{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Стальные балки — Punchlist Zero

Балки салазок обеспечивают структурную целостность зданий, конструкций салазок и многих других стальных конструкций. Правильная конструкция, спецификация и сборка стальных балок обеспечивают основу для успешной сборки стальных конструкций.В этой статье вы узнаете о типах стальных балок, используемых в конструкции салазок, о процессе выбора балок, связанных стальных компонентах и ​​процессе строительства.

Типы балок

Три основных типа балок могут использоваться для каркаса и поддержки структурных салазок: двутавровые балки, c-образный канал и несущие трубы.

Двутавровые балки

Двутавровые балки также известны как W, H, прокатные балки и универсальные балки. Они выдерживают большие нагрузки, обеспечивают однонаправленный изгиб, экономичны и универсальны.В результате двутавровые балки часто используются в конструкции салазок.

Наиболее часто используемым двутавровым сечением в США является широкий фланец (W-образная форма). Внутренние поверхности их фланцев на большей части площади параллельны. Доступны формы с широкими полками в стандарте ASTM A992 с пределом текучести от 340 до 450 МПа.

C-образный канал

Также известный как параллельный фланцевый канал, C-образный канал может использоваться как балка и колонна. Материал С-канала — алюминий, сталь и нержавеющая сталь.Они обеспечивают плоскую заднюю часть полотна и меньший радиус вращения, чем двутавровое сечение той же высоты.

В отличие от двутавровых балок ось изгиба С-образного канала не центрируется по ширине полок. Размер варьируется в зависимости от конструкции салазок. Классы C-канала обозначаются в соответствии с ASTM A276. Он образует опоры для оборудования, используемого в конструкции салазок и системы потолочных каналов. С-образные профили предпочтительнее для двутавровых балок из-за их способности выдерживать допуски по прочности при более низкой толщине, чем двутавровая балка, и полезности при малых пролетах.

Структурные трубы

Структурные трубы имеют полое поперечное сечение из конструкционной стали и могут заменять двутавровую балку и С-образный канал. Он доступен в различных формах, включая прямоугольную, квадратную и круглую. Выбор формы зависит от требований к материалам, спецификаций и области применения.

Структурные трубы обеспечивают высокое соотношение прочности и веса. Он имеет большой радиус вращения вокруг обеих осей. Эстетически структурные трубы обеспечивают хороший эстетический вид за счет гладких сторон, закрытых участков и закругленных углов.

Закрытые секции НКТ обеспечивают эффективное сопротивление скручивающим нагрузкам. Полые конструкционные трубы обеспечивают однородность размера, формы и прочности, а также простоту формования, сверления, гибки и штамповки.

Структурные трубки обладают высокой огнестойкостью и сопротивляются деформации, скручиванию, усадке, набуханию и расщеплению.

Проектирование стальных балок выполняется следующим образом:

• Выберите марку стальной балки :

Существует много различных марок стали, но A992 является наиболее часто используемым для Я балки.

• Выберите форму стальной балки:

Доступен широкий выбор форм, таких как W-образная, C-образная, L-образная и HSS. Выбор формы балки зависит от дизайнера. Чаще всего используются двутавровые балки.

• Рассчитайте типы нагрузок, действующих на балку:

В основе сечения балки лежит следующий тип нагрузок.

1. Собственные нагрузки
2. Фактические нагрузки
3. Ветровые нагрузки.
4. Вибрационные нагрузки

• Выберите тип метода расчета (ASD или LRFD):

Обычно существует два метода расчета стальной балки.

1. Метод расчета допустимого напряжения (ASD).
2. Метод расчета коэффициента сопротивления нагрузки (LRFD).

Выбор метода проектирования зависит от дизайнера. Принципиальное различие между LRFD и методом расчета допустимого напряжения заключается в том, что последний использует один фактор (т.е., коэффициент безопасности), в то время как в первом используется один коэффициент с сопротивлением и по одному коэффициенту для разных типов воздействия нагрузки. LRFD обеспечивает более согласованные выходные данные просто потому, что в расчетах используется более одного фактора. LRFD дает более экономичные результаты по сравнению с ASD. Всегда предпочтительнее использовать метод LRFD.

Процесс выбора двутавровой балки

Наиболее часто используемым сечением балки является двутавровая балка, и факторы, влияющие на выбор сечения двутавровой балки, обсуждались здесь:

Полка и стенка составляют два основных компонента двутавровой балки дизайн.Размер этих компонентов зависит от технических характеристик клиента и сил, возникающих в балке / салазках.

Параметры, которые следует учитывать

• Двутавровые балки следует выбирать с точной толщиной стенки, чтобы избежать волнистости. Волнистость похожа на явление потери устойчивости, возникающее в результате «действия поля растяжения». Когда толщина полотна меньше допустимых пределов, секция начинает волноваться, вызывая морщины на поверхности секции. Контроль волнистости достигается за счет сохранения толщины полотна в соответствии с рекомендациями дизайнера.
• Вибрация: Конструкция двутавровой балки должна минимизировать вибрацию. Жесткость и масса балки обеспечивают первичную вибростойкость.
• Изгиб: Двутавровая балка должна выдерживать напряжения текучести при приложении нагрузок.
• Изгиб: Конструкция двутавровой балки должна выдерживать минимальные скручивающие напряжения во избежание несчастных случаев.
• Прогиб: Отклонение двутавровой балки должно быть минимальным.Прогиб можно уменьшить следующими мерами.
  • Уменьшение длины балки.
  • Использование моментных соединений на конце балки.
  • Повышение модуля упругости балки.
  • Распределение нагрузок на другие балки.

Стенка двутавровой балки должна выдерживать напряжения сдвига, а фланец должен иметь достаточное сопротивление изгибу.

После выбора марки и формы балки следующие шаги определяют расчет двутавровой балки:

1. Учет всех нагрузок, которые действуют на двутавровую балку.
2. Нарисуйте диаграмму изгибающего момента с учетом всех приложенных нагрузок на двутавровую балку. Возьмите значение максимального изгибающего момента.
3. Выберите наиболее подходящий размер стальной двутавровой балки из стандартной таблицы двутавров.
4. Рассчитайте момент инерции площади, указанный как I этого сечения.
5. Найдите глубину выбранной двутавровой балки.
6. Найдите напряжение, развиваемое в выбранном сечении двутавровой балки по следующей формуле:

f / L = M / I

где,

f — напряжение изгиба

M — момент в нейтральном ось

L — расстояние по перпендикуляру к нейтральной оси

I — момент инерции относительно нейтральной оси x.

Салазки, несущая рама или другой строительный проект, ориентированный на балку, обычно требует дополнительных стальных компонентов для обеспечения необходимой конструкции. Эти компоненты включают поперечины, уголки, решетку, лестницы, платформы, подъемные проушины и все остальное, что требуется в соответствии с требованиями клиента или проекта.

Поперечины добавляют жесткости и прочности балочной конструкции и соединяются с балками по периметру в соответствии с расчетами конструкции. Уголок проходит перпендикулярно поперечине и помогает уменьшить прогиб плиты пола.

Плита пола , также известная как плита скольжения, позволяет пешеходам и оборудованию перемещаться по поверхности. Материал плиты перекрытия такой же, как и у опорных балок. Требования клиента диктуют необходимые размеры и стиль.

Решетка представляет собой набор идентичных элементов, состоящий из двух наборов, в которых второй установлен перпендикулярно первому.Решетка позволяет перемещаться мелким частицам, таким как воздух и вода. Размер и выбор материала решетки варьируется в зависимости от требуемых характеристик.

Процесс строительства балки

Как правило, первым шагом в изготовлении балки является обрезка балки по размеру. Большинство литейных предприятий и дистрибьюторов поставляют на предприятия балки заданной длины, и персонал должен обрезать балку до требуемого размера. Как часть процесса резки балок, балки часто требуют совмещения. Копирование позволяет балкам идеально подходить, удаляя часть стенки или фланца.Копирование может быть выполнено с помощью ручного процесса резки или станка с ЧПУ.

После резки и сборки балок происходит сборка и сварка балок. Вообще говоря, балки не требуют такой точности, как сварка труб или сосудов. Стальные балки соединяются друг с другом посредством кольцевого стыкового шва , где два элемента стыкуются встык.

Окружные стыковые швы имеют два варианта. Более прочным из двух является сварной шов с полным проплавлением, при котором сварочная проволока заполняет толщину стенок двух соседних элементов.Второй метод — это сварка с частичным проплавлением, при которой расплавленная проволока просто покрывает окружность прилегающих элементов, как кусок прочной ленты. Несущие конструкции обычно используют метод полного проникновения.

После типа сварного шва, используемого в стальных конструкциях, является угловой шов . Этот тип сварного шва соединяет два куска металла вместе, когда они перпендикулярны или расположены под углом друг к другу. Угловые швы обычно применяются, когда плита перекрытия, угловая сталь или другой стальной материал должны соединяться с балками.

Форм балки (или профиля балки) в проектах DIY — что мне использовать?

Независимо от того, являетесь ли вы опытным строителем своими руками или новичком в компании, формы балок часто вызывают затруднения. Что ж, мне нужно это сделать, но у меня есть только такой материал. Я просто воспользуюсь этим, потому что он у меня есть. Подобные решения происходят постоянно в моем магазине. Как насчет твоего?

Вообще-то, отличная идея! — Пожалуйста, уделите минуту и ​​поделитесь в комментариях.- Расскажите, пожалуйста, о глупой вещи, которую вы построили из явно неподходящего материала.

Хорошо, вернемся к обсуждению форм балок.

Важность формы балки

Выбор правильной формы балки (также известной как сечение, профиль или тип балки) очень важен для каждой цели. Каждая форма луча имеет разные характеристики и, вероятно, несколько разных размеров. Существует много различных стандартных типов балок, и на самом деле их неограниченное количество, если мы включаем сборные балки +1.Для начала давайте рассмотрим некоторые формы балок, которые обычно используются в проектах «сделай сам».

На этой диаграмме есть несколько стандартных профилей балок с рейтингом для каждого свойства в первом столбце. Для вашего удобства представьте таблицу в следующих терминах:
— Мы используем звезды для общих оценок. звездочек означает сильнее, проще или надежнее.
— Звезды сравнительные, поэтому 1 звезда не означает, что это плохо.
— Чем меньше звездочек, тем хуже для этого объекта недвижимости по сравнению с другими.
— Наведите указатель мыши на над звездами (и «Профилями»), чтобы получить информацию о категориях и рейтингах.

Опять же, наведите указатель мыши на звезды, чтобы прочитать наши мысли по их ранжированию. * Обсуждение прямоугольной трубы включает квадратную трубу.

О таблице звезд

Оценки для каждой формы луча (или профиля луча) основаны на личном опыте. Я принимаю вариант звездочки или около того в любом из столбцов, так как это довольно сложно определить.Существуют некоторые различия, если рассматривать вертикальный луч и горизонтальный луч. Некоторые предметы, такие как коррозия (ржавчина), неприменимы, когда разговор переходит от стали к алюминию. Я также понимаю, что существует множество других форм балок, которые можно изготовить. Невозможно поместить все варианты в список.

Давайте подробнее рассмотрим некоторые профили балок, применяемые в проектах «сделай сам».

Каждый профиль балки действительно хорош в чем-то

Прямоугольная труба

.. . (включая квадратную трубу), вероятно, самый распространенный материал для проектов DIY. Например, он подходит для небольших прицепов. Это понятно, потому что с ним хорошо работает почти все, и особенно потому, что с ним легко работать. Кроме того, легко получить тонны разных размеров и толщины. Эти формы пучка наиболее сильны в направлении высоты, но определенно не слабы в направлении ширины. Трубки также хорошо справляются с крутящим моментом. Покрасить выпуклую форму легко, и вам не нужно беспокоиться о расстоянии между внутренними фланцами.

Недостатки : У Tube есть 2 потенциальных недостатка. . . . 1) Вы не можете хорошо красить внутреннюю часть, поэтому необходимо заклеить ее для защиты от коррозии. Обычно это легко, если только вы не планируете прокладывать провода или другие предметы через очень красивый и защищенный центральный проход. 2) В зависимости от толщины стенки, если вы поместите болты в трубку, а затем затянете их, вы можете сжать трубку. Болты тоже длиннее. Обратите внимание, что размещение отверстий в трубке возвращается к # 1, герметизация.Кроме того, отверстия в трубе в неправильных местах (обычно сверху и снизу для прицепа) ослабят балку.

Приложения: Планы проектов «сделай сам» здесь, в Mechanical Elements, используют много прямоугольных и квадратных балок.

Круглая труба

. . . во многом похож на прямоугольную или квадратную трубу по преимуществам, и этот профиль луча превосходит по крутящему моменту на вес. У него также есть приятное преимущество в том, что он отлично подходит для привязки.

Недостатки : Опять же, круглая труба имеет те же недостатки, что и выше, но с явным дополнительным недостатком, заключающимся в том, что сложнее выровнять и центрировать отверстия параллельно просто потому, что у нее нет плоской стороны, на которую можно ориентироваться.(Это не значит, что это невозможно, просто требуется немного больше усилий.) Кроме того, круглую трубу сложнее изготовить, потому что вы должны сформировать концы тройника в другие круглые трубы.

Области применения: Профили с круглыми балками используются во многих проектах DIY, особенно для соединений и прокладок. Они также появляются для вещей, которые нужно держать (рукой) или повязать.

C-канал

. . . действительно популярный профиль для вспомогательных балок. Хотя мы также видим это для главных балок, это гораздо чаще встречается для поперечных балок и других мест.В вертикальном направлении (как показано на изображении диаграммы профиля пучка выше) C-образный канал обычно более прочен для веса, чем труба. Это делает его привлекательным, но его не так много разных размеров, толщины или разновидностей. Наконец, открытая секция означает, что вы можете легко закончить все заново.

Недостатки : C-образный канал смещен в одну сторону, поэтому при высоких нагрузках он может немного скручиваться или изгибаться вбок. C-Channel не лучший вариант для длинных отрезков без опоры, но он отлично подходит для кросс-элементов и других задач.Это хорошо для главных балок, если поперечные балки подключаются так, что это не длинный пролет без опоры. Хотя он полностью отделан, чтобы избежать коррозии, вогнутая часть иногда затрудняет сглаживание и отделку внутренних поверхностей. Наконец, при прикручивании к фланцам изогнутая часть немного усложняет затяжку. (Для этого доступны угловые шайбы.)

Применения: Во многих планах прицепов с механическими элементами используется C-образный канал — особенно для передних и задних элементов рамы.Это также есть в планах кранов для поперечной балки опоры пьедестала.

Угол L

. . . Также называется «угловой утюг», но в большинстве случаев это сталь или алюминий, а не «железо», как следует из названия. Это универсальный профиль балки для множества различных работ. Как и C-образный канал, он не очень хорош для длинных пролётов без опоры, но он отлично подходит для таких вещей, как поперечины и рельсы, потому что его легко прикрутить болтами и легко соединить (сварить или и то, и другое) с другими элементами. Также легко защитить от непогоды.Возможно, самое главное, Угол часто сочетается с другими материалами для конкретной работы — например, этого. Уголок бывает десятков размеров и конфигураций (ножки одинаковой длины или ножки разной длины).

Недостатки : При использовании угла для вспомогательных балок он отлично справляется со многими задачами. Это не самая сильная секция в любом направлении, поэтому используйте ее для подтяжек и там, где вам нужно прикрепить какие-либо предметы.

Приложения: Слишком много вариантов для перечисления. Угол так или иначе присутствует в большинстве наших планов изготовления металла.Это одна из самых универсальных форм балок.

Балка двутавровая

. . . типичный профиль луча. Конструкция очень прочная в вертикальном направлении, но при этом имеет равномерный и равномерный отклик на другие силы. Он имеет наилучшее соотношение прочности и веса (по вертикали), что делает его отличным профилем балки для самостоятельного изготовления — для кранов и для основных балок больших и / или длинных прицепов. Кроме того, это открытая секция, поэтому ее довольно легко защитить.

Недостатки : Классические формы двутавровых балок имеют угловые фланцы, которые вызывают некоторые проблемы при установке болтов.(Не в случае с неклассическими балочными профилями.) Кроме того, не так много размеров (по сравнению с прямоугольной трубой). Тем не менее, существуют варианты классической двутавровой балки, такие как W-образные и H-образные профили, показанные ниже. Существуют и другие, особенно если вы посмотрите на профили для алюминия и других материалов. Наконец, двутавровые балки не очень хорошо справляются с крутящим моментом.

Применения: Как и вышеупомянутые преимущества, двутавровые балки подходят для более длинных балок с более высокой нагрузкой. Такие вещи, как верхние балки крана, и такие вещи, как длинные прицепы с проблемами жесткости и / или прочности.H-образные балки часто используются для вертикальных колонн.

Цельнолитые секции

. . . представлены выше плоской ложей, но эта категория охватывает все варианты высоты и толщины. Сплошные секции включают такие вещи, как листовой металл и толстые квадратные прутки, поэтому их сложно разделить на категории. Сплошные балки легко прикручиваются болтами, и их легко использовать для коротких соединительных деталей, таких как косынки. Плоские и перпендикулярные стороны также упрощают сверление (по крайней мере, в одном направлении). Этот профиль балки очень универсален, особенно когда мы добавляем все готовые и изогнутые формы балок.

Недостатки : Эти материалы обычно довольно прочные в одном направлении, но (в зависимости от толщины) хрупкие в другом. Они плохо переносят длинные пролеты без опоры.

Применения: Часто используется в качестве косынок и соединителей, а также для усиливающих элементов внахлест. Также для прокладок или стопок толщины. Плоские цельные секции часто изгибаются, чтобы обеспечить дополнительную функцию или места для крепления болтами. Вот пример того, как сгибать металл достаточно точно.

Сборные балки

Существует бесконечное количество различных способов изготовления балки. Небо действительно предел. В то время как во многих проектах DIY, таких как прицепы, используются балки стандартной формы, иногда сборные балки удовлетворяют особые потребности. В основном сборные балки изготавливаются из стандартных форм, но когда они собраны, они сами по себе. Иногда мы изготавливаем балки для решения проблем с пространством или для особых проблем с прочностью или жесткостью. Однако самая большая потребность — добиться прочности и жесткости при меньшем общем весе.Вот пример.

Недостатки : Большая потеря при изготовлении балок — это время и усилия на их установку и изготовление. Часто они требуют много резки, сварки и измерения. Иногда специальные приспособления или приспособления. Однако, если они заставят вас задуматься, то объем работы станет меньшей проблемой.

Заявки: Разного рода особые причины. Небо это предел.

Примечание. Готовые профили балок — это именно то, что вы получаете, добавляя материал для усиления рамы прицепа.Или при сварке дополнительных секций для удлинения рамы.

Выбор оптимальной формы балки Профиль

Балки бывают разных типов, потому что они нужны нам по многим причинам. В таблице выше мы упомянули несколько характеристик, которые являются общими для определенных форм балок в контексте проектов DIY, и особенно прицепов. Другими словами, разные области проекта нуждаются в разных вещах, поэтому мы выбираем профиль балки для этих нужд.

Подумайте, зачем здесь каждая балка.Есть ли изгибающие нагрузки? Или скручивающие нагрузки? Или нагрузки параллельно оси? А как насчет простоты сборки с помощью сварки или болтов, или и того, и другого? Имеет значение финиш или не имеет значения? Есть ли детали, требующие изогнутой формы? (Не многие из вышеперечисленных форм могут хорошо формироваться даже в прессе.)

Вышесказанное обычно применимо к большинству проектов DIY, в которых для обеспечения структурной целостности используется сталь или алюминий.