не соскальзывали с колонн, под них подкладывают деревянные или стальные отрезки.

Особое внимание при монтаже уделяют выверке и временному закреплению колонны.

Есть три базовых метода монтажа:

На стальные подкладки. Это элементы толщиной 40–50 мм, которые располагаются между фундаментом и базой колонны. После того как опора будет зафиксирована анкерными болтами, в образовавшееся пространство заливают цемент. При таком способе фундамент заканчивают ниже проектной отметки, учитывая возникающую при монтаже величину зазора. Этот метод трудоемок и неточен. А поскольку при выверке используются подкладки, то и расход материалов возрастает.
Сразу на фундамент. При использовании этого способа базу колонны не заливают цементным раствором. Высота основания сразу доводится до проектной отметки. Площадка, на которую устанавливается металлическая колонна, должна иметь минимальные отклонения: не более 5 мм по высоте и 1/1000 по уклону. При изготовлении металлических колонн под такой метод монтажа их опорную плиту фрезеруют перед доставкой на объект.
На дополнительные плиты. Их монтируют заранее, укрепляют цементным раствором. Опорная часть колонны при этом способе должна иметь строганую поверхность. Данный метод также называют безвыверочным монтажом.

При любом способе монтажа крайне важно обеспечить точность расчетов. Кроме этого необходимо, чтобы качество изготовления самих металлических колонн было на высоте, впрочем, как и работа специалистов по установке.

От чего зависит цена на изготовление металлических колонн

При составлении сметы на изготовление металлических колонн опираются на проектную документацию с описанием конструкции будущего здания. Конкретные цифры зависят от многих факторов:

типа и размеров опор;
методов изготовления;
материала (марки стали);
совокупного объема заказываемых колонн;
скорости и типа доставки.

Ситуация, когда стоимость изготовления одной тонны металлических колонн находится в обратной зависимости от объема заказа, является стандартной. Цена за каждую опору тем меньше, чем больше суммарный вес металлоконструкций. Но есть и исключения.

Чем более сжатые сроки предполагаются для изготовления партии металлических колонн, тем выше окажется стоимость этих работ. Бывает, что для выполнения заказа необходима круглосуточная работа сотрудников. Но даже в этом случае скидка за объем может превысить затраты на срочность.

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.

Проектирование металлических колонн

Металлические колонны промышленных и гражданских зданий

Стальные колонны являются несущими элементами металлического каркаса здания, воспринимающие основные нагрузки на здание или сооружение. Стальная колонна состоит из базы, оголовка и стержня колонны.

2. Оголовок колонны;

3. Сечение колонны.

РАСЧЕТ КОЛОНН

Проектирование колонн начинают с расчетов. Могут работать как центрально-сжатые стержни, а могут как сжато-изгибаемые элементы. Смотрите соответствующие страницы сайта:

Далее разрабатывают схему расположения колонн. Это может быть схема раздела КМ или КМД. Если объект простой, то это может быть схема в разделе АС.

ЧЕРТЕЖИ

Образец оформления схемы расположения колонн смотрим на странице:

Если мы делаем раздел КМ (Конструкции металлические), то можно ограничиться схемой расположения колонн и узлами. Узлы для схемы КМ смотрите на страницах с колоннами (Список ниже). Но если мы делаем КМД (Конструкции металлические деталировочные), то придется еще и отправочный марки разрабатывать. Без чертежей колонн тут не обойдешься, а так как колонны бывают разные, разложим их по категориям:

2. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — одноветвевые сквозного сечения.

3. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — одноветвевые с консолью для мостовых кранов.

4. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — двухветвевые.

Ниже представлена информация для общего развития.

Классификация колонн

Колонны постоянного сечения применяют при отсутствии мостовых кранов большой грузоподъемности и высотой до 9 метров.

Колонны переменного сечения более экономичны, чем колонны постоянного сечения. Используются при наличии мостовых кранов небольшой грузоподъемности (до 50 тн.)

Колонны с ветвями (двухветвевые, трехветвевые и т.д.) используются при наличии кранов большой грузоподъемности (Более 50 тн.)

Характер работы колонн

Центрально — сжатые колонны

Внецентренно — сжатые колонны

Конструкция стальных колонн

Основные конструктивные элементы:

— база (место крепления колонны к фундаменту);

— стержень (средняя часть колонны);

— консоль (участок крепления подкрановой балки);

— оголовок — верхняя часть колонны;

При проектировании колонн могут быть полезными следующие типовые серии:

№ п/п	Номер	Наименование	Примечания
1	Серия 1.423.3-8	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий без мостовых опорных кранов.	Смотреть
2	Серия 1.424-2	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми кранами.	Смотреть
3	Серия 1.424-4	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий.	Смотреть
4	Серия 1.424.3-7	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми опорными кранами.	Смотреть

Металлические колонны одноэтажных зданий проектируют с постоянным или переменным сечением. Колонны переменного сечения имеют сплошное постоянное сечение надкрановой части, а подкрановая часть может быть сплошного или сквозного сечения.

Колонны сквозного сечения проектируют с ветвями, которые соединяются решеткой. Раздельные колонны проектируют из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвями. Если колонны работают на центральное сжатие, при этом изгибающие моменты незначительны, то применяют колонны сплошного сечения, которые выполняют из широкополочных прокатных или сварные двутавров. При изготовлении сквозных колонн используют двутавры, швеллеры и уголки.

Рис. 1. Типы стальных колонн: а, б — постоянного сечения; в – переменного сечения; г — раздельного типа; д — сечение сплошных колонн; е — то же сквозных

В зданиях без мостовых кранов, а также здания с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 тн. высотой до 8,4 м применяют стальные унифицированные колонны постоянного сечения из сварных двутавров с высотой стенки 400 и 630 мм (рис.1 а, б). В зданиях высотой 10,8 … 18,0 м, с кранами грузоподъемностью до 50 тн используют унифицированные колонны, которые проектируют из двух частей: подкрановой и надкрановой (рис.1 в). Для зданий, имеющих высоту более 18 м с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 тн. и более, стальные колонны проектируют по индивидуальным проектам. Раздельные колонны применяют в зданиях с мостовыми кранами (125 тн. и более).

Колонны крепятся к фундаменту за счет нижней части в которой предусмотрена стальная база колонны (башмак). Базы колонн крепят к фундаментам анкерными болтами, которые предусматривают в фундаментах при их изготовлении.

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.

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.

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.

Читайте также: