| |
Балка – это стержневой элемент вытянутой формы, работающий на изгиб. Наиболее выгодно использовать стальные балки двутаврового и таврового сечений, швеллер тоже достаточно хорошо работает на нагрузки, квадратное и прямоугольное сечение у стальных балок встречается крайне редко. В строительстве это наиболее распространенный элемент, она используется в промышленном и гражданском строительстве, в мостостроении и в прочих специфических отраслях строительства.
Классифицировать стальные балки можно по статической схеме или по типу сечения. Существует три статических схемы балок – консольная, однопролетная и многопролетная. Однопролетная (разрезная) имеет опоры только по краям, в связи с этим ее проще рассчитывать на нагрузки, а ее поведение в нагруженном состоянии более прогнозируемо. Многопролетная (неразрезная) имеет промежуточные опоры, в сравнении с однопролетной она более экономична, но включая ее в конструкцию необходимо исключить возможную просадку опор или возможность перегруза. И разрезные, и неразрезные балки могут быть консольными. Консоли – это концы балки, свисающие по краям ее крайних опор, они тоже воспринимают нагрузку, чем разгружают пролетные сечения.
Сечение балки может быть прокатным и составным, причем элементы сечения составной могут соединяться сваркой, болтами или клепкой. Наиболее часто используемые составные балки – сварные, в ней расчетом определяется не только толщина стенки и поясов или длина свесов, но и длина сварного шва. Количество и диаметр болтов и заклепок в составных балках тоже определяется расчетом.
При нагружении балки в ее центральной части напряжения практически не возникают – по центру они равны нулю и появляются и возрастают по мере удаления от него. Таким образом, центральная часть балки на нагрузки не работает, в связи с этим наиболее выгодным сечением является двутавровое. Сечение тем экономичней, чем меньше толщина ее стенки, расположенной между воспринимающими нагрузку поясами.
Прокатные балки подбираются по сортаменту и применяются там, где ширина перекрываемого пролета не превышает длину заводского изделия. Номер прокатного профиля всегда подбирается исходя из определенной расчетом прочности, причем эта площадь может быть несколько больше расчетной, но ни в коем случае не меньше. Иногда фактическая площадь значительно превышает расчетную, поэтому прокатные балки более материалоемки. Тем не менее, в применении прокатных балок есть свои плюсы, например, нет необходимости укреплять их стенки ребрами жесткости по всей длине, это необходимо только в зонах опор и в местах приложения сосредоточенных сил. Они могут применяться в целях экономии материалов, а так же в тех случаях, когда невозможно подобрать необходимое сечение по сортаменту. В последнее время помимо обычного металлопроката некоторые заводы выпускают тонкостенный профиль. Этот профиль включают в быстровозводимые здания, где он воспринимает все нагрузки.
Бистальные балки изготавливаются из двух разных марок стали, при этом обычно наиболее напряженный участки поясов выполняются из стали повышенной прочности, а разгруженные участки поясов и стенка - малоуглеродистой стали. Они применяются для снижения материалоемкости. Как и обычные составные, их изготавливает завод металлоконструкций по предоставленным заказчиком чертежам.
Балки замкнутого сечения мало подвержены повреждениям при транспортировке и устойчивы при монтаже, им не свойственна изгибно-крутильная потеря устойчивости, зато для них характерна более высокая несущая способность при работе на кручение и на изгиб в двух плоскостях. Но широкого распространения они в свое время не получили из-за трудоемкости изготовления и низкой технологичности. Они используются там, где необходима жесткость в поперечном направлении, если в качестве рабочей нагрузки предполагаются крутящие моменты или изгиб в двух плоскостях, если имеют место большие поперечные силы и ограниченная строительная высота.
Особенность балок с гибкой стенкой такова, что при нагружении поясов изначально плоская очень тонкая стенка начинает изгибаться, а после снятия нагрузки деформации исчезают. Если же продолжать нагружение, в ней сначала возникают пластические деформации. При дальнейшем нагружении она теряет несущую способность. Если гибкая стенка не усилена приваренными или не приваренными к ней ребрами жесткости, нагрузку необходимо прилагать строго центрировано, иначе пояса балки могут закрутиться. Ребра можно располагать как с одной, так и с двух сторон. Наиболее часто применяются балки, стенка которых усилена ребрами, ведь именно ребра позволяют увеличить крутильную жесткость и уменьшить толщину ее стенки.
Применение балок с гофрированной стенкой так же позволяет снизить расход стали. Толщина стенки принимается в пределах 2 – 8 мм. Перед сваркой поясов со стенкой, последняя гофрируется. Треугольные гофры технологичны и просты, но стенки с волнистыми гофрами более устойчивы. Сечение гофра может быть открытым, то есть выходить на край листа, но могут быть и глухими, не выходящими на край листа. Глухие гофры балочной стенки получают выштамповкой. Гофрирование стенки позволяет уменьшить количество ребер жесткости, но усложняет приварку к поясам. Наиболее желательно их изготовление в заводских условиях. Область применения балок с гофрированной стенкой намного шире, чем имеющих гибкую стенку, поскольку они намного более устойчивы. Они неплохо работают на кручение, поэтому такие балки можно применять даже в подкрановых конструкциях. В зависимости от очертания эпюр изгибающих моментов, их пояса могут иметь переменную длину и достаточно большую ширину. Такой подход к их изготовлению позволяет значительно экономить сталь.
Особенность работы балки, как элемента работающего на нагрузки, такова, что чем выше сечение, тем больше его несущая способность. Увеличить высоту балки и одновременно снизить ее материалоемкость можно путем создания перфорированной стенки. Для этого стенка швеллера или двутавра разрезается зигзагообразно в продольном направлении, далее обе ее половины совмещаются выступами и свариваются. Само собой, волны зигзага вырезаются с равномерным шагом, причем резать прокатный швеллер или двутавр можно и вручную, газовым резаком, или при помощи гидравлического пресса. При таком подходе изымается примерно 35 – 40 % стали, образующей стенку, но для большинства балок это совершенно безопасно. Стоимость балок с перфорированной стенкой снижается на 18 – 20% в сравнении с прокатными балками, при этом расход металла снижается на 20 – 30%. Разрезку стенки можно выполнить в разных вариантах. Чаще всего балки с перфорированной стенкой имеют симметричное сечение, то есть ширина верхнего и нижнего поясов у них равна. Автоматическая разрезка стенки прокатного профиля значительно ускоряет процесс, для этого используется типовая поточная линия, а сама стенка режется по копиру, которым служат два исходных двутавра.
|
|
