разбираемся в маркировке, производстве и дефектах

• Главная >
• Блог >
• Изготовление балок из металла: разбираемся в маркировке, производстве и дефектах

21.09.2022

Изделия из металла

Время чтения: 8 минут

Редакция сайта VT-Metall

Сохранить статью:

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Определение и классификация балок из металла
• Преимущества и недостатки балок из металла
• Технология изготовления балок из металла
• Оборудование для изготовления балок из металла
• Возможные дефекты при изготовлении 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.

Рекомендуем статьи по металлообработке

• Марки сталей: классификация и расшифровка
• Марки алюминия и области их применения
• Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

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.

• Следующей операцией будет сваривание балки. Есть много способов нанесения сварного шва. И поэтому при вопросе о том, каким способом правильнее обварить двутавровую балку, всегда найдется не один ответ. Наиболее распространенным способом является сварка с наклоненным электродом. В этом случае осуществляется одновременная обработка двух поверхностей балки, однако глубина шва получается неглубокой. Метод «лодочки» обеспечивает необходимую глубину шва, однако при этом падает производительность.
• Для сварки конструкций применяют промышленную аппаратуру, которая может производить процесс под высоким давлением. Существует много разновидностей и моделей агрегатов для выполнения сварочных работ на производстве. На высокоточных и производительных линиях используют манипуляторы, отличающиеся высокой степенью автоматизации.

  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.

• После всех этих операций производится правка геометрических габаритов конструкции, потому что в процессе сварных работ параметры углов могут измениться. Почти готовое изделие подают в специальный правочный стан, по аналогии с прокатным. Деталь пропускается через роликовую правильную систему, и на выходе получается готовое товарное изделие.

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:

1. Оборудование портального и консольного исполнения.

   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.

2. Сварочные манипуляторы.

   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.

3. Самоходные сварочные тракторы.

   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

Металлообработка

Гидравлический пресс своими руками: материалы, инструменты, этапы изготовления

Подробнее

Свойства металлов

Белый чугун: структура, разновидности, использование

Подробнее

13.06.2023

Термическая обработка металлов: принципы, преимущества, этапы

Подробнее

06.06.2023

Переработка металла: способы, оборудование, проблемы

Подробнее

31.05.2023

Форсаж дуги: помощник для начинающих сварщиков

Подробнее

29. 05.2023

Огнеупорный металл: классификация, свойства, сплавы

Подробнее

26.05.2023

Настройка полуавтомата: выбор оптимальных параметров

Подробнее

25.05.2023

Металлизация: способы и сферы применения

Подробнее

Общие сведения о конструировании балок — технические характеристики

Балками (ребрами, прогонами) называют линейные конструк­ции, размеры поперечного сечения b и h которых существенно мень­ше длины l.

Продольные размеры железобетонных балок совпадают с раз­мерами унифицированных элементов. Балки могут быть одно-, двух- и многопролетными. Поперечные сечения железобетонных балок по форме самые различные: прямоугольные, тавровые, двутавро­вые, трапециевидные, полые и др.

Поперечные сечения балок рекомендуется принимать тонкостен­ными с развитой сжатой зоной (тавровое, коробчатое), так как та­кие сечения являются наиболее экономичными но расходу матери­алов; целесообразно предусматривать полезную высоту сечения, возможную наибольшую, и толщину ее стенок, наименьшую. Это заранее предусмотренное решение позволяет повысить несущую способность, жесткость и трещиностойкость элементов.

Высота балок назначается в зависимости от их длины пролета и составляет (1/10 — 1/20)l, ширина поперечного сечения — (1/2 — 1/4)h (высоты).

В целях унификации размеров поперечных сечений балок при­нимают высоту сечения кратной 50 мм при h ≤ 600 мм и 100 мм при h > 600 мм; ширину балок принимают 100, 120, 150, 180, 250 и далее, кратной 50 мм.

Продольную рабочую арматуру следует располагать у грани, работающей на растяжения. Защитный слой бетона должен иметь как можно меньшую допускаемую величину. При высоте балок до 600 мм, при расположении продольной арматуры в один ряд, тол­щина этого слоя составляет 30-50 мм, а при большей высоте и расположении рабочей арматуры в два ряда она составляет 50-70 мм.

Так как на любой железобетонный элемент обязательно дей­ствуют силы и нагрузки, направленные перпендикулярно продоль­ной оси элемента, то правилами проектирования должны обязатель­но устанавливаться хомуты (поперечная арматура) в сечении эле­мента. Эта арматура приваривается к продольной рабочей арматуре. При этом образуются монтажные каркасы. Каркасы преимуществен­но применяются сварные, но нередко и вязаные.

Число плоских сварных каркасов в сечении балки назначается в зависимости от ее ширины. При ширине сечения до 100-150 мм устанавливают один каркас. При большей ширине сечения разме­щают в нем два и более каркасов.

Расстояние между продольными стержнями в растянутой зоне принимают не менее диаметра арматуры или не менее 25 мм, а в сжатой зоне не менее 30 мм. При расположении продольной арма­туры по высоте сечения более чем в два ряда, расстояние по гори­зонтали между продольными стержнями верхних (над вторым ря­дом) рядов должно быть не менее 50 мм.

Расстояние между поперечными стержнями (шаг) при высоте сечения h ≤ 450 мм должно быть S ≤ 0,5h и не более 150 мм, а при большей высоте сечения не более 1/3h и не более 500 мм. Эти тре­бования относятся к приопорным участкам балок, длина которых составляет 1/4 часть от общей длины пролета. На остальной части пролета при высоте балок более 300 мм шаг между хомутами мо­жет быть увеличен до 3/4h, но не более 500 мм.

Диаметр продольной рабочей и монтажной арматуры балок принимают не менее 12 мм. Для продольной арматуры, устанавли­ваемой по конструктивным соображениям, а также для продольных монтажных стержней сварных каркасов сборных балок, допускает­ся применять стержни и меньших диаметров.

Продольную рабочую арматуру назначают из стержней одина­кового диаметра и в крайнем случае из стержней двух разных диа­метров. При этом стержни большего диаметра размещают в первом ряду, в углах сечения и при вязаных каркасах — в местах перегиба хомутов. Рабочую продольную арматуру размещают по возможно­сти равномерно по ширине поперечного сечения балки: обычно в один и редко в два ряда. Особо следует избегать шахматного разме­щения стержней верхнего ряда относительно нижнего, в связи с тем, что при этом труднее достигнуть тщательного заполнения бетон­ной смесью промежутков между стержнями.

При расположении продольных рабочих стержней в два ряда и более, центр тяжести сечения арматуры перемещается кверху, вслед­ствие чего плечо внутренней пары сил (h₀ — 0,5x) уменьшается и тем самым снижается несущая способность балки. Нижний ряд арматуры будет иметь перенапряжения, а верхний — недонапряже- ния. Это обстоятельство не позволяет полностью использовать проч­ность рабочей арматуры. Поэтому нормами запрещается уклады­вать рабочую арматуру более чем в три ряда.

а — открытый двухветвевой хомут; б — то же, хомут закрытый; в — открытые четырёхветвевые хомуты; 1 — двухветвевые хомуты одного типа; 2 — то же, разного типа; а_b ≥ 20 мм при d до 20 мм, а_b ≥ 25 мм при d = 25 мм и более, а_b ≥ 30 мм при d = 32 мм и более

Для экономии стали при числе продольных стержней растяну­той зоны 4 и более часть стержней обрывают (в сварных каркасах) или отгибают (в вязаных каркасах) согласно очертанию эпюры из­гибающих моментов. Два стержня обязательно доводятся до опор.

Отгибы в вязаных каркасах устраивают под углом 45°, но при высоте балок более 800 мм угол наклона отгибов может быть уве­личен до 60°, а в низких балках он может быть доведен до 30°.

Пример армирования вязаными каркасами приведен на рисунок выше.

Для размещения напрягаемой арматуры следует предусматри­вать уширение растянутой зоны ребра балки, которое одновремен­но служит для обеспечения прочности этой части сечения при об­жатии элемента. В предварительно напряженной балке кроме на­прягаемой арматуры укладывают и ненапрягаемую (по расчету или конструктивно), располагая ее ближе к наружным поверхностям элемента, чтобы хомуты охватывали все продольные стержни.

Задача 1. Определить количество стержней рабочей арматуры растянутой зоны железобетонного элемента прямоугольного сечения по следующим данным: b = 35 см, h = 80 см, бетон класса В30, рабо­чая продольная арматура класса А300, расчетный изгибающий мо­мент М = 320 кНм, коэффициенты условий работы бетона γ_b2 = 0,9, арматуры γ_s = 1,07, коэффициент надежности по назначению для гид­ротехнического сооружения I класса γ_n = 1,2.

Решение. Имеем первый тип задач с одиночным армированием. Находим расчетные сопротивления бетона и арматуры R_b =17 МПа, R_s = 270 МПа.

Вычисляем рабочую (полезную) высоту сечения, приняв защит­ный слой бетона а = 5 см,

h₀ = h — а = 80 — 5 = 75 см.

Определяем величину коэффициента α_m

По таблице «коэффициенты для расчета железобетонных изгибаемых элементов прямоугольного сечения», находим значение относительной высоты сжатой зоны сечения ξ = 0,138 < ξ_R = 0,577. Из этой же таблицы берем значение коэффициента ζ = 0,932. Величина граничного значения относительной высоты сжатой зоны сечения принята по таблице.

Что такое балки и колонны в строительстве?

От древних пирамид Гизы до современного Бордж-Халифа мы совершили несколько подвигов в области гражданского строительства за свою относительно короткую историю. Но если подумать, этот прогресс зависит от нашей способности понимать структурные механизмы.

Видите ли, все гражданское строительство, о котором вы только можете подумать, — от хижин до небоскребов и мостов — все требует конструктивных элементов, чтобы удержаться на ногах.

Балки и колонны — два таких важных структурных элемента, которые используются уже тысячи лет. Они играют важную роль в создании безопасного пути нагрузки для передачи веса и сил, действующих на конструкцию, на фундамент и в землю.

В этой статье мы углубимся в их суть.

Балки

Балки представляют собой горизонтальные конструктивные элементы, способные выдерживать вертикальные нагрузки, поперечные силы и изгибающие моменты. Балки передают нагрузки, действующие вдоль их горизонтальной длины, на конечные точки, такие как колонны, стены и фундаменты.

Чтобы дать вам конкретный пример, давайте рассмотрим мост. При строительстве моста в пол встраиваются гигантские конструктивные элементы. Эти структурные элементы называются колоннами, но об этом позже.

Затем между концами колонн размещаются длинные горизонтальные элементы (обычно из железобетона или стали). Эти горизонтальные элементы называются балками. В случае моста они несут вес движущихся по мосту транспортных средств и передают его на колонны.

Другим хорошим примером бревна может быть балансировочное бревно в гимнастике. 15-футовая балка поддерживается с обоих концов. Теперь, когда гимнастка выполняет свои трюки на бревне, она действует вниз перпендикулярно продольному направлению бревна.

В зданиях балки используются для поддержки веса потолков, крыш и полов.

Расчет балок

Расчет балок включает в себя выбор правильного размера, площади и материала балки, которые будут нести приложенную нагрузку без разрушения или чрезмерного отклонения. Чтобы сделать правильный вывод, требуется хорошее понимание физики и инженерной статики.

Инженеры-строители обучены анализу нагрузок, усилий и напряжений, действующих на балки. И они используют свое понимание, чтобы определить лучший материал, размер и форму.

Материал

Наиболее распространенные типы материалов, используемых для балок, включают:

1) Железобетон

2) Сталь

3) Кирпичная кладка

4) Дерево

У всех материалов есть свои плюсы и минусы. Например, стальные балки пригодны для вторичной переработки, долговечны и устойчивы к ржавчине. Но с другой стороны, у них высокие затраты на техническое обслуживание, они менее устойчивы к огню и ими трудно маневрировать.

Но, в конце концов, окончательный выбор материала обычно основывается на стоимости, размерах и функциональном назначении.

Размер и форма

Размер балки прямо пропорционален ее несущей способности. Чем толще балка, тем большую нагрузку она может нести без разрушения.

Столбец

К настоящему моменту вы должны иметь хорошее представление о том, что такое столбец. Но вот формальное определение. Колонна представляет собой вертикальный элемент конструкции, предназначенный для передачи сжимающей нагрузки.

В качестве простого примера рассмотрим стол с четырьмя ножками. Четыре ножки стола можно рассматривать как колонны. А веса деревянной плиты и предметов на столе передаются на ножки, которые в свою очередь переносят их на пол по мере сжатия.

Если вы перенесете эту идею на высокое здание, то колонны нижнего этажа помогут выдержать совокупный вес всех этажей над ним.

Расположение

Для достижения наилучшего распределения нагрузки колонны должны располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга на всех этажах. Именно поэтому колонны в мостах обычно располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга.

Но иногда предлагаемый архитектурный проект сооружения может накладывать практические ограничения на соблюдение этого правила. В этом случае инженер-строитель должен тесно сотрудничать с архитектором, чтобы определить идеальную компоновку колонн с учетом проектных ограничений.

Материалы

В современном строительстве колонны в основном изготавливаются из двух типов материалов:

1) Сталь

Стальные колонны можно разделить на три типа. Они бывают C-образного сечения, I-образного сечения и полого сечения.

2) Железобетон

Железобетон обычно имеет прямоугольное или круглое сечение.

В классической архитектуре камни широко использовались в качестве колонн.

Дизайн

При проектировании колонн нового здания инженер-строитель принимает во внимание несколько моментов. Во-первых, они рассчитывают вес полов/крыши и другие нагрузки, выдавливающие вертикальные силы, поддерживаемые этими колоннами.

Кроме того, необходимо учитывать влияние боковых сил, вызванных землетрясениями и ветром. На основе полученных значений инженер-строитель определяет идеальный материал, размер и форму.

Закрытие

Без балок и колонн конструкции не могли бы стоять вертикально. И хотя структурных элементов гораздо больше, теперь у вас должно быть хотя бы элементарное представление о том, что они из себя представляют.

Свяжитесь с нами здесь сегодня для получения дополнительной информации. Мы с нетерпением ждем совместной работы с вами над вашим следующим проектом!

Типы балок, используемых в строительстве — Портал гражданского строительства

Балка — это конструктивный элемент или элемент, который в значительной степени передает нагрузки, приложенные вдоль его оси, на его опоры, такие как стены, колонны, фундаменты и т. д., при этом изгиб является основной способ отклонения.

При строительстве зданий и сооружений применяют различные виды балок. Вертикальные нагрузки, касательные напряжения и изгибающие моменты могут восприниматься этими горизонтальными структурными элементами. Балки распределяли нагрузки по всей своей длине к их концам, включая стены, колонны, фундаменты и другие конструкции.

Типы балок в конструкциях:
В строительстве используются следующие типы балок:

A. В зависимости от строительных материалов:

1. Деревянная балка:

Рис. 1: Деревянная балка
Предоставлено: vestern.co.uk

На деревянной ферме деревянная балка проходит горизонтально между двумя стойками. Деревянная балка обычно используется в строительстве деревянных ферм крыши. Деревянная каркасная конструкция используется с колоннами и стойками для поддержки балок.

Они также используются для поддержки перекрытий в исторических домах с деревянным каркасом. При правильном обращении и уходе древесина является прочным и долговечным строительным материалом.

2. Железобетонная балка:

Рис. 2: Железобетонная балка
Предоставлено: researchgate.net

Железобетонная балка из простого цементного бетона и арматурных стержней. Это самый распространенный тип бруса, используемый в строительстве. Такой вид луча можно увидеть во многих жилых домах.

3. Стальная балка:

Рис. 3: Стальная балка
Предоставлено:structure1.net

Стальные балки используются на складах, башнях, промышленных зданиях, фермах и других стальных конструкциях. Часто используются стальные двутавровые балки, потому что они имеют высокий второй момент площади, что означает, что они жесткие относительно площади поперечного сечения и могут выдерживать большие нагрузки без провисания.

4. Составная балка:

Рис. 4: Составная балка
Предоставлено: tecquipment.com

Это конструктивный элемент, изготовленный из двух разных материалов, соединенных вместе в единое целое. Стальные и железобетонные составные балки, например, используются в строительстве зданий. Для крепления этой бетонной плиты используется широкий стальной фланец.

B. На основе условий поддержки:

5. Просто поддерживаемая балка:

Рис. элементы, потому что оба конца поддерживается, но может свободно вращаться. На одном конце есть штыревая опора, а на другом роликовая опора. Он может выдерживать сдвиг и изгибаться в зависимости от деформации.

6. Консольная балка:

Рис. 6: Консольная балка
Предоставлено с сайтаquantity-takeoff.com

Консольная балка определяется как закрепленная на одном конце балка и свободная на другом. Нагрузка распределяется обратно на опору, подверженную моменту и касательному напряжению. Эркеры, балконы и некоторые мосты возможны с использованием консольных балок.

7. Фиксированная балка:

Рис. 7: Фиксированная балка
Предоставлено: theconstructor.org

Этот тип балки имеет фиксированные концы на обоих концах. Кроме того, контролируется вращательное движение неподвижной балки. Конец неподвижной балки нельзя повернуть, поскольку он закреплен на обоих концах. Фиксированная балка расположена таким образом, чтобы выдерживать высокое давление. От этого типа луча нет никакой реакции. Применяется при строительстве высотных зданий и промышленных сооружений.

8. Нависающая балка:

Рис. 8: Нависающая балка
Предоставлено с сайта civiconcept.com

Для балок такого типа обычно используется простая несущая конструкция в виде балки. Однако у нависающей балки один конец выходит за пределы опоры. Балка часто доставляется на каждом конце колонны для передачи нагрузки. Колонна поддерживает один конец нависающей балки, а другой свисает с опоры. В жилых домах нависающие балки обычно используются для создания тени или балконов. Оба конца двойной нависающей балки немного свисают с опоры.

9. Неразрезная балка:

Рис. 9. Неразрезная балка
Предоставлено инженерамиforum.com.org

Неразрезная балка содержит более двух или более опор. Это похоже на поддерживаемую балку. Когда балка поддерживается на обоих концах промежуточной опорой, она называется неразрезной балкой. В этих типах балок имеется несколько пролетов. В мостостроении чаще всего используется неразрезная балка. Этот тип балки имеет более двух опор по всей длине.

10. Ферменная балка:

Рис. 10: Ферменная балка
Предоставлено: civiconcept.com

Ферма укрепила ферменную балку. Эти балки обычно используются для строительства навесов для мастерских и складских помещений, где требуется большой пролет и открытое пространство.

C. В зависимости от формы поперечного сечения:

11. Прямоугольная балка:

Рис. 11: Прямоугольная балка
поперечное сечение прямоугольной балки выдерживает растяжение при внизу и сжатие вверху. В результате нижняя часть поперечного сечения балки получает больше армирования, чем верхняя. Прямоугольные балки являются наиболее распространенным типом строительных балок.

12. Т-образная балка:

Рис. 12: Т-образная балка
Предоставлено: drintl.co.in

В большинстве случаев эта балка строится монолитно с железобетонной плитой. Изолированные Т-образные балки иногда используются для повышения прочности бетона на сжатие.

13. Двутавровая балка:

Рис. 13: Двутавровая балка
Предоставлено: civiconcept.com

При строительстве стальных конструкций используются двутавровые балки. В стальных конструкциях двутавровые балки могут безопасно выдерживать усилия прогиба и изгиба. Балки двутаврового сечения изготавливаются по заводской спецификации. В архитектуре двутавровая балка используется в важных опорных фермах. Обладая большей прочностью, чем другие секции балок, двутавровая балка защищает целостность конструкции больше, чем другие секции балок.

14. Балка L-образного сечения:

Рис. 14: Балка L-образного сечения
Предоставлено: civiconcept.com

L-образная балка — это тип балки, используемой в углу или по периметру плиты.

15. C-образная балка:

Рис. 15: C-образная балка
Предоставлено: exportersindia. com

Это балка с швеллерной частью, часто известная как «C-образный» профиль.

D. На основе геометрии:

16. Прямая балка:

Рис. 16: Прямая балка
Предоставлено с сайта simscale.com

Прямые балки имеют прямой контур по всей длине. Большинство конструкций состоят из прямых балок.

17. Коническая балка:

Рис. 17: Коническая балка
Предоставлено с сайта forum.ansys.com

Благодаря превосходному соотношению жесткости к массе конические балки широко используются в строительстве. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с призматическими балками, в том числе повышенную несущую способность при сдвиге, повышенную боковую устойчивость и меньший вес.

18. Изогнутая балка:

Рис. 18: Изогнутая балка
Предоставлено с сайта dreamtime.com

Изогнутые балки имеют криволинейную форму или профиль. Он обычно используется при строительстве зданий круглой или изогнутой формы.

E На основе условий равновесия:

19. Статически определенная балка:

Исходя из основного условия равновесия, опорная реакция, создаваемая в этой балке вычисляется. Базовое положение равновесия, используемое в качестве балки, используется для исследования статически определимых балок. Количество неизвестных сил в статически заданной балке в этом случае равно количеству уравнений.

20. Статически неопределимая балка:
Условия равновесия недостаточны для решения реакций в статически неопределимой балке. В результате анализ такого рода пучков более сложен, чем анализ статически определимых пучков.

Рис. 20: Статически неопределимая балка
Предоставлено с сайта aboutcivil.org

F. На основе методов строительства:

21. Литая бетонная балка: 901 15
Рис. 21: Монолитная бетонная балка
Предоставлено: civildigital.com

Это балки, которые отливаются и отверждаются на месте. Для отливки балки устанавливается опалубка определенного размера, в формы заливается свежий бетон, который затем уплотняется с помощью различных вибрационных машин.

22. Предварительно напряженная бетонная балка:

Рис. 22. Залитая на месте бетонная балка
Предоставлено с сайта civildigital.com

Эта бетонная балка испытывает напряжение или деформацию до того, как она будет установлена ​​на место. Разработанные инженерами балки из предварительно напряженного бетона могут прокладываться на большие расстояния, чем железобетонные балки. Этот тип луча очень тонкий и легкий.

23. Сборная железобетонная балка:

Рис. 23: Сборная железобетонная балка
Предоставлено: civildigital.com полная мощность луча. Они производятся на предприятиях и проходят тщательную проверку качества в строго контролируемой среде. После этого сборные балки доставляются на строительную площадку для использования.

24. Перемычка:

Рис. 24: Перемычка
Предоставлено с сайта civilclick.com

Она переносит вес с верхней части на боковую стенку, на которую опирается. Одним из важнейших компонентов бруса является перемычка. Поверху двери, окна и вентиляционной рамы обычно устанавливают перемычки. Его основная цель — ограничить силу, прикладываемую к дверным и оконным рамам.

Вывод:
В зданиях и сооружениях применяются различные виды балок, каждая из которых имеет свое назначение. Различные балки классифицируются в зависимости от типов опор, которые они обеспечивают, условий нагрузки, с которыми они сталкиваются, формы их поперечных сечений и материалов, которые они изготавливают.

Ссылки:

1. Сатиш. (2019, 3 октября). 20+ различных типов лучей — список с рисунком [Гражданские планеты]. Гражданские планеты; www.civilplanets.com. https://civilplanets.com/types-of-beams/
2. Типы балок в конструкциях. (2021, 5 сентября).