Балка- це конструктивний елемент, що є горизонтальним або похилим брус, що працює переважно на вигин. На практиці, як правило, горизонтально розташована балка сприймає вертикальне поперечне вагове навантаження, але в окремих випадках необхідно враховувати вплив і ймовірних горизонтальних поперечних сил (наприклад, вітрове навантаженняабо при врахуванні можливого землетрусу). Навантажена балка, у свою чергу, впливає на опори, якими можуть бути колони, підвіси, стіниабо інші балки (перекладини). Потім навантаження передається далі і в результаті, як правило, сприймається конструктивними елементами, що працюють на стиск - опорами. Окремо можна виділити випадок фермової конструкції, в якій стрижні покояться на горизонтальній балці. Міцні якості балки залежать від кількох її характеристик:
площа та форма її поперечного перерізу;
довжина балки;
матеріал балки;
метод її закріплення.
У сучасних спорудах використовуються, як правило, сталеві, залізобетонніабо дерев'янібалки. Одним із найпоширеніших типів поперечного перерізу сталевої балки є двотавровепереріз. Двотаврові балки використовують при зведенні каркасів будівель та мостів. Також застосовують таврові балки, швелери, балки з порожнім профілем (зокрема, труби), балки з кутовим профілем перерізу. Балка може бути:
26. Визначення розрахункових зусиль у балках шляхом лінії впливу. Суть методу.
По лініях впливу можна визначити зусилля у цьому перерізі від будь-якого рухомого та постійного навантажень.
Нерухливе навантаження
Зусилля в цьому перерізі визначається лініями впливу від постійного навантаження відповідно до рис. 2.5 за формулою:
де J– зусилля у цьому перерізі; F i – зосереджений вантаж; Y i– ордината лінії впливу під вантажем; q i- Інтенсивність розподіленого навантаження; – площа ЛВшуканого зусилля в межах завантаження; M i- Зосереджений момент; - тангенс кута нахилу ЛВу точці програми моменту.
Мал. 2.5. Визначення зусиль з ЛВвід постійного навантаження
Правило знаків
За позитивний напрямок зовнішнього навантаження приймається:
напрямок F і q зверху вниз;
напрямок М протягом годинної стрілки;
Знаки ,, беруться з ліній впливу зі своїм знаком.
Рухоме навантаження
Якщо у цьому перерізі споруди від рухомої системи вантажів виникає найбільше значення зусилля J, то становище навантаження є невигідним. При невигідному положенні навантаження один із вантажів обов'язково знаходиться над вершиною лінії впливу та називається критичним.
Визначення зусиль по лініях впливу у разі дії рухомої системи зосереджених вантажів полягає у відшуканні критичного вантажу та проводиться у такому порядку:
один із вантажів встановлюється над однією з вершин лінії впливу, при цьому найбільший вантаж слід встановлювати над найбільшими ординатами лінії впливу;
критичний вантаж визначають шляхом спроб, перевіряючи, чи задовольняється критерій небезпечного становища навантаження.
Типи балок
Балкою називають суцільний елемент, який працює переважно на поперечний вигині сприймає навантаження, розташоване у прольоті, передаючи її на опори.
Найбільшого поширення у сталевих конструкціяхмають розрізні балки внаслідок визначеності їхньої роботи, а також простоти виготовлення та монтажу.
Найбільш пристосованою для роботи на вигин формою поперечного перерізу балки, як відомо, є двотавр. Не виключена можливість застосування також швелерного профілю, якщо це конструктивно зручно.
Балки бувають прокатні та складові.Слід по можливості прагнути застосування прокатних балок як менш трудомістких. Однак внаслідок обмеженості сортаменту прокатних балок потужні балки, що сприймають великі моменти, доводиться проектувати складовими або клепаними зварними.
Зварні балки складаються з трьох листів:одного вертикального, званого стінкою, та двох горизонтальних, званих , які приварюються до стінки.
Клепані двотаврові балки складаються з вертикального листа – стінки – і поясних куточків, які приклепуються до стінки. Якщо потрібно використовувати сильні клепані балки, то для збільшення моменту опору до полиць куточків приклепують горизонтальні листи.
Зварні балки економічніші за клепані.Тому останні мають обмежене застосування, переважно у важких конструкціях, а також у конструкціях, що зазнають великих динамічних або вібраційних навантажень.
«Проектування сталевих конструкцій»,
К.К.Муханов
Плоский настил з металевого листарозташовують і приварюють до полиць балок. Товщина настилу призначається за розрахунком, найчастіше в залежності від прийнятого допустимого прогину, так як повне використання напруги в листі при заданому прогину не завжди можливе. Тому розрахунок листового настилу ведеться за нормативними навантаженнями. Особливість листового настилу полягає в тому, що за своїм характером.
Генеральними розмірами балки є її розрахунковий проліт та висота перерізу. Розрахунковий проліт балки l є відстань між центрами опорних частин; таким чином, дійсна довжина балки lд завжди дещо більша за розрахунковий проліт. Відстань l0 називається відстанню світла; воно зазвичай визначається умовами експлуатації озброєння та обґрунтовується економічними міркуваннями. Генеральні розміри балок Висоту перерізу h призначають,…
При проектуванні балкових конструкцій, як правило, необхідно в залежності від призначення балок скласти схему їх розташування, намітити генеральні розміри і визначити навантаження, що припадає на балки. У разі необхідності перекрити деяку площу балки, що підтримують перекриття, розташовують зазвичай у двох напрямках. Така конструкція, що складається іноді з цілої системи балок, що перетинаються, називається балковою клітиною. На балочну клітину може…
Будівельні балки різного виду- це лаги, ригель, прогін, поперечина, балка перекриття, решетування даху, кроквяні ноги. Вони несуть конструкцію дерев'яного настилу міжповерхових перекриттів. На одно- та двоповерхових будинках застосовуються дерев'яні, а на висотних будинках – залізобетонні та металеві. Основа будь-якого даху - балковий каркас, що витримує вагу всієї покрівлі.
Мауерлат
Мауерлат (теслярі називають його мати) - самий товстий брус, що лягає паралельно коньку даху вздовж осі стіни.
Потрібний, щоб розподілити навантаження від крокв і ваги даху по всій стіні будівлі, а також на внутрішні опори. Не можна укладати та кріпити ближче 5 см від зовнішньої площини стіни. Кріпиться матиця за допомогою товстого дроту, вмуровується за допомогою шпильок у кладку стіни, а якщо стіна бетонна, кріпиться до бетону шпильками. Якщо будинок дерев'яний одноповерховий, можна кріпити звичайними цвяхами.
Кроквяно-похила балка У більшості випадків єдерев'яний брус перерізом 7х15 см. Якщо площа даху невелика, можна використовувати брус 5х15 см, а якщо дах покривається, то брус 8х20 см. Крокви розташовуються на відстані від 60 см до 1 м один від одного. Там, де випадає багато снігу, зменшують відстань до 60 см. При ухилі даху понад 45 градусів можна збільшувати крок до 1,2-1,4 метра. І ще. Коли дах планується утепленим, розраховується так, щоб унеможливити обрізання утеплювача з метою економії.
Прогін
Додаткова опорна балка для підпору крокв, розташовується паралельно матицю і ковзану. За технологією будівництва оптимальна відстаньміж прогоном та матицею (ковзаном та прогоном) – 4-5 метрів. Якщо крокви подовжуються до 6 метрів, то стик (банта) повинен знаходитися над прогоном, щоб обидва кінці крокви лягли на нього. Іноді буває, що крокви складові (6+3) метри, а прогін за шириною – 4-5 метрів. Тоді стик розташовують по відношенню до прогону у шаховому порядку.
Сам прогін робиться так. Виставляються опорні стійкиі на них укладається прогін, на нього і спиратиметься крокви. Можна прогін оперти і на поздовжню по відношенню до нього стіну. Потім між верхніми прогонами укладаються горизонтальні балки, що розпирають. Їхнє призначення - не допустити складання даху всередину. Укладаються так, щоб не розпирати прогін.
Двотаврові балки та крокви
Ще більшу перевагу мають так звані двотаврові дерев'яні балкиі крокви. Висока питома міцність дозволяє використовувати їх у довгих прольотах. Вони дуже прямі, тому відсутня згинальний момент. Маючи точні розміри, універсальні - підходять при зведенні даху, стелі та підлоги. Безшумні – усувають скрип підлоги.
Стабільні – не схильні до деформації. Вигідні – економлять від 40 до 60 відсотків матеріалів та трудовитрат. Екологічні – мало забруднюють середовище. Зручні – обробляються та укладаються за допомогою звичайних теслярських інструментів. Двотаврова дерев'яна балка ідеально підходить для каркасу будь-якого даху, дозволяючи збільшувати відстані між прогонами, оскільки витримує великі навантаження.
Гнуто-клеєні дерев'яні балки
Дуже популярними останнім часом стали гнуто-клеєні дерев'яні балки. Застосовуються, якщо потрібно збільшувати відстань між прогонами. Легкість, надійність та міцність – їх основні переваги. Вони стійкі до зовнішньому середовищі, не схильні до біовпливу, легко обробляються. Серед мінусів варто відзначити високу вартість і відсутність спостережень за тривалістю їхньої служби, оскільки матеріал досить новий. Також необхідно дуже уважно поставитися до якості такої продукції, оскільки недотримання технології призводить до розсихання та деформації виробів.
Залізобетонні балки
Залізобетонні балки зараз широко застосовуються при зведенні каркасних конструкцій, зокрема, будівель висотою більше одного поверху. Конструктивно вони забезпечують можливість усієї конструкції витримувати великі значення згинальних моментів. Балочні перекриттявлаштовуються на прольотах шириною понад 3 м і укладаються на стіни з відривом щонайменше 130-150 див друг від друга. З'єднуються з арматурою плитного перекриття. Товщина опори – не менше 22 см. Широко використовуються при зведенні об'єктів торгівлі, розважального та промислового призначення.
Металеві балки
Металеві балки найміцніші, застосовуються при будівництві в основному висотних будівель. Служать основними конструкціями, що несуть, і в силу своєї жорсткості передають навантаження до місць опори: колонам, стінам, простінкам. Поверх металевих балок влаштовуються різні типипокриттів. Після встановлення такої балки в проектне положення її розкріплюють у несучих конструкціях, влаштовують опалубку та встановлюють арматуру. Всі навантаження, що розтягують, після заливання бетоном сприймає саме ця арматура.
Балка – це довгомірний елемент, довжина якого значно більша за характерний розмір для поперечного перерізу. В складі будівельних конструкційбалка працює головним чином на вигин, тому її рекомендується виготовляти з тонкостінним поперечним перерізом. Найбільш затребуваними є балки двотаврового перерізу, що являють собою Н-подібний профіль, який утворений двома паралельними полицями і стінкою, що з'єднує їх.
Рис.1 - Двотаврові балки на холодильнику прокатного стану
У будівництві використовуються балки перекриття з різних матеріалів. Найбільш затребуваним варіантом є зварний або катаний двотавр. Розрахунок металевих балок перекриття ведеться, виходячи з кількості опор, схеми спирання на стіни та кріплення до основи, умов експлуатації та інших факторів. З розрахунку вибирається найбільш економічно прийнятний варіант балки.
За потреби виконується посилення металевих балок перекриття. Такі заходи потрібно проводити, якщо в процесі експлуатації цей елемент піддається горизонтальним навантаженням, які можуть призвести до зниження його характеристик та руйнування. Щоб уникнути цього явища, металеві балки підсилюють одним з наступних способів:
- застосування накладок збільшення перетину (рис. 2а, 2б);
- бетонування (рис 2в);
- використання шпренгелю (рис. 2г);
- застосування розпірних або натяжних пристроїв для регулювання напруги (рис. 2 д, 2е);
- використання додаткових опор (рис 2, 2з).
Мал. 2 - Методи посилення балок
Залежно від методу виготовлення виділяють такі види металевих балок перекриття:
- гарячекатані двотаври - найбільш дешевий і простий варіант, який передбачає використання прокату, що серійно випускається;
- зварні, болтові, клепані балки – виготовляються спеціалізованими підприємствами та дозволяють вирішувати нестандартні будівельні завдання.
Гарячекатані двотаврові металеві балки перекриття
Основний обсяг двотавра, що використовується в будівництві, виготовляється. гарячою прокаткоюіз безперервнолитої заготовки. Залежно від технології виробництва та геометричних характеристик продукції виділяють кілька груп балок.
Двотаври з ухилом граней полиць згідно з ГОСТ 8239
Цей вид продукції відрізняється наявністю ухилу внутрішніх граней полиць щодо зовнішніх у межах 6-12 °. Така продукція має такі характеристики:
- профілі, що випускаються - від балки 10 до балки 60 (число позначає висоту в сантиметрах);
- ширина профілю – від 55 до 190 мм;
- товщина стінки – від 4,5 до 12 мм;
- товщина полиць – від 7,2 до 17,8 мм.
Як балки перекриттів можуть використовуватися посилені двотаври з ухилом полиць за ГОСТ 19425, який спочатку розроблялися для виготовлення підвісних шляхів та армування шахтних стволів.
Рис.3 - Балка, що має ухил полиць
Двотаври з паралельними гранями згідно з ГОСТ 26020
Останнім часом у будівництві надається перевага більш економічним двутаврам, що мають паралельні грані полиць. Крім зазначеного стандарту, така продукція також виробляється за СТО АСЧМ 20-93 (має незначну відмінність по геометрії).
Характеристики нормальних двотаврів:
- профілі, що випускаються - від балки 10Б1 до балки 100Б4 (число позначає висоту в сантиметрах, буква «Б» - нормальний профіль, остання цифра - номер типорозміру в групі з однаковою висотою);
- ширина профілю – від 55 до 320 мм;
- товщина стінки – від 41 до 195 мм;
- товщина полиць – від 5,7 до 32,5 мм.
- профілі, що випускаються - від балки 20Ш1 до балки 70Ш5 (Ш - широкополочний тип);
- ширина профілю – від 150 до 320 мм;
- товщина стінки – від 6,0 до 23,0 мм;
- товщина полиць – від 9,0 до 36,5 мм.
- профілі, що випускаються - від балки 20К1 до балки 40К5 (К - колонний тип);
- ширина профілю – від 200 до 400 мм;
- товщина стінки – від 6,5 до 23,0 мм;
- товщина полиць – від 10,0 до 35,5 мм.
Рис.4 - Балка, що має паралельні полиці
Зварні, болтові та клепані балки перекриття
Такий варіант використовується, коли розміри металевих балок перекриття відрізняються від стандартних або катані двотаври не задовольняють розрахунковим умовам загальної стійкості, жорсткості або міцності. Крім того, перевага «збірним» балкам надається у разі їхньої більшої економічності або кращого рівня експлуатаційних характеристик.
Найчастіше використовується зварна балка, яку виготовляють шляхом зварювання автоматично під флюсом. на попередньому етапіздійснюється розкрій, зачистка та правка металу, обробка кромок під зварювання, а потім, безпосередньо, процес з'єднання елементів в єдине ціле. Після зварювання готовий виріб використовується для усунення термічних деформацій (грибовидності).
Таким чином, можна отримувати не тільки стандартні типорозміри, але й вироби змінного перерізу, посилені або бістальні двотаври.
Двотавр (балка двотаврова) - різновид сортового металопрокату, що відрізняється високою несучою здатністю. Має відомий Н-подібний переріз, який і визначає технічні характеристикиВироби. Один із найбільш затребуваних матеріалів у різних промислових сферах.
Ви завжди можете ознайомитись на нашому сайті з актуальними цінами на нову двотаврову балку та .
Призначення та сфера застосування
Двотаврові балки використовуються як несучі елементи при зведенні металоконструкцій і у великопанельному будівництві. Застосування прокату даного типу дозволяє спростити проектні рішеннябез втрати несучої можливості споруд. Найчастіше двотаври використовуються для вирішення наступних технічних завдань:
Допускається застосування балок цього типу при спорудженні будь-яких конструкцій, до яких пред'являються підвищені вимоги щодо здатності, що несе. Рекомендовано розміщення двотавра в тілі бетонної конструкціїПри відкритому монтажі потрібна обов'язкова антикорозійна обробка.
Переваги виробу
Специфічна форма перерізу забезпечила відмінну несучу здатністьцього конструктивного елемента. Порівняно зі стандартними прямокутними профілями двотавр має підвищену в 7 разів міцність і більш ніж у 30 разів жорсткість. За своїми конструктивним особливостямдвотавр близький швелера, але останній в основному використовується при зведенні легших конструкцій, він не зможе ефективно працювати при значному навантаженні.
Масовість застосування двотаврових балок визначена такими перевагами.
- Висока стійкість до деформацій на вигин та кручення.
- Підвищена здатність, що несе.
- Зменшена вага в порівнянні з іншими типами металопрокату з аналогічними технічними характеристиками.
Особливості виробництва
На практиці застосовують дві основні методики виготовлення двотаврових балок.
- Технологія гарячого прокату, що дозволяє забезпечити випуск виробів у промислових масштабах.
- Виготовлення двотаврів із застосуванням зварювальних технологічних ліній. Зварні балки відрізняються більш точною геометрією, але поступаються гарячекатаним за деякими технічними параметрами.
Виробництво даного виду несучих конструктивних елементівздійснюється із застосуванням високовуглецевих низьколегованих сталей, що визначає обов'язкову антикорозійну обробку при відкритому монтажі.
Відповідно до ГОСТ 27772-88, що регламентує виробництво гарячекатаного фасонного прокату, для виготовлення двотаврів повинна застосовуватися сталь наступних марок: 235, 245, 255, 275, 285, 345, 345К, 375.
Існуючі класи та відповідні ГОСТи
Усі різновиди двотаврів, що випускаються методом прокату, можна розділити на три основні класи, вимоги до яких визначаються діючими стандартами.
Зварні вироби випускаються на підставі технічних умоввиробника ТУ У 01412851.001-95. Окремі виробники використовують власні ТУ для виробництва того чи іншого типу двотаврів.
За особливостями перерізу виділяють такі категорії продукції:
- Балки із нормальною шириною полиць (Б).
- Двотаври із збільшеною шириною полиць (Ш).
- Колонні двотаврові балки (К).
- Монорейкові двотаври (М).
- Балки спеціальної серії для особливо складних умов(С).
Виробники здійснюють відвантаження партій із кратною, кратною мірною, немірною довжиною двотаврів. Стандартні розмірипередбачають виготовлення виробів довжиною від 4 до 13 метрів, виробництво балок, що виходять за межі зазначених параметрів, може бути організовано за згодою безпосередньо з виробником.
Особливості розрахунку потреби
При визначенні кількості необхідного для різних конструкційматеріалу, вибору способу транспортування необхідно знати співвідношення розмірів та маси двотаврових балок. Необхідність переведення однієї величини в іншу виникає так само під час розробки проектної документації.
Вирішити цю проблемуможна за допомогою онлайн калькуляторіва у разі їх відсутності рекомендується скористатися спеціальними таблицями, наведеними в нормативних документах.
Так для гарячекатаних сталевих двотаврів співвідношення наведено у таблиці.
А для визначення загальної площі поверхні двотаврів того ж таки ГОСТу, рекомендуємо скористатися наступною таблицею.
Такі довідкові дані суттєво спростять розрахунок та розробку проектної документації.
Нові статті
