Виды стальных балок. Виды металлических балок для перекрытий. Где применяется Н-образный стальной прокат

Разновидности двутавровых балок

Двутавровая балка представляет собой прокат или сварной профиль, в разрезе напоминающий букву « Н », и используемый в качестве ответственных несущих конструкций. Балка стальная двутавровая - более выигрышный вариант в строительстве, по сравнению с квадратным профилем соответствующего сечения, конструкция получается более прочной и более облегчённой. Используются такие балки там, где требуется повышенная сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам. Балку двутавр овую широко применяют для изготовления разнообразных металлоконструкций и сооружений гражданского и промышленного строительства, подвесных путей, мостов, шахтных перекрытий, в автомобильной промышленности и для частного строительства, для армирования бетонных изделий, в железнодорожной промышленности. Для каждого вида работ существует своя разновидность балок, отличающихся между собой углом наклона граней полок, толщиной стали, соотношением длин между стыковочными элементами. Все виды балок классифицируются по стандартам качества.

Двутавры делятся на:

Балки с параллельными гранями полок по двутавр ГОСТ 26020 -83 и стандарту СТО АСЧМ 20-93. Балка ГОСТ 26020 предполагает стальные двутавры горячекатаные с параллельными гранями полок высотой до 1000мм и шириной до 400мм.

По соотношению размеров, форме профиля и условиям применения эти двутавры в свою очередь подразделяются на:

Ни одно современное строительство уже просто немыслимо без применения в нем металлических балок . Эти изделия используются при возведении зданий, сооружении мостов, подвесных путей и многого другого.

Использование балок в строительстве

Металлы сопровождают человека на протяжении всей истории цивилизации. Первые примитивные постройки из железа были найдены при раскопках поселения, датированного еще V тысячелетием до нашей эры. Однако только созданная в 18 веке технология пудлингования железа, при которой чугун преобразовывался в малоуглеродистое мягкое железо, позволила изделиям из металла найти по-настоящему широкое применение в строительстве.

На смену пудлингованию скоро пришли более прогрессивные способы производства литой стали:

• бессемеровский;
• мартеновский;
• томасовский.

С ними прокатное производство угловых, тавровых, двутавровых профилей вышло на новый уровень. И уже к 30-м годам 19 века сварные металлические конструкции (балки и фермы) стали широко применяться в строительстве.

Использование металлических балок позволяет существенно снизить нагрузку на несущие конструкции, а также на фундамент строения. Они незаменимы для создания перекрытий, при строительстве мостов, складов, ангаров и прочих объектов.

Виды балок

Металлические балки производятся из углеродистой либо низколегированной стали. В строительстве используются, преимущественно, два вида стальных балок:

• тавровые (с торца похожие на букву «Т»);
• двутавровые (напоминающие букву «Н»).

Двутавровые стальные балки , в зависимости от типа сечения, разделяются на прокатные и сварные. Последние обладают большими возможностями:

• при оптимальном подборе составного сечения уменьшают вес конструкции до 30%;
• предоставляют возможность комбинировать разные типы стали для стенок и полок балки;
• минимизируют отходы материала за счет изготовления балки необходимой длины.

Существует еще одна градация балок: по расположению граней. К балкам с параллельными гранями полок относятся широкополочные, нормальные и колонные. Балки с уклоном внутренних граней разделяются на: обычные двутавры, монорельсовые и специальные строительные.

Двутавровые балки способны выдерживать более значительные нагрузки, поэтому применяются при создании наиболее важных узлов конструкций. Стоят они, соответственно, дороже, зато позволяют уменьшить расход строительных материалов, ускорить монтажные работы и повысить надежность возводимых объектов.

Инновации в строительных металлоконструкциях

(или sin-балки) - это новая и перспективная разновидность легких сварных металлоконструкций. При их изготовлении используется черный холоднокатаный профилированный лист, привариваемый к двум полкам из горячекатаного стального проката.

Профилирование стенки позволяет:

• достичь высокой жесткости и устойчивости к деформации данной конструкции без ее дополнительного усиления;
• получить впечатляющий экономический эффект - для создания sin-балки требуется на 40% меньше металлопроката, чем для изготовления равнопрочной двутавровой горячекатаной балки;
• при разгрузке и монтаже гофробалок использование дополнительных специальных приспособлений (подъемных траверс и прочего) не требуется, так как гофрированная стенка значительно лучше работает на вращение и изгиб;

Применение гофробалок при строительстве быстровозводимых сооружений позволяет существенно увеличить длину безопорных пролетов.

Область применения сварных металлических балок, в основном, относится к строительству - из них монтируют каркасы сооружений, мосты и иные металлоконструкции . Особенной популярностью пользуются сварные двутавровые балки для строительства промышленных объектов, цехов и других сооружений с большими пролетами.

Двутавры, сваренные из стали, в качестве металлоконструкций и металлокаркасов для строительства облегчают конструкцию. Они более экономичны с точки зрения формы опор, т.к. от этого уменьшается масса металла, используемого в конструкции.

Двутавр или, иначе говоря, балка двутавровая изготавливается по ГОСТ 535-88. Изделия могут иметь отличия размером или видом полок и стенок, что связано с назначением того ли иного вида балки в строительных работах.

Классификация и маркировка

Различают различные виды двутавровых балок.

С параллельными гранями полок:

• нормальные (балка Б - 20Б и далее);
• широкополочные/широкие (балка Ш - 20Ш и далее);
• колонные (балка К - 20К и далее).

Широкополочные балки применяют, как становится ясно из названия, для несущих конструкций в качестве направляющих опор.

Колонные балки отличаются внушительной толщиной перемычек и полок, благодаря чему они устойчивы к значительным нагрузкам.

Балки с уклоном граней полок бывают следующих видов:

• обычные двутавры (балка Б с уклоном внутренних граней полок 6-12%);
• специальные (балки М и С);
• мостовые или монорельсовые балки (балки М - двутавры для подвесных путей с уклоном внутренних граней полок до 12%): 18М, 24М, 30М и далее;
• специальные строительные балк и (балки С - двутавры для армирования шахтных стволов с уклоном внутренних граней до 16%): 14С, 20С и далее. Сортамент таких двутавровов определяется по ГОСТ 19425-74.

Число в маркировке стальных двутавров - это ее высота, измеренная в сантиметрах.

Низколегированные балки

Их изготавливают в соответствии с ГОСТ 19281. Балки из низколегированной стали широко применимы в промышленности и строительстве. Эти балки представляют из себя детали с Т-образным сечением.

Балка – представляет собой длинномерный элемент, длина которого значительно больше характерного размера для поперечного сечения. В составе строительных конструкций балка работает, главным образом, на изгиб, поэтому ее рекомендуется изготавливать с тонкостенным поперечным сечением. Наиболее востребованными являются балки двутаврового сечения , представляющие собой Н-образный профиль, который образован двумя параллельными полками и соединяющей их стенкой.

Рис.1 - Двутавровые балки на холодильнике прокатного стана

В строительстве используются балки перекрытия из различных материалов. Наиболее востребованным вариантом является сварной или катанный двутавр. Расчет металлических балок перекрытия ведется, исходя из количества опор, схемы опирания на стены и крепления к основанию, условий эксплуатации и других факторов. На основании расчета выбирается наиболее экономически приемлемый вариант балки.

При необходимости выполняется усиление металлических балок перекрытия. Такие мероприятия требуется проводить, если в процессе эксплуатации этот элемент подвергается горизонтальным нагрузкам, которые могут привести к снижению его характеристик и разрушению. Во избежание этого явления металлические балки усиливают одним из следующих способов:

• применение накладок для увеличения сечения (рис. 2а, 2б);
• обетонирование (рис 2в);
• использование шпренгеля (рис. 2г);
• применение распорных или натяжных устройств для регулировки напряжений (рис. 2 д, 2е);
• использование дополнительных опор (рис 2 ж, 2з).

Рис. 2 - Методы усиления балок

В зависимости от метода изготовления выделяют следующие виды металлических балок перекрытия:

• горячекатаные двутавры – наиболее дешевый и простой вариант, который предполагает использование серийно выпускаемого проката;
• сварные, болтовые, клепаные балки – изготавливаются специализированными предприятиями и позволяют решать нестандартные строительные задачи.

Горячекатаные двутавровые металлические балки перекрытия

Основной объем используемого в строительстве двутавра изготавливается горячей прокаткой из непрерывнолитой заготовки. В зависимости от технологии производства и геометрических характеристик продукции выделяют несколько групп балок.

Двутавры с уклоном граней полок по ГОСТ 8239

Этот вид продукции отличается наличием уклона внутренних граней полок относительно внешних в пределах 6-12°. Такая продукция имеет следующие характеристики:

• выпускаемые профили – от балки 10 до балки 60 (число обозначает высоту в сантиметрах);
• ширина профиля – от 55 до 190 мм;
• толщина стенки – от 4,5 до 12 мм;
• толщина полок – от 7,2 до 17,8 мм.

В качестве балок перекрытий могут использоваться усиленные двутавры с уклоном полок по ГОСТ 19425, который изначально разрабатывались для изготовления подвесных путей и армирования шахтных стволов.

Рис.3 - Балка, имеющая уклон полок

Двутавры с параллельными гранями по ГОСТ 26020

В последнее время в строительстве отдается предпочтение более экономичным двутаврам, имеющим параллельные грани полок. Кроме указанного стандарта, такая продукция также производится по СТО АСЧМ 20-93 (имеет незначительное отличия по геометрии).

Характеристики нормальных двутавров:

• выпускаемые профили – от балки 10Б1 до балки 100Б4 (число обозначает высоту в сантиметрах, буква «Б» - нормальный профиль, последняя цифра – номер типоразмера в группе с одинаковой высотой);
• ширина профиля – от 55 до 320 мм;
• толщина стенки – от 4,1 до 19,5 мм;
• толщина полок – от 5,7 до 32,5 мм.

• выпускаемые профили – от балки 20Ш1 до балки 70Ш5 (Ш – широкополочный тип);
• ширина профиля – от 150 до 320 мм;
• толщина стенки – от 6,0 до 23,0 мм;
• толщина полок – от 9,0 до 36,5 мм.

• выпускаемые профили – от балки 20К1 до балки 40К5 (К – колонный тип);
• ширина профиля – от 200 до 400 мм;
• толщина стенки – от 6,5 до 23,0 мм;
• толщина полок – от 10,0 до 35,5 мм.

Рис.4 - Балка, имеющая параллельные полки

Сварные, болтовые и клепаные балки перекрытия

Такой вариант используется, когда размеры металлических балок перекрытия отличаются от стандартных или катаные двутавры не удовлетворяют расчетным условиям по общей устойчивости, жесткости либо прочности. Кроме того, предпочтение «сборным» балкам отдается в случае их большей экономичности или лучшего уровня эксплуатационных характеристик.

Чаще всего используется сварная балка, которую изготавливают путем сварки автоматом под флюсом. На предварительном этапе осуществляется раскрой, зачистка и правка металла, разделка кромок под сварку, а затем, непосредственно, процесс соединения элементов в единое целое. После сварки готовое изделие правится для устранения термических деформаций (грибовидности).

Таким образом можно получать не только стандартные типоразмеры, но и изделия переменного сечения, усиленные или бистальные двутавры.

Несмотря на снижение затрат в строительной сфере, потребили всё же делают довольно приличную выручку фирмам, выпускающим стройматериалы. Сейчас многие закупают нужные материалы для самостоятельного строительства, это же касается и металлических балок, металл - один из самых прочных и доступных оснований для фундамента и каркаса здания.

Что такое балки и из чего изготавливаются

Балка - это важный элемент в конструкции, она ставится для повышения устойчивости и укрепления конструкции . Металлические балки изготавливаются чаще всего из стали, их действие направлено на изгиб. Если сооружение слишком массивное, то балка изготавливается двутавровая, она похожа на две соединенные буквы т. При таком сечении нагрузка на материал распределяется равномерно и повышается сопротивляемость.
Балки бывают не только из металлических соединений, есть также деревянные, они используются в более простом строительстве, они не могут изготавливаться с разными видами сечения, поэтому представляют собой обычный брус с разной длиной и шириной.

Виды и свойства

Балки различают по размерам, им присвоены номера, по которым можно подобрать нужные характеристики индивидуально для строительства:

• Размер «10» - самый маленький по стандартам, используется как перекрытие, укрепляет подвижные элементы в постройках. Можно ставить как направляющую конструкцию для подъемников, при условии, что они небольшие.
• «12» - балка будет чуть больше, и соответственно, выдерживает большее давление. Чаще всего используется как основа рам, устанавливается в механизмы и машины.
• Номер «14» более массивный и помогает создавать более нагружённые перекрытия, подлежит для монтажа в железобетонные конструкции, такие часто ставят в промышленном строительстве.
• «16» балка отличается своей прочностью и может уже быть полноценной опорой, устанавливается не только для обеспечения устойчивости гран-балок, но и для передвижения цехового транспорта по рельсовым линиям.
• Балка «18» может быть использована именно в строительстве зданий, создавая надёжную опору. Если требуется сделать опору для больших механизмов или обеспечение устойчивости широких площадей.
• «20» номер уже входит в число больших балок, она может быть основой для колонны или рам для машиностроения.
• «25» - уже не так часто используется в возведении домов, зато будет надежной порой для любых подъёмных механизмов, даже больших кранов.
• «30» номер также используется в качестве основы для подъема, но в отличие от «25» изготавливается более широким и длинным, это обеспечивает более высокую сопротивляемость при сильных нагрузках.

Алюминиевые и стальные перекрытия, их плюсы и минусы.

В строительстве также часто используется алюминий , точнее его сплавы, он довольно устойчив к воздействию окружающей среды, но не умеет такой устойчивости при весовой нагрузке . В сравнении со стальными, они легче и тоньше, но чаще всего их приходится утолщать для дополнительной прочности. В возведении конструкций можно использовать оба материала, в зависимости от объемов строительства, так как промышленное производство представляет собой более объемные работы с сильными укреплениями, а вот небольшие постройки можно монтировать из алюминия, он экономичен и прост в использовании.

Есть одна важная особенность - металл при воздействии высоких температур плавится , буквально тает, создавая однородную массу, которая не подлежит восстановлению, при этом алюминий, когда нагревается, не превращается в растаявшую лужу, а наоборот, при уменьшении температур восстанавливается до обычного вида. Конечно, не на каждом производстве окружающая среда имеет температуру в 80 градусов, поэтому ухудшения при обычном нагреве не будет. Со стороны химических обозначений, более благородные соединения у железа, а алюминий не получил признания у химиков.

Есть такое понятие, как модуль упругости, оно отвечает за устойчивость материала к регенерации после сильного давления, то есть если действие балки направлено на изгиб, то она не должна прогибаться, поэтому чем больше давление, тем выше должен быть показатель модуля упругости. Алюминиевые сплавы имеют модуль упругости 70.000 МПа , что в три раза меньше такого же показателя у железа. Именно на основании этого строится план расположения балок, рассчитывается их несущая способность.

Формы, толщина и высота

Различие формы и размеров определяется в соответствии с номерами изготавливаемых балок, они могут быть как маленькими и узкими с цельной формой, так и массивными двутаврами, которые легко сознали опору для больших рабочих кранов. Индивидуальное изготовление позволяет заказывать основу для подвижных конструкций со специфическими показателями и формами. Самое главное, что высоту нужно всегда увеличивать в 1,5 раза, это пойдёт на усадку и прочие строительные работы.

Использование

Основное назначение металлических перекрытий - промышленное строительство , оно отличается от гражданских специальных требований. Чаще всего у застройщиков на эти здания уже есть готовый план, поэтому проблем с зарисовкой проекта не будет, но для такой отрасли должны быть все сертификации у материала, потому что сооружения будут использоваться для массовых скоплений людей или больших фабрик, которые проверяются на прочность со стороны государственных органов.

При этом сложные металлические конструкции по карману действительно крупным заказчикам, цена их довольно высока, а в гражданском строительстве чаще всего используют алюминий, он хоть не столь прочный, но зато тратиться на дополнительную антикоррозионную обработку не нужно, а стандартную нагрузку жилого дома материал выдержать сможет.