Расчет сварных балок кратко

Обновлено: 01.06.2024

Расчет главной балки включает в себя: назначение расчетной схемы с определением нагрузок и усилий; подбор сечения в средней части и измененного сечения в приопорных участках; расчет опорной части; назначение шага и размеров ребер жесткости; проверки прочности элементов сечения и их местной устойчивости, а также жесткости и общей устойчивости балки.

Примеры расчета сварных балок приводятся в [1, 7, 10], поэтому в настоящих указаниях приводятся только краткие рекомендации по их расчету.

Заданием на проектирование предусмотрен расчет и конструирование главной балки в традиционном варианте (с “толстой” плоской стенкой). По согласованию с руководителем проектирования в качестве главной балки можно применить балку с перфорированной или тонкой стенкой (гофрированной, предварительно напряженной или плоской, теряющей устойчивость).

Расчетная схема. Нагрузки. Усилия

В принятой схеме балочной клетки на промежуточную главную балу с шагом ℓ_bn (рис. 3) опираются (с двух сторон) вспомогательные балки. При опирании последних на главную балку в четырех и более точках (n > 3) сосредоточенную нагрузку на нее можно заменять равномерно распределенной. Ее нормативная и расчетная величины соответственно будут равны:

где В – шаг главных балок, м;

- коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса главной балки, приблизительно равный 1,05;

- расход стали, кг/м 2 , от вспомогательных балок .

Подбор сечения

Подбор сечения сварной балки в средней зоне длины заключается в назначении размеров сечения стенки и полок (рис. 4), обеспечивающих надлежащую прочность, устойчивость и жесткость их и балки в целом.

Подбор сечения балки начинается, как правило, с назначения ее высоты, которая определяется условиями жесткости, минимума расхода стали и увязывается с заданной строительной высотой балочной клетки.

Минимальная высота балки, h_min, (или высота из условия жесткости) определяется по формуле ,

где - коэффициент, зависящий от количества сосредоточенных сил (точек опирания вспомогательных балок) в пролете главной балки, принимаемый по табл. 3;

- расчетное сопротивление листовой стали, из которой изготовлена главная балка, кН/см 2 ;

n_o – отношение пролета главной балки, L , к ее допускаемому прогибу, принимаемое по табл. 2;

- коэффициент увеличения прогиба балки с переменным сечением по ее длине, принимаемый по табл. 3 (для балок постоянного сечения =1) ;

- усредненный коэффициент надежности по нагрузкам на главную балку, равный .

Высота балки, см, при которой ее масса будет минимальной, определяется по [1, 7, 10] или по формуле ,

где - коэффициент, принимаемый по табл. 4;

- требуемый момент сопротивления сечения балки, см 3 , определенный без учета развития пластических деформаций .

Таблица 4. Величина коэффициента в формуле оптимальной высоты балки

Вид балки	при расчете
По упругой стадии	С учетом развития пластических деформаций
Сварная постоянного сечения	3,14	3,26
Сварная переменного сечения	2,76	2,89

Окончательную высоту балки следует принять не менее (если позволяет строительная высота балочной клетки), при этом отклонение ее на 15…20 % от не вызывает заметного увеличения расхода стали.

При ограниченной строительной высоте балочной клетки необходимо обратиться к [1, 7, 10].

При назначении окончательной высоты балки, h, следует иметь ввиду, что при малом количестве балок (до нескольких десятков) целесообразно размер высоты балки принимать кратным 100 мм. При большом количестве балок - определяющей является высота стенки, h_w , которая увязывается со стандартными размерами выпускаемых листов [1].

Далее определяется толщина стенки, причем во внимание принимаются условия обеспечения ее прочности и местной устойчивости.

Из условия прочности на срез толщина стенки, см, определяется формулой

где 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения касательных напряжений в сечении стенки;

- ориентировочная высота стенки балки, см, равная = h – 4…5 см;

R_s – расчетное сопротивление стали стенки на срез, кН/см 2 , .

С целью обеспечения местной устойчивости толщина стенки, см , принимается близкой к или (здесь h в см).

Во избежание установки продольных ребер жесткости толщину стенки целесообразно принять не менее .

Окончательную толщину стенки балки, t_w, назначают по ГОСТ 19903-74* (от 8 мм с шагом 2 мм до 22 мм и далее: 25, 28, 30, 32, 36, 40 мм) и не менее .

На следующем этапе по [1, 7, 10] определяют толщину пояса t_f и его ширину b_f в средней части длины балки. При назначении последней необходимо выполнить условия: ; ; . Окончательная ширина пояса принимается кратной 20 или 50 мм.

Требуемая толщина пояса определяется из условия обеспечения необходимой площади его сечения ,

где - требуемая из условия прочности балки площадь сечения пояса

- требуемый момент сопротивления сечения балки ;

с – предварительно задаваемый коэффициент (см. п. 2.1.2), учитывающий частичное развитие в сечении балки пластических деформаций, с = 1,08…1,12. Окончательная толщина пояса принимается по ГОСТ 19903-74* и не более, чем .

Примечание: При неудачно заданной стали или завышенной высоте балки может оказаться, что ≤ 0. В этом случае можно снизить высоту балки до h_min или по согласованию с руководителем проектирования изменить класс стали.

Стенку с поясами соединяют автоматизированной или механизированной сваркой в соответствии с требованиями [2].

Изменение сечения

В курсовой работе изменять сечение сварной главной балки (вблизи ее торцов) предлагается при L > 10 м и при b_f > 240 мм путем изменения ширины поясов (см. рис. 4). В случае несоблюдения хотя бы одного из этих условий сечение балки можно не менять.

Рекомендуется следующий ход расчета измененного сечения составной балки (другие приемы см. в [1, 7, 10]):

- назначить расстояния его изменения от торцов балки, приняв их равными , где - коэффициент, приведенный в табл. 3. Места изменений основного сечения балки не должны располагаться в местах опирания вспомогательных балок и ближе, чем 250 мм от них;

- известными правилами строительной механики в месте изменения сечения (на расстоянии х от торца балки) определить расчетные усилия: изгибающий момент, кН∙м, и перерезывающую силу, кН, ;

- из условия прочности растянутого стыкового сварного шва, которым соединяются зауженный и широкий поясные листы, при упругой работе сечения определяются требуемые момент сопротивления, , зауженного сечения и ширина его пояса, : ; ; , где - расчетное сопротивление стыкового сварного шва, кН/см 2 , принимаемое по [2] с учетом условий его выполнения (заводские или монтажные); - требуемая площадь сечения, см 2 , зауженного пояса; - определенные выше и остающиеся неизменными для зауженного сечения балки размеры (см. рис. 4). Окончательная ширина зауженного пояса, , округляется до размера кратного 20 мм при обязательном соблюдении условий и .

Опорная часть

Главную балку на колонну рекомендуется опирать через опорное ребро (рис. 5) со строганным нижним торцом, выпущенным ниже нижнего пояса балки на 20…30 мм ( ).

Рис. 5. Вариант выполнения

опорной части главной балки

Сечение этого ребра назначается из условия прочности на смятие строганного торца. При этом требуемая его площадь, см 2 , равна , где - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности материала опорного ребра, кН/см 2 , принимаемое по [2]. Толщина ребра t_h обычно принимается равной толщине стенки t_w или поясов t_f балки, а ширина b_h - из условия и не более ширины пояса у опоры. При высоте балки более 1 м ее опорная часть (как условная стойка, на рис. 5 она заштрихована) проверяется на устойчивость из плоскости стенки. В опорную часть кроме торцового ребра включается примыкающий к нему участок стенки шириной , а ее устойчивость проверяется формулой , где - коэффициент продольного изгиба условной стойки относительно оси, совпадающей с продольной осью балки; - площадь поперечного сечения, см 2 , условной стойки, равная .

Коэффициент продольного изгиба определяется по [2] и зависит от гибкости условной стойки , где - высота условной стойки, см, ; - радиус инерции сечения условной стойки, относительно оси стенки ; - момент инерции сечения “стойки”, см 4 , .

Катет двухстороннего сварного шва прикрепления опорного ребра к стенке определяется по [1, 2, 7, 10] из формулы , где - расчетное сопротивление наплавленного металла сварного шва; - коэффициент, учитывающий вид и способ сварки, принимаемый по [2], здесь может быть принят равным 0,7. Окончательный размер катета шва принимается не менее, рекомендованного [2].

Расчет главной балки включает в себя: назначение расчетной схемы с определением нагрузок и усилий; подбор сечения в средней части и измененного сечения в приопорных участках; расчет опорной части; назначение шага и размеров ребер жесткости; проверки прочности элементов сечения и их местной устойчивости, а также жесткости и общей устойчивости балки.

Примеры расчета сварных балок приводятся в [1, 7, 10], поэтому в настоящих указаниях приводятся только краткие рекомендации по их расчету.

Заданием на проектирование предусмотрен расчет и конструирование главной балки в традиционном варианте (с “толстой” плоской стенкой). По согласованию с руководителем проектирования в качестве главной балки можно применить балку с перфорированной или тонкой стенкой (гофрированной, предварительно напряженной или плоской, теряющей устойчивость).

Расчетная схема. Нагрузки. Усилия

В принятой схеме балочной клетки на промежуточную главную балу с шагом ℓ_bn (рис. 3) опираются (с двух сторон) вспомогательные балки. При опирании последних на главную балку в четырех и более точках (n > 3) сосредоточенную нагрузку на нее можно заменять равномерно распределенной. Ее нормативная и расчетная величины соответственно будут равны:

где В – шаг главных балок, м;

- коэффициент, учитывающий нагрузку от собственного веса главной балки, приблизительно равный 1,05;

- расход стали, кг/м 2 , от вспомогательных балок .

Подбор сечения

Подбор сечения сварной балки в средней зоне длины заключается в назначении размеров сечения стенки и полок (рис. 4), обеспечивающих надлежащую прочность, устойчивость и жесткость их и балки в целом.

Подбор сечения балки начинается, как правило, с назначения ее высоты, которая определяется условиями жесткости, минимума расхода стали и увязывается с заданной строительной высотой балочной клетки.

Минимальная высота балки, h_min, (или высота из условия жесткости) определяется по формуле ,

где - коэффициент, зависящий от количества сосредоточенных сил (точек опирания вспомогательных балок) в пролете главной балки, принимаемый по табл. 3;

- расчетное сопротивление листовой стали, из которой изготовлена главная балка, кН/см 2 ;

n_o – отношение пролета главной балки, L , к ее допускаемому прогибу, принимаемое по табл. 2;

- коэффициент увеличения прогиба балки с переменным сечением по ее длине, принимаемый по табл. 3 (для балок постоянного сечения =1) ;

- усредненный коэффициент надежности по нагрузкам на главную балку, равный .

Высота балки, см, при которой ее масса будет минимальной, определяется по [1, 7, 10] или по формуле ,

где - коэффициент, принимаемый по табл. 4;

- требуемый момент сопротивления сечения балки, см 3 , определенный без учета развития пластических деформаций .

Таблица 4. Величина коэффициента в формуле оптимальной высоты балки

Вид балки	при расчете
По упругой стадии	С учетом развития пластических деформаций
Сварная постоянного сечения	3,14	3,26
Сварная переменного сечения	2,76	2,89

Окончательную высоту балки следует принять не менее (если позволяет строительная высота балочной клетки), при этом отклонение ее на 15…20 % от не вызывает заметного увеличения расхода стали.

При ограниченной строительной высоте балочной клетки необходимо обратиться к [1, 7, 10].

При назначении окончательной высоты балки, h, следует иметь ввиду, что при малом количестве балок (до нескольких десятков) целесообразно размер высоты балки принимать кратным 100 мм. При большом количестве балок - определяющей является высота стенки, h_w , которая увязывается со стандартными размерами выпускаемых листов [1].

Далее определяется толщина стенки, причем во внимание принимаются условия обеспечения ее прочности и местной устойчивости.

Из условия прочности на срез толщина стенки, см, определяется формулой

где 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения касательных напряжений в сечении стенки;

- ориентировочная высота стенки балки, см, равная = h – 4…5 см;

R_s – расчетное сопротивление стали стенки на срез, кН/см 2 , .

С целью обеспечения местной устойчивости толщина стенки, см , принимается близкой к или (здесь h в см).

Во избежание установки продольных ребер жесткости толщину стенки целесообразно принять не менее .

Окончательную толщину стенки балки, t_w, назначают по ГОСТ 19903-74* (от 8 мм с шагом 2 мм до 22 мм и далее: 25, 28, 30, 32, 36, 40 мм) и не менее .

На следующем этапе по [1, 7, 10] определяют толщину пояса t_f и его ширину b_f в средней части длины балки. При назначении последней необходимо выполнить условия: ; ; . Окончательная ширина пояса принимается кратной 20 или 50 мм.

Требуемая толщина пояса определяется из условия обеспечения необходимой площади его сечения ,

где - требуемая из условия прочности балки площадь сечения пояса

- требуемый момент сопротивления сечения балки ;

с – предварительно задаваемый коэффициент (см. п. 2.1.2), учитывающий частичное развитие в сечении балки пластических деформаций, с = 1,08…1,12. Окончательная толщина пояса принимается по ГОСТ 19903-74* и не более, чем .

Примечание: При неудачно заданной стали или завышенной высоте балки может оказаться, что ≤ 0. В этом случае можно снизить высоту балки до h_min или по согласованию с руководителем проектирования изменить класс стали.

Стенку с поясами соединяют автоматизированной или механизированной сваркой в соответствии с требованиями [2].

Изменение сечения

В курсовой работе изменять сечение сварной главной балки (вблизи ее торцов) предлагается при L > 10 м и при b_f > 240 мм путем изменения ширины поясов (см. рис. 4). В случае несоблюдения хотя бы одного из этих условий сечение балки можно не менять.

Рекомендуется следующий ход расчета измененного сечения составной балки (другие приемы см. в [1, 7, 10]):

- назначить расстояния его изменения от торцов балки, приняв их равными , где - коэффициент, приведенный в табл. 3. Места изменений основного сечения балки не должны располагаться в местах опирания вспомогательных балок и ближе, чем 250 мм от них;

- известными правилами строительной механики в месте изменения сечения (на расстоянии х от торца балки) определить расчетные усилия: изгибающий момент, кН∙м, и перерезывающую силу, кН, ;

- из условия прочности растянутого стыкового сварного шва, которым соединяются зауженный и широкий поясные листы, при упругой работе сечения определяются требуемые момент сопротивления, , зауженного сечения и ширина его пояса, : ; ; , где - расчетное сопротивление стыкового сварного шва, кН/см 2 , принимаемое по [2] с учетом условий его выполнения (заводские или монтажные); - требуемая площадь сечения, см 2 , зауженного пояса; - определенные выше и остающиеся неизменными для зауженного сечения балки размеры (см. рис. 4). Окончательная ширина зауженного пояса, , округляется до размера кратного 20 мм при обязательном соблюдении условий и .

Опорная часть

Главную балку на колонну рекомендуется опирать через опорное ребро (рис. 5) со строганным нижним торцом, выпущенным ниже нижнего пояса балки на 20…30 мм ( ).

Рис. 5. Вариант выполнения

опорной части главной балки

Сечение этого ребра назначается из условия прочности на смятие строганного торца. При этом требуемая его площадь, см 2 , равна , где - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности материала опорного ребра, кН/см 2 , принимаемое по [2]. Толщина ребра t_h обычно принимается равной толщине стенки t_w или поясов t_f балки, а ширина b_h - из условия и не более ширины пояса у опоры. При высоте балки более 1 м ее опорная часть (как условная стойка, на рис. 5 она заштрихована) проверяется на устойчивость из плоскости стенки. В опорную часть кроме торцового ребра включается примыкающий к нему участок стенки шириной , а ее устойчивость проверяется формулой , где - коэффициент продольного изгиба условной стойки относительно оси, совпадающей с продольной осью балки; - площадь поперечного сечения, см 2 , условной стойки, равная .

Коэффициент продольного изгиба определяется по [2] и зависит от гибкости условной стойки , где - высота условной стойки, см, ; - радиус инерции сечения условной стойки, относительно оси стенки ; - момент инерции сечения “стойки”, см 4 , .

Катет двухстороннего сварного шва прикрепления опорного ребра к стенке определяется по [1, 2, 7, 10] из формулы , где - расчетное сопротивление наплавленного металла сварного шва; - коэффициент, учитывающий вид и способ сварки, принимаемый по [2], здесь может быть принят равным 0,7. Окончательный размер катета шва принимается не менее, рекомендованного [2].

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

сжатие. Балки воспринимают нагрузку в пролете и передают ее на опоры. В мостах при больших нагрузках в пролете и сравнительно малых пролетах балки выгоднее ферм.

Исходя из назначения, при проектировании балок надо стремиться к минимальной площади сечения А при максимальном моменте инерции J и моменте сопротивления W.

Сечения балок, удовлетворяющие этим требованиям при разных видах нагрузки, приведены на рис. 6.1. Так как основной вид нагрузки – поперечный изгиб в одной плоскости, то наиболее распространенным является простое и экономичное сечение в виде симметричного двутавра. Соотношение в таком сечении можно варьировать в больших пределах. Для сварных двутавров можно получить любое соотношение , находящееся в пределах 20 – 70.

Рисунок 6.1 – Виды сечений балок

Проектируя сварную балку заданной длины l (рис. 6.2) на заданную нагрузку, необходимо рассчитать или назначить размеры всех ее элементов: действительную длину l_д; размер в свету l₀; высоту балки h; толщину и высоту вертикальной стенки ( и ); толщину и ширину пояса ( и ). Если материал балки не задан, то необходимо его выбрать, обосновав выбор технико-экономическими расчетами (сравнивая вес, стоимость, трудозатраты на изготовление и т. п.).

Проектирование начинают с определения силовых факторов (М и Q) во всех сечениях балки. Если нагрузки статические, то для этого достаточно построить соответствующие эпюры изгибающих моментов и поперечных сил.

При подвижных нагрузках пользуются методом линий влияния (см. лекцию 9). Линии влияния строят для характерных сечений, например l = 0, 0,1l, 0,2l и т. д. Находят М_max и Q_max и для выбранных сечений и строят объединенные диаграммы максимальных усилий и для балки. По эпюрам или объединенным диаграммам находят наиболее нагруженные сечения. По нагрузкам в этих сечениях рассчитывают размеры сечения балки, поясные швы и другие сварные соединения. Нагрузки в других сечениях учитывают при расстановке вертикальных и продольных ребер, горизонтальных связей.

Рисунок 6.2 – Схема балки и её основные размеры

При проектировании балки необходимо обеспечить:

1. Жесткость не ниже заданной, которая зависит от назначения балки и задается проектанту в виде отношения , где f -максимальный прогиб; l – длина балки.

2. Прочность и экономичность, т. е. при минимальных затратах материала и минимальной стоимости. Это достигается правильным выбором материала, правильным распределением его по сечению.

3. Устойчивость общую, т. е. всей сжатой части сечения балки, и местную (отдельных сжатых элементов балки – ребер, полок, поясов, стенки).

4. Технологичность, т. е. удобство и простота изготовления, обеспечивающие снижение затрат при изготовлении балки и надежность ее в эксплуатации.

5. Компонование – возможность сочетания с другими частями конструкций. Отчасти это обеспечивается тем, что высота балок нормализована и для высоких балок принимается кратной 50 мм.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.003)

Расчет составных сварных балок можно выполнять в следующей последовательности.

1. После сбора нагрузок и определения эпюр моментов и поперечных сил, как и при расчете прокатных балок, принимают сталь. Определяют расчётное сопротивление (учитывая, что балка будет выполняться я из листовой стали).

2. По максимальному изгибающему моменту определяют требуемый момент сопротивления
Wx = M/Ryγc где

М – изгибающий момент, действующий в расчетном сечении;

- расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести

– коэффициент условия работы

3. Предварительно принимают выоту балки h в пределах (1/8 – 1/12)l ; толщину стенки назначают по формуле: tw = 7+3h

Где h подставляется в метрах, а значение tw получают в миллиметрах.

4. Устанавливают высоту балки, толщину стенки и компонуют сечение балки (устанавливают размеры поясов):

Определяют оптимальную высоту балки (наиболее экономичную)

где k – коэффициент, принимаемый равным 1,1 – 1,15

Определяют минимальную высоту балки по формуле:

где Мn, M – соответственно нормативный и расчетный моменты.

Высота балки назначается по большей из величин hоптили hmin

Назначают высоту стенки балки hw предварительно принимая ее на 4-6 см меньше высоты балки, при этом учитывая размеры стальных листов, выпускаемых заводами (сортамент толстолистовой стали), за вычетом 10 мм на строжку кромок листов.

Назначают толщину стенки с учетом рекомендуемых соотношений высоты балки и толщины стенки.

Принятая толщина стенки балки проверяется на срез по формуле

Требуемая площадь поясов определяются по формуле

Принимают ширину листов для поясов балки с учетом соотношения b f / h = (1/3 – 1/5), но не мене 180 мм, с отношение между шириной и толщиной пояса не должно превышать

5. Для подобранного сечения определяют момент инерции, моменты сопротивления, статические моменты инерции и после этого проводят проверку прочности общей и местной устойчивости и жесткости по тем же уравнениям, что используются для расчета прокатных балок. В случае, если все условия соблюдаются, сечение балки считается подобранным; если какое-то условие не выполняется, корректируют размеры сечения и выполняют расчет заново.

Расчет составных сварных балок можно выполнять в следующей последовательности.

1. После сбора нагрузок и определения эпюр моментов и поперечных сил, как и при расчете прокатных балок, принимают сталь. Определяют расчётное сопротивление (учитывая, что балка будет выполняться я из листовой стали).

2. По максимальному изгибающему моменту определяют требуемый момент сопротивления
Wx = M/Ryγc где

М – изгибающий момент, действующий в расчетном сечении;

- расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести

– коэффициент условия работы

3. Предварительно принимают выоту балки h в пределах (1/8 – 1/12)l ; толщину стенки назначают по формуле: tw = 7+3h

Где h подставляется в метрах, а значение tw получают в миллиметрах.

4. Устанавливают высоту балки, толщину стенки и компонуют сечение балки (устанавливают размеры поясов):

Определяют оптимальную высоту балки (наиболее экономичную)

где k – коэффициент, принимаемый равным 1,1 – 1,15

Определяют минимальную высоту балки по формуле:

где Мn, M – соответственно нормативный и расчетный моменты.

Высота балки назначается по большей из величин hоптили hmin

Назначают высоту стенки балки hw предварительно принимая ее на 4-6 см меньше высоты балки, при этом учитывая размеры стальных листов, выпускаемых заводами (сортамент толстолистовой стали), за вычетом 10 мм на строжку кромок листов.

Назначают толщину стенки с учетом рекомендуемых соотношений высоты балки и толщины стенки.

Принятая толщина стенки балки проверяется на срез по формуле

Требуемая площадь поясов определяются по формуле

Принимают ширину листов для поясов балки с учетом соотношения b f / h = (1/3 – 1/5), но не мене 180 мм, с отношение между шириной и толщиной пояса не должно превышать

5. Для подобранного сечения определяют момент инерции, моменты сопротивления, статические моменты инерции и после этого проводят проверку прочности общей и местной устойчивости и жесткости по тем же уравнениям, что используются для расчета прокатных балок. В случае, если все условия соблюдаются, сечение балки считается подобранным; если какое-то условие не выполняется, корректируют размеры сечения и выполняют расчет заново.

Применяется металлическая сварная двутавровая балка для возведения конструкций и перекрытий уже давно. Но до этого времени в России ее применение было жестко ограничено сферой промышленного строительства, т.е. когда возводятся действительно грандиозные конструкции, которым все должно быть нипочем.

И только в последние годы стали появляться такие виды двутавровых балок, которые действительно можно применять при строительстве новые дома обычного жилого дома. Вы задумываетесь именно о таком перекрытии? Тогда мы поможем вам изучить все особенности его изготовления!

Содержание

О новой технологии частного домостроения

Сегодня производство сварных двутавровых балок запущено по всей стране, и востребовано даже в частном домостроении. А всему этому виной новые дизайнерские и архитектурные решения! Их современные объемные планировочные проекты требуют особого качества несущего каркаса и надежного перекрытия, которое будет наиболее эффективным при больших пролетах – от 7 метров.

Вы наверняка, замечали насколько загородные коттеджные дома и подобные им постройки по своему только внешнему виду отличается от исконно русской избушки. А вот теперь представьте, насколько отличается их архитектура и принципы строительства! Вот почему стальные двутавровые балки сегодня стали активно применяться для перекрытия пролетов от 4 до 18 м, а для их производства используется как углеродистая, так и низколегированная сталь, которая гарантирует нужные качества и прочность.

Для изготовления таких балок даже существует свой ГОСТ и необходимые сертификаты. Касательные напряжения у них принимаются сплошными стенками, а сжимающие и растягивающие напряжения равномерно распределяются по длине. Чтобы вам было более понятно, роль у такой вертикальной стенки по сути та же, что у зигзагообразной решетки в металлической ферме. Хотя на первый взгляд такие балки не выглядят слишком прочными или монолитными:

Что собой представляет сварной двутавр?

По своему типу сечения двутавровые металлические балки сегодня принято делить на прокатные или составные, которые называются еще сварными. Сварная двутавровая балка – это особый вид фасонного металлического проката в форме наклонного или горизонтального бруса. Изготавливают ее сегодня из углеродистой и низколегированной стали, обязательно высокого качества.

Давайте перечислим основные преимущества двутавровых сварных балок:

• Перекрывают большие пролеты со значительным нагрузками.
• Идеально перераспределяют горизонтальные и вертикальные нагрузки.
• Прекрасно работают на изгиб благодаря жесткости профиля балки.
• Не горят и не теряют свою несущую способность при нагревании даже достаточно высокими температурами.
• Устойчивы к биологическим воздействиям.
• Отлично подходят для строительства конструкции быстровозводимых зданий.
• Позволяют значительнее снизить массу всей конструкции, по сравнению с горячей корнями.
• Изготавливаются также с полностью ассиметричным сечением.

Вот почему такие сварные балки используются сегодня и в строительстве жилых домов, и для промышленных комплексов, и даже для мостов и тоннелей. Казалось бы, что такая балка будет слишком тяжелой для частного домостроительства, но на самом деле применение стальных двутавров позволяет в итоге сократить общий вес несущих конструкций. Но помните, что в отношении к перекрытию из сварных стальных двутавров существуют свои строгие требования:

Преимущества сварного метода производства балок

Сегодня металлические двутавровые балки для строительной сферы изготавливают двумя основными способами: горячекатным и сваркой. Сварная двутавровая балка обладает большими преимуществами по сравнению с прокатной. У нее и прочностные характеристики лучше, а масса при этом ниже на целых 30%. И все благодаря тому, что расчет сварной двутавровой балки предполагает грамотное сочетание разных марок стали. Вот почему сварная балка в промышленном изготовлении получается дешевле, чем горячекатаная.

Также по себе сварка как метод хороша тем, что при помощи нее балки из металла можно делать самых разных размеров, даже высотой до 4 метров и более, а ведь это все невозможно провернуть с горячекатными балками. Кроме того, только таким методом реально изготовить балку с разной шириной по всей длине.

Кроме того, если мы говорим конкретно о сварной балке, то для ее изготовления задействуют самые разные сорта стали. Этот прием позволяет уменьшить металлоемкость. Почти вся балка состоит из обычной стали, а самая ее напряженная часть – из стали повышенной прочности, а наименее напряженная – из низкоуглеродистой стали. Благодаря всему этому стоимость балки при этом снижается на 5%, что достаточно ощутимо.

Расчет и изготовление сварного двутавра

Качественная саварка двутавровых балок для перекрытия потребует от вас большого внимания и ответственности. Вам нужно будет рассчитать все предстоящие нагрузку на конструкцию в общем и на места соединения сами балок.

На одно только проектирование и планирование двутавровых металлических сварных балок уходит очень много времени. А поэтому мы рекомендуем вам ориентироваться на габариты и предназначения готовой продукции от производителей.

Современный рынок предлагает достаточно большое многообразие размеров готовых двутавровых балок со своими обозначениями и видами. Габариты балки определяют по номеру, который указывает расстояние между внешними гранями, параллельными друг другу.

Например, маркировкой К обозначает колонны и балки, которые должны выдерживать огромные нагрузки. Учитывайте, что существует также определенный вид балок, который применяется не для перекрытий, а для создания только тяжелого оборудования и машин. У таких балок свои нормативы изготовления и свойства.

Для меньших нагрузок подходят широкополочные конструкции. И прочность таких балок будет напрямую зависеть от длины, формулы поперечного профиля, задействования сырьевой базы и способов изготовления, т.е. технологии металлопроката. Вот стандартная сварная балка для частного домостроения:

Вот параметры стальных сварных двутавров для изготовления таких балок:

Как самостоятельно сварить балку?

Если у вас есть уже какое-либо опыт работы с подобным материалом, и вы хотите изготовить сварные балки для строительства своего дома самостоятельно, в качестве основы вам понадобится легированный стальной лист. Горячекатный метод изготовления в домашних условиях довольно сложен, поэтому вам действительно больше подойдет сварной. Это ответственная задача, поэтому если у вас есть возможность, рациональнее сразу пригласить опытного сварщика.

После того как будут готовы отдельные элементы, произведите сборку конструкции выбранным методом сварки. Сначала вам нужно будет установить вертикальную стенку и закрепить ребра жесткости и придавить все хомутами. Готовую балку обязательно нужно защитить специальным покрытием, чтобы в условиях агрессивной среды у нее не пошла коррозия.

Как избежать деформации?

Если допускать ошибки в процессе изготовления, то можно столкнуться с такими неприятными деформациями балки, которые в будущем значительно усложнят процесс монтажа:

Поясним подробнее. Ваша главное ваша задача при изготовлении сварных балок состоит в том, чтобы потом состыковать потом детали так, чтобы шов не работал на растяжение.

Еще учитываете такой немаловажный факт, что сама сварка дает некоторое напряжение в балке, и это не всегда заметно глазу. А поэтому желательно сразу же не приваривать к ней следующую деталь. Просто слегка выгоните шов назад, и балка будет ровной.

Сравнения: чтобы избежать каких-либо деформаций балки, особенно для обустройства междуэтажного перекрытия, в заводских условиях ее подвергают специальной обработке:

Если вы беретесь за изготовление такой балки самостоятельно, вам помогут во всем разобраться такие этапы:

Узлы крепления сварных двутавровых балок

Итак, теперь давайте разберемся с опорными узлами металлических двутавровых балок. Опирание их на стальную колонну (опору) может быть жестким или шарнирным, то есть подвижным.

Само соединение готовых сварных балок между собой в процессе монтажа можно осуществлять двумя способами:

• Первый из которых заключается в том, что двутавры приваривают сначала к специальной пластине, а сварку осуществляют уже по контуру профиля при помощи угловых швов. Преимущество именно этого метода в том, что не приходится разделять кромки балок.
• Второй способ заключается в том, чтобы использовать накладки, которые монтируются симметрично к продольной оси, обрезаются и обвариваются косыми швами. Благодаря этому получается избежать проблем с наложением сварного шва по всей стороне накладки. Этот метод сварки пододит для конструкций с незначительной нагрузкой в будущем, т.е. как раз для строительства частного жилого дома.
• Также сварные балки можно соединить болтовым соединением – это разъемный метод, который нужен для того, чтобы в конструкции отсутствовало остаточное напряжение, а сама конструкция перекрытия была стойкой к ударным и вибрационным нагрузкам. А также тогда, когда нет возможности пригласить профессионалов-сварщиков.

Вот интересное видео сравнения обоих видов соединения балок:

Как вы уже поняли, в большинстве случаев металлическую сварную балку соединяют при помощи сварки, реже болтами и еще реже – на заклепки. Все это напрямую влияет на стоимость монтажа таких балок.

Что касается заклепок, работа с ними наиболее трудоемкая, хотя порой, к сожалению, не обойтись без таких элементов. Например, если балка будет постоянно подвергаться вибрации (будет использоваться такое оборудование), тогда нельзя ее слишком жестко связывать с конструкцией.

Если же вы собираетесь соединить всю металлоконструкцию болтами, тогда:

1. Вам понадобятся крепежные изделия с нормальной и повышенной точностью. Только в местах тех соединений, где будет нагрузка на срез, нельзя использовать болты нормальной или грубой точности.
2. Вам нужно будет заранее проделать просветы на балке (или заказать подобное еще на производстве) так, чтобы внешний диаметр самого отверстия был больше внешнего диаметра болта всего на 2-3 мм. Такая конструкция будет стойкой к деформации, да и сборка в общем попроще.
3. Соединение с болтами повышенной точностью хорошо подходит для труднодоступных мест, где невозможны заклепочные соединения. Но здесь диаметр отверстий нужно сделать больше уже на 0,3 мм, чтобы крепеж мог легко выдерживать предстоящую нагрузку.

Итак, рассмотрим теперь такой важный этап, как варка главной балки со второстепенной. Делайте все шаг за шагом:

• Шаг 1. В верхней части основной балки сделать треугольный вырез точного размера.
• Шаг 2. Приварить накладку к нижней части основной балки.
• Шаг 3. В нижней части вспомогательной балки сделать вырезы, которые будут равны половине ширины нижней части основной балки.
• Шаг 4. Теперь верхнюю часть второстепенной балки нужно сформировать в треугольную форму, такую же, как была вырезана в верхней части главной балки.
• Шаг 5. Далее осуществляем монтаж: сначала главной балки, затем второстепенный, и все это – методом использования накладки.
• Шаг 6. И, наконец, последний этап – это монтаж примыкания верхних частей и стенок, где к нижним частям балок тоже приваривается накладка.

Закрепить металлические двутавры между собой вы также можете методом болтового соединения. Это способ необходим тогда, когда время от времени вам придется осуществлять монтаж или демонтаж конкретного узла. Преимущество такого соединения в том, что в конструкции не будет остаточного напряжения. Что уже само по себе хорошо, ведь тогда перекрытие окажется более устойчиво к ударным нагрузкам, и, кроме того, для создания узла вам не понадобится приглашать профессионального сварщика.

Жесткий узел: для статических нагрузок

Т.е. балка может опираться сверху, прямо на центр профиля колонны или же балку крепят сбоку. Тогда в колоне возникает но только сжимающая нагрузка, но действие всех сил, поэтому ту приходится делать более крепкой и надежной, а это уже перерасход металла.

Иногда также через пролет приходится класть две балки, тогда их соединяют между собой при помощи болтов и между двумя ребрами устанавливают пластины. При этом важно помнить, что металлы подвержены тепловому расширению из-за перемены температур, а потому нужно оставить небольшое расстояние для их малозаметного движения.

Чтобы передать поперечную силу давления, ребро балки ставится так, чтобы при монтаже она была прямо над полкой колонны. При этом балку соединяют с колонной при помощи специальной накладной пластины, и желательно сразу же с обеих сторон. Но так, чтобы не создавать слишком жесткого узла.

Вот хороший пример, как сочетают сварные балки на двух пролетах, чтобы не создавать точечного напряжения на промежуточную стену перекрытия:

Чтобы создать жесткое соединение балки, вам необходимо будет болтовое соединение или сварочное:

Шарнирный узел: для динамических нагрузок

Теперь о шарнирном опирании сварной балки. Создается оно при помощи опорного ребра на опорном столике, куда будет передаваться вся нагрузка. Сам столик вам нужно будет сделать из листовой стали.

Приварите столик по трем сторонам балки и сделайте его ширину при этом больше на 2-3 см, чем ребро балки. Так опорное ребро должны полностью лечь на опорный столик.

Дополнительные функции двутавра в частном домостроении

Сама перекрытие вовсе не обязательно должно состоять только из металлических двутавровых балок. Нередко их используют только в самых напряженных местах, а между металлическими частями устанавливают деревянные двутавры.

Почему так? Дело в том, что для сварки нужна высокая квалификация рабочих. Далее, в обычной литературе и интернет-сайтах нет того многообразия узлов и готовых схем конструкции для установки такого перекрытия, здесь действительно требуется грамотный инженер, и даже мы даем только рекомендации. Кроме того, металл обходится недешево. Да и качество сварки очень важно. Она должна работать долго, даже в условиях коррозии или перемены нагрузок.

Поэтому вот такой вариант не только имеет право на жизнь, но и достаточно практичен:

И, наконец, металлическая двутавровая балка нередко служит дополнительным функциональным элементов, который в любом хозяйстве имеет ценность:

Монтажные работы

Проектирование и документы

Проектирование и документы

Изоляция и утепление

Монтажные работы

Монтажные работы

У меня большой опыт работы с подобными материалами. С помощью легированного стального листа свариваю крепкие балки, которые в дальнейшем идут на продажу. Балку никогда не соединяю заклёпками, хотя здесь написано, что и такие методы применимы. Однако по собственному опыту знаю, что долговечность такой балки слишком короткая, зря лишь время тратишь. Очень много полезного для себя почерпнул.

Что могу сказать по этому поводу в целом. Да, инструкции, конечно, открывают глаза на многие моменты. В общем и целом я как человек, абсолютно не разбирающийся в тематике строительства, получил некоторое представление о сварной двутавровой балке. Расписано довольно подробно, есть поясняющие картинки. Но не специалисту все равно сложно будет досконально разобраться в материале, некоторые моменты желательно расписывать более простым языком. Ну, а для человека, который в этой сфере, думаю, изложено идеально.

Здравствуйте, столкнулся с проблемой расчета сварной двутавровой балки, потому что не всегда получалось избегать деформаций, за счет этого изменялись и параметры балки. Ознакомившись с предложенной информацией, я понял свои недочёты и узнал о некоторых хитростях в проектирование своего здания с помощью данных балок. И начал чётко понимать различие между жёстким узлом и шарнирных узлом и где/какие лучше применять!

Читайте также:

  
• Постановка капельницы алгоритм кратко видео
  
• Политическая мысль 19 века кратко
  
• Собственная частота это кратко
  
• Переход ганнибала через альпы кратко
  
• Решение экологических проблем кратко детям