Что такое балка? Виды балок. Металлические балки перекрытия: виды и свойства Структура, размеры и виды балок

Двутавр или двутавровая балка - это один из установленных стандартных профилей конструктивных строительных элементов. Название её происходит от латинского слова taurus , что в переводе означает - бык. Связано это с тем, скорее всего, что в своём поперечном сечении двутавр имеет форму двух соединённых букв Т или буквы Н, а, следовательно, имеет два рога. Основным предназначением такого строительного элемента является приём вертикальной (реже горизонтальной) нагрузки, что создают ему отдельные части сооружения. После этого, благодаря своей конструкции двутавр равномерно распределяет её на остальные опорные площади либо передаёт эту нагрузку на несущие элементы конструкции. Изготавливается двутавр обычно с прокатного чёрного металла, но бывают и двутавры деревянные. Для проката обычно используют углеродистую и низколегированную сталь. В поперечном сечении балки двутавра, как правило, различают стенку и две полки, расположенные на торцах стенки.

Виды двутавров и область их применения.

Основной областью применения двутавровых балок является перекрытия многоэтажных сооружений. Кроме того двутавр широко применяется и в строительстве мостов, реже - в машиностроении и вагоностроении. Не редки случаи использования двутавра и для армирования проходов в шахтах.

Подразделяются двутавры по следующим параметрам:

• По толщине стенки;
• По расположению полок: параллельно и с уклоном.

Параллельные в свою очередь различают:

• Б - нормальные.
• Д - среднеполочные.
• К - колонные.
• У - узкополочные.
• Ш - широкополочные.

Двутавры с уклоном также подразделяются на:

• М - обычные, у которых полки имеют уклон внутренних граней до 12 %. Они обычно применяются для подвесных путей.
• С - специальные, у которых полки имеют уклон внутренних граней свыше 16 %. Такие двутавры, как правило, используют для армирования шахтных стволов.

Существуют кроме этого и деревянные двутавры. Они применяются в основном в каркасном домостроении. Их применение позволяет значительно сократить время монтажа здания и его общий вес. Кроме того, применение двутавра исключает такие явления в ломе как усушка, усадка, сдвиги, трещины и т.п.

Двутавровые балки - это основной составляющей любой рабочей площадки при строительстве мостов, перекрытий, промышленных зданий. Применение балок позволяет значительно снизить нагрузки и уменьшить расход металла. Балки позволяют воссоздать формы опор, и применение их приводит к значительному уменьшению веса металлоконструкций.

По точности прокатки двутавровая балка подразделяется:

Б - повышенная;

В - обычная.

Двутавровая балка

Современная эпоха примечательна тем, что на наших глазах происходит повсеместное вытеснение крупноблочных железобетонных конструкций монолитным строительством. Оно имеет целый набор преимуществ - начиная от прочности конструкции, которая в первую очередь зависит от качества соединения элементов. У монолита соединений практически нет, поэтому случается, что при землетрясении дом-монолит накреняется или даже заваливается на бок, но не рассыпается на части.

Для отливки горизонтальных перекрытий применяется унифицированная опалубка, одной из основных частей которой выступает балка перекрытия. Покоясь на вертикальных стойках, балка удерживает на себе непосредственно палубу из состыкованных фанерных щитов, поверх которой наливается и застывает бетонный раствор с предварительно собранной арматурой.

Практика показала, что наиболее рациональной является деревянная балка двутаврового сечения.

Особенности двутавровой балки.

Двутавровое сечение, имеющее вид лежащей на боку буквы «Н», с точки зрения сопротивления материалов является наиболее рациональным профилем. Он состоит из 3-х элементов, имея при этом жесткость и прочность на прогиб и скручивание мало уступающие полнотелому прямоугольному брусу, в тоже самое время будучи намного легче. К тому же качественных досок из одно и того же объема сырой древесины можно получить больше, чем бруса того же качества - меньше выбраковки по природным дефектам.

Это делает двутавровую балку куда более экономичным видом оснастки. Правильно склеенная из нескольких частей двутавровая балка меньше подвержена короблению при рассыхании древесины, а в условиях бетонных работ это не редкость.

Вдобавок, как уже упоминалось, меньший в сравнении с полнотелым брусом вес делает работу опалубщика менее тяжелой и травмоопасной.

Двутавровая арендованная балка вас выручит!

Смелость архитектурных решений ставит перед современными строителями непростые задачи, среди которых и обеспечение стройки необходимой оснасткой. Разумным решением вопроса нередко становится аренда двутавровых балок и другой строительной оснастки у специализированных компаний, обладающих достаточными ресурсами для удовлетворения свих клиентов. Таков наш «АрендаСтрой». Мы располагаем парком качественных двутавровых балок из дерева для опалубочных работ. Заключите с нами договор аренды - и целый ряд вопросов будет благополучно закрыт.

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

Что такое балки и из чего изготавливаются

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

Виды и свойства

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

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

Алюминиевые и стальные перекрытия, их плюсы и минусы.

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

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

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

Формы, толщина и высота

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

Использование

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

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

Технологии современного строительства промышленных зданий и жилых домов сегодня, как и ранее в числе конструктивных элементов сооружений используют различного рода конструкции, объединяемых одним названием - балка. По своему назначению этот элемент здания предназначен для выполнения роли несущего механизма. Располагаемый на двух или нескольких опорах здания такой элемент принимает на себя нагрузку и позволяет создавать межэтажные перекрытия, соединять пролеты, является одним из основных элементов кровельной конструкции здания.

Традиционно при возведении строений используются балки, соответствующие типу и назначению зданий, и поэтому существуют различные виды классификаций этих элементов. Чаще всего классификация проводится по виду, назначению, форме и материалу этого конструктивного элемента.

Общие сведения об устройстве и назначении

В строительстве балки классифицируются, прежде всего, в зависимости от того на какое количество опор она ложится:

Конструктивно простейшая балка, применяемая в малоэтажном каркасно-щитовом домостроении для устройства чердачного перекрытия, представляет собой цельный брус прямоугольной формы, но для более требовательных сооружений, чем простой дачный домик требуются несколько иные по форме элементы способные выдерживать большие нагрузки:

Кроме того, особые требования предъявляются и к материалам конструкций:

Наиболее востребованными в строительстве, при возведении крыш промышленных объектов, применяются профили тавровой или двутавровой формы, они здесь являются основными элементами конструкций кровли. Это связано с тем, что такая форма наиболее эффективно работает при нагрузках на изгиб.

Двутавровые - по своей форме поперечного сечения напоминают букву «Н». Каждый элемент, имеет свое название - вертикальные части такой буквы «Н» называются полки, а соединяющая их черточка именуется стенкой. Благодаря такой форме, профиль способен выдерживать большие нагрузки, чем прямоугольный, по сечению материал. Кроме того, двутавровые конструкции позволяют применять дополнительные методы повышения прочности конструкции:

• для наиболее ответственных участков кровли применяются двутавровые профили с утолщенной стенкой;
• для второстепенных участков применяются ригели, внутренние грани полок, которых параллельны друг другу;
• для повышения жесткости конструкции используются профили с уклоном на внутренних гранях.

Материалы и технологии изготовления элементов перекрытия

В зависимости от назначения здания, технологии его строительства и условий его последующей эксплуатации кровли, балки классифицируются как по типу используемого материала, так и способа изготовления готового элемента:

1. Железобетонные конструкции:

• изготавливаются методом монолитной отливки формы с обязательным использованием арматурного каркаса в заводских условиях, как правило, это тавровые профили, сложной рамной конструкции;
• монолитные конструкции - производятся методом отливки формы непосредственно на строительной площадке при возведении зданий по монолитно-каркасной технологии.

1. Металлические:

• металлические элементы, выполненные способом горячей прокатки металла готовой формы;
• специальные виды изделий из отдельных элементов, соединенных при помощи сварки;
• изделия из легких сплавов для особых видов кровли - стадионов, концертных залов, выставочных комплексов.

1. Деревянные:

• из цельного бруса различного размера;
• составные ригели, выполненные из отдельных частей, соединенных между собой клеевым способом с использованием, как натурального дерева, так и материалов на основе древесины - фанеры, древесноволокнистых плит.

Классификация и маркировка стальных элементов

Классификация конструкций из стали проводится и имеет свой буквенно-цифровой шифр. Такое кодирование позволяет проводить необходимую классификацию и учитывать нужные по параметрам элементы в строительстве еще на этапе разработки проектно-сметной документации.

Основой для такого вида классификации являются официально утвержденные государственные стандарты и технические условия, по которым классифицируются все виды балок, независимо от материала изготовления или производителя.

Так, в маркировке стальных двутавровых профилей, кроме указания их размеров, а высота может быть от 100 мм до 1000, указывается и буквенный шифр, в котором указывается, например, размеры граней полок:

• «Б» — означает, что изделие имеет нормальную ширину параллельных граней;
• «Ш» — указывает, что полки имеют увеличенную ширину и относятся по классификации к «широкополочным» выдам продукции;
• «К» — говорит, что такой профиль может быть использован в качестве колонной опоры.

Использование деревянных элементов в различных кровельных конструкциях

В малоэтажном домостроении при возведении кровли балки используются в качестве различных по назначению и размерам элементов:

Наиболее подходящими для выполнения таких функций являются двутавровые клееные деревянные элементы, обладающие большой прочностью, способные выдерживать большие нагрузки и имеющие небольшой вес по сравнению с пиломатериалами из цельного дерева. Особенностью всех видов деревянных конструкций, применяемых при возведении кровли здания, является использование пиломатериалов хвойных пород для устройства стропил, распорок, каркаса перегородок и твердых пород дерева для устройства перекрытия чердачного этажа.

Сергей Новожилов - эксперт по кровельным материалам с 9-летним опытом практической работы в области инженерных решений в строительстве.

Типы балок

Балкой называют сплошной элемент, который работает преимущественно на поперечный изгиб и воспринимает нагрузку, расположенную в пролете, передавая ее на опоры.

Наибольшее распространение в стальных конструкциях имеют разрезные балки вследствие определенности их работы, а также простоты изготовления и монтажа.

Наиболее приспособленной для работы на изгиб формой поперечного сечения балки, как известно, является двутавр. Не исключена возможность применения также и швеллерного профиля, если это конструктивно удобно.

Балки бывают прокатные и составные. Следует по возможности стремиться к применению прокатных балок как менее трудоемких. Однако вследствие ограниченности сортамента прокатных балок мощные балки, воспринимающие большие моменты, приходится проектировать составными сварными или клепаными.

Сварные балки составляются из трех листов: одного вертикального, называемого стенкой, и двух горизонтальных, называемых , которые привариваются к стенке.

Клепаные двутавровые балки составляются из вертикального листа — стенки — и поясных уголков, которые приклепываются к стенке. Если необходимо применять мощные клепаные балки, то для увеличения момента сопротивления к полкам уголков приклепывают горизонтальные листы.

Сварные балки экономичнее клепаных. Поэтому последние имеют ограниченное применение, преимущественно в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях, подвергающихся большим динамическим или вибрационным нагрузкам.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Плоский настил из металлического листа располагают и приваривают к полкам балок. Толщина настила назначается по расчету, чаще всего в зависимости от принятого допустимого прогиба, так как полное использование напряжений в листе при заданном прогибе не всегда возможно. Поэтому расчет листового настила ведется по нормативным нагрузкам. Особенность листового настила заключается в том, что по характеру своей…

Генеральными размерами балки являются ее расчетный пролет и высота сечения. Расчетный пролет балки l представляет собой расстояние между центрами опорных частей; таким образом, действительная длина балки lд всегда несколько больше расчетного пролета. Расстояние l0 называется расстоянием в свету; оно обычно определяется условиями эксплуатации вооружения и обосновывается экономическими соображениями. Генеральные размеры балок Высоту сечения h назначают,…

При проектировании балочных конструкций, как правило, необходимо в зависимости от назначения балок составить схему их расположения, наметить генеральные размеры и определить приходящуюся на балки нагрузку. В случае необходимости перекрыть некоторую площадь поддерживающие перекрытие балки располагают обычно в двух направлениях. Такая конструкция, состоящая иногда из целой системы пересекающихся балок, называется балочной клеткой. На балочную клетку может…

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

Рис.1 - Двутавровые балки на холодильнике прокатного стана

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

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

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

Рис. 2 - Методы усиления балок

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

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

Горячекатаные двутавровые металлические балки перекрытия

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

Двутавры с уклоном граней полок по ГОСТ 8239

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

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

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

Рис.3 - Балка, имеющая уклон полок

Двутавры с параллельными гранями по ГОСТ 26020

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

Характеристики нормальных двутавров:

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

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

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

Рис.4 - Балка, имеющая параллельные полки

Сварные, болтовые и клепаные балки перекрытия

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

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

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