Как правильно сварить двутавр

Балочные двутавры стандартных размеров производят в промышленных объемах, по индивидуальным чертежам изготавливают небольшие партии. Сварная балка состоит из трех элементов: двух стенок и промежуточного пояса. Она изготавливается из марочного листового проката, используется в высокопрочных металлоконструкциях. При небольших металлозатратах получаются надежные конструкции, выдерживающие разнонаправленные нагрузки за счет ребер жесткости.

Область применения

Быстровозводимые здания и сооружения создают с опорными и несущими металлическими каркасами, из них делают перекрытия, фермы. При использовании сварных двутавровых балок снижается вес строений, для них не нужен мощный фундамент.

Сварной двутавр характеризуется высокой прочностью, долговечностью, не подвержен усталостным разрушениям. Он применяется в тяжелом машиностроении, из него делают элементы, испытывающие большое давление, работающие на разрыв.

В отличие от двутавровых катанок, сварные не ограничены в размерах. Сваркой полос получают балки любого сечения и длины. Архитекторы не ограничены в полете фантазии.

В процессе изготовления двутавровых профилей образуется мало отходов. Их можно делать с полками и стенками из разных марок стали: в местах минимальных напряжений используют углеродистую сталь или перфорированные стальные листы, нагруженные части делают из легированного проката.

Виды металлических сварных балок

Налажено непрерывное производство двутавров различного назначения. По стандарту выделяют несколько видов балок двутаврового сечения:

• с небольшой длиной полок по отношению к перегородке, они применяются для подвесных путей, перекрытий, укрепления шахтных выработок;
• с пропорциональным размером перегородки и полок, они применяются при возведении опорных каркасов, армирования декоративных колонн.

По точности изготовления бывают двутавровые профили двух видов: обычные и высокоточные.

Технология производства сварных балок двутаврового сечения

Мелкие партии делают с применением электродуговой или аргоновой сварки в зависимости от марки металла, его способности свариваться.

Для изготовления сварных балок промышленным способом применяются специальные сварочные линии. Для защиты ванны расплава от окисления применяют флюсы.

Сварка балки в автоматическом режиме схожа с ручным изготовлением двутавра. Основные технологические этапы:

1. раскрой листового проката на полосы необходимой ширины на терморезке с программным управлением, средняя скорость раскроя 1 м/мин.
2. фрезерование торцов на торцефрезерных станках сокращает зазор стыка между стеной и полкой, улучшает качество сварки;
3. процесс сборки двутавра осуществляется с большой скоростью на специальном станке, ленты металла фиксируют прижимные приспособления с гидравлическими усилителями; сначала делается т-образный стык, затем присоединяется вторая стенка; такую конструкцию удобно сваривать;
4. сварные работы проводятся на автоматах портального типа двух видов: а) наклоненными электродами неглубоко проваривают сразу два шва; б) шов в «лодочку» создается поэтапно: сначала с одной стороны двутавровой перегородки, затем с другой; металл проваривается на большую глубину;
5. завершающий этап – правка двутавровой балки на специальных роликах, устраняются небольшие перекосы, возникшие во время сборки и сварки профиля.

Производительность комплексных линий высокая, швы получаются прочные, процент брака невысокий.

Возможные дефекты

Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

• нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
• прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве;
• подрезы – канавки вдоль границы соединения;
• трещины, образующие в местах разрыва шва;
• шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

Сварка двутавровых балок между собой

Монтаж балочных металлоконструкций предусматривает соединение двутавров встык или под углом. Для усиления соединений используют металлические накладки – прямоугольники, вырезанные из листового проката.

Сварка балок встык проводится после обработки торцов. На них делают угловые скосы, чтобы шов хорошо проварился. Дополнительно на каждую из сторон стенок и обе полки обязательно крепят накладки, их приваривают для укрепления и защиты соединительного шва. При таком соединении несущая конструкция из двутавровых балок после сварки не снижается.

Под углом двутавры соединяют так, чтобы второстепенный опирался на главный. В верхней полке главного вырезают равнобедренный треугольник с вершиной в 90°. Его место займет аналогичная вставка второстепенного двутавра, срезы должны плотно прилегать друг к другу. Нижняя полка срезается на ½ ширины так, чтобы срез упирался в полку главной двутавровой балки. Сварка проводится заподлицо. Усиливается соединение нижней накладкой.

Второстепенный швеллер приваривается к опорному двутавру под углом 90°. Сначала стыкуют верхнюю полку швеллера с балочной полкой, срезая их под углом 45°. Нижние полки соединяются так, чтобы швеллер упирался в стенку двутавровой балки, лишнее срезается. Затем наваривается нижняя укрепляющая накладка.

В горизонтальном положении сварку проводить легче. Продольная ось искривляется минимально. При вертикальной сварке возможен прогиб поперечин, поэтому проводят разметку всех ребер жесткости.

Накладки для сварки двутавра выкраиваются в форме ромба, размещаются симметрично продольной оси. Обвариваются косыми швами по всему периметру. Накладки концентрируют напряжение у швов, компенсируя изменившуюся после сварки форму сечения.

Двутавровые балки рассчитывают на большую нагрузку. При работе с ними необходимо придерживаться разработанной технологии. Она учитывает распределение усилий по направляющим. Качественно выполненные сопряжения – залог долгой эксплуатации металлоконструкций.

Стальные балки, имеющие в поперечном сечении форму двутавра, сконструированы для универсального применения в машиностроении и строительстве. При изучении характера напряжений, возникающих в нагружаемых изделиях, имеющих сплошное сечение, была выявлена неравномерность их распределения.

Были определены участки сечения деталей, имеющие наибольшие значения напряжения. В результате этого возникла идея создания изделия с такой формой сечения, где масса металла сконцентрирована в наиболее нагруженных участках. Так появилось двутавровое сечение.

Изготовление и применение

Благодаря способности выдерживать большие нагрузки на изгиб в разных плоскостях, на сдвиг и кручение, стальные двутавровые балки составляют основу несущих конструкций быстровозводимых каркасных зданий и потолочных перекрытий.

Внутрицеховые грузоподъемные механизмы (кран-балки и мостовые краны) перемещаются по направляющим, изготовленным из балок двутаврового сечения.

Изготовление двутавровых балок осуществляется двумя способами:

• методом проката цельных отливок. Такие двутавровые балки называются горячекатаными;
• электродуговой сваркой предварительно раскроенных листовых заготовок, в результате чего получают сварную сборную двутавровую балку.

Горячекатаные двутавровые балки производятся на прокатных станах металлургических предприятий. Такая технология позволяет получить цельное изделие, не содержащее швов и обладающее высокой прочностью.

Сборку и сварку двутавровой балки осуществляют на автоматических линиях. Такая балка незначительно уступает цельнокатаной по прочности, но может быть выполнена по специальному заказу, с учетом требований конкретного проекта.

Производство горячекатаной двутавровой балки осуществляется в соответствии с ГОСТ 26020-83, сварной двутавр производители выпускают по своим собственным техническим условиям (ТУ).

Технология производства

В типовом варианте, двутавровая балка получают из трех листовых заготовок: стенки и двух полок, привариваемых к её торцам под прямым углом. Изготовление осуществляется на специализированных сборочных линиях, настроенных на выпуск балки определенного размера.

Заготовки перемещаются на специальных катках и предварительно закрепляются в нужном положении зажимными устройствами, оснащенными гидравлическим или пневматическим приводом.

На зафиксированном зажимным устройством участке собираемой балки делаются прихватки сваркой по поясному шву. После этого, балка перемещается по каткам, вновь закрепляется, и сваркой прихватывается следующий ее участок.

Поясной шов проваривается окончательно после того, как вся конструкция оказывается предварительно скреплённой сварными прихватками.

Сварка тавровых соединений стенки с полками осуществляется в автоматическом режиме под слоем флюса. Процесс автоматической сварки может выполняться разными приспособлениями. Это могут быть сварочные манипуляторы, горелки которых варят, перемещаясь по заданным траекториям посредством шарнирных соединений с несколькими степенями свободы.

Также могут применяться более простые устройства типа самоходных сварочных тракторов, гораздо больше подходящих для создания прямолинейных соединений.

Еще один класс устройств, способных автоматически сваривать поясные швы двутавровых балок, это консольные или портальные установки. В их состав, кроме собственно сварочного оборудования, входит аппаратура слежения и контроля качества сварного шва, а также устройства подачи флюса и последующей очистки шва от его остатков.

Такие установки осуществляют сварку под оптимальным углом, составляющим 45 °, чем обеспечивается наиболее благоприятное расположение сварочной ванны, и соответственно, высокое качество сварного шва.

Интенсивный нагрев заготовок в процессе сварки приводит к короблению полок. По этой причине процесс сборки двутавровых балок включает процедуру их выравнивания, осуществляемую на специальных машинах для исправления грибовидности.

На завершающей стадии изготовления производится фрезерная обработка торцов изделия.

Замена швеллерами

На практике при возведении строительных конструкций для получения двутаврового сечения иногда используется сварка швеллеров между собой. Если швеллеры применяются взамен предусмотренных проектом двутавровых балок, такая замена должна согласовываться.

Согласование использования альтернативного материала отражается изменениями, вносимыми в соответствующие разделы рабочего проекта. Возможность замены определяется по результатам поверочных расчётов на прочность, выполняемых проектировщиками.

Способ применяемой сварки швеллеров между собой также определяется расчётом. Это может быть сварка непрерывным или прерывистым швом, либо с применением соединительных накладок.

При сварке швеллеров непрерывным швом, в результате температурных деформаций металла, может произойти скручивание профиля. Избежать этого явления можно, применяя специальные струбцины, а также, накладывая сварочные швы небольшими участками, чередуя при этом стороны соединяемых профилей.

При необходимости удлинить такую конструкцию, осуществляют сварку швеллеров встык. Места стыковых сварочных швов швеллеров, образующих двутавр не должны совпадать друг с другом. Для усиления конструкции сварной шов можно укрепить с помощью накладки.

Способы соединения двутавров

При осуществлении монтажа балочных конструкций выполняются сварные соединения элементов в различных сочетаниях. Среди них можно выделить типовые способы соединение двутавровых балок.

Встык

Для соединения способом «встык» свариваемые фрагменты стыкуют предварительно обработанными торцами. Обработка состоит в том, что на торцевых срезах выполняют угловые скосы для более глубокой проварки соединения.

Учитывая несущие функции двутавровых балок, их соединение не ограничивается выполнением торцевых швов. Для усиления участка стыковки обычно применяют четыре накладки – по одной на каждую из полок, и по одной на каждую из сторон стенки.

Накладки представляют собой прямоугольники из листового металла. Они накладываются поверх соединительного шва, затем привариваются по периметру. Накладки на полки делают на всю ширину полки двутавровой балки, накладки на стенку – на всю высоту стенки.

Под прямым углом

Такое соединение осуществляется между главной и второстепенной несущими двутавровыми балками каркасной конструкции, находящимися на одном уровне. В этом соединении главная балка служит опорой второстепенной.

Сварочные работы выполняются в следующей последовательности. В верхней полке главной двутавровой балки делают вырез в форме равнобедренного треугольника с углом, близким к прямому.

Верхняя полка второстепенного двутавра вырезается под вставку в треугольный вырез главнойдвутавровой балки, а нижняя его полка срезается на величину половины ширины.

В результате должно получиться следующее. Плотное совмещение вырезов верхних полок двутавров, стыковка торца стенки второстепенной двутавровой балки с боковой поверхностью стенки главного двутавра и прилегание среза нижней полки второстепенной двутавровой балки к полке главного двутавра.

Полученное таким образом совместное закрепление заподлицо двух перпендикулярных двутавровых балок усиливается привариваемой снизу листовой накладкой.

Сваривание двутавра со швеллером под прямым углом

Это соединение выполняется, если второстепенной двутавровой балкой служит швеллер. Если стенки двутавра и швеллера одинаковы по высоте, можно поступить следующим образом.

Верхняя полка швеллера срезается род углом 45 °, на верхней полке двутавровой балки делается аналогичный по форме вырез. Нижняя полка швеллера отрезается с таким расчетом, чтобы при стыковке срез совместился с нижней полкой двутавра, а стенка швеллера уперлась в стенку двутавра. Так же, как и в предыдущем случае, соединение укрепляется накладкой снизу.

Инженерная мысль не стоит на месте. Кроме описанных технологий сварки могут применяться вновь созданные, на смену устаревающему сварочному оборудованию приходит обновленное, модернизированное или принципиально новое. Не исключено, что и традиционная сварка когда-нибудь уступит место другой технологии неразъемных соединений.

Специфика конструкций двутавровых балок обуславливает некую последовательность, которую необходимо соблюсти, когда необходимо соединить данные изделия. Обычно вариант сварки будет напрямую зависеть от технических характеристик металлопроката, а также типа используемого оборудования для соединения поясных швов стальной балки. Сегодня нашло широкое применение использование автоматов под флюсом.

Сварка балок двутаврового сечения

Как правило, технология процесса выглядит следующим образом:

• Собирают балку из её трех базовых элементов: стенки и поясов;
• Швы соединяют автоматом под флюсом;
• Устанавливают поперечные ребра жесткости, а далее соединяют их между собой вручную или с помощью полуавтомата.

При этом следует понимать, что для начала соединяются узлы стыковки двутавровых балок, расположенных с одной стороны, в после наступает черед внутренних стыков поясов.

Далее идет стык стенки и внутренние стыки поясов уже с другой стороны. Что касается наружных стыков, то за них следует приниматься в последнюю очередь.

Работу по соединению металлопроката выполняют с использованием прихваток и хомутов, либо в специальном кондукторе. При сварке двутавров специалисты рекомендуют использовать механизированный или ручной дуговой метод. Но наибольшее распространение получил в настоящее время автоматизированное оборудование, которое с легкостью справляется с задачей.

Правила стыковки балок: инструкция к действию

При соединении двутавровых балок необходимо придерживаться следующих советов:

1. Накладки на стенке изделия нужно располагать симметрично относительно продольной оси сечения профиля;
2. В процессе работы накладки следует как можно плотнее притягивать к соединяемым деталям, используя при этом струбцины;
3. Соединяемые балки нужно укладывать в одну линию, чтобы не допустить при этом переломов на стыке изделий, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости;
4. Кромки накладок, которые перекрывают полки соединяемых изделий, обязаны быть параллельны кромкам стыкуемых деталей.

Как присоединить двутавровые балки друг к другу

Более надежный металлический профиль для возведения металлических конструкций – двутавр. Крепятся эти элементы друг к другу с помощью сварки встык между собой с целью создания конструкций межэтажных перекрытий несущего характера, куполов и арок. Плюс данного метода заключается в обеспечении высокой надежности соединения.

Особенности сварки двутавра

Вначале свариваются стыки и стенки двутавровых поясов. В двутавровых балках стыковые швы выполняют основную функцию. Для уменьшения остаточного напряжения нужно варить без закреплений в обрабатываемом месте. Надо постоянно наблюдать, чтобы между стыками кромок зазор был в допустимых пределах. В противном случае вся работа сведется на нет.

1. Сваривание горизонтально. Выполняется легче, если поясные швы свариваются «в угол» 2-мя автоматами, а вертикальная стена располагается горизонтально. Ось в продольном направлении может искривиться на минимум, потому как прогиб по горизонтали почти удален благодаря обратному прогибу после сварки 2-й пары;
2. Сваривание вертикально. Остаточный прогиб виден в там, где сделаны первый два шва. Когда сварные двутавровые соединения выполнены, проводится разметка поперечных ребер жесткости. Привариваются они механически или полуавтоматом;
3. Для выполнения узла крепления одного отрезка двутавра к другому используются накладки. Чтобы установить накладки с 2-ух сторон от стенки и снаружи полок, они обрезаются ромбом и обварить косыми швами. Такие работы нужны, чтобы выступающие полки не мешали накладывать сварочный шов по стороне накладок. Советуется располагать накладки симметрично продольной оси балки. Данный метод – отличное решение для создания конструкций с незначительной нагрузкой. Причина кроется в концентрации напряжения у швов накладок, так как форма сечения меняется.

Правильное расположение осей можно проверить длинной линейкой. Если есть смещение, то оно запросто убирается клином. Нужный зазор выполняется сборочной планкой. Стык сваривается с помощью высококачественных электродов или под флюсом, также применяется полуавтомат.

Читайте интересное

Изготовление балок двутаврового сечения — Энциклопедия по машиностроению XXL

ИЗГОТОВЛЕНИЕ БАЛОК ДВУТАВРОВОГО СЕЧЕНИЯ  [c.376]
ИМ. Бабушкина в Днепропетровске (сварка двутавровых балок большого сечения, необходимых для промышленного строительства), на Ждановском заводе им. Ильича (изготовление железнодорожных цистерн емкостью 60 Л4 ), на Челябинском и Харцызском трубных заводах (производство тонкостенных труб большого диаметра, показанных на рис. 23, необходимых для массового строительства магистральных газо- и нефтепроводов), на Торец-ком машиностроительном заводе (изготовление кузовов шахтных вагонеток), на Калининском вагоностроительном заводе (создание пассажирских вагонов), на автомобильных заводах (производство автомобильных колес и кабин), на заводах подъемнотранспортного машиностроения (выпуск балок и тележек мостовых кранов) и т. д.  [c.132]

Сварка балок. При изготовлении сварных балок используют листовой прокат низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наибольшее распространение нашло производство сварных балок двутаврового и коробчатого сечений. Поясные швы таких балок выполняют, как правило, автоматической сваркой под флюсом.  [c.363]

Главные балки (фермы) опираются на концевые балки 2, в которых установлены ходовые колеса моста. Тип главной фермы (балки) зависит от заданного пролета крана. При малых пролётах применяют сварные балки двутаврового сечения (иногда прокатные профили), при больших (свыше 16 м) фермы (рис. 39, б и в). Преимуществом балок является простота изготовления, недостатком — больший (по сравнению с фермами) вес, особенно при больших пролетах крана. При автоматической сварке, которую удобно применять для балок,также повышается и их надежность по сравнению с фермами, в связи с этим в ряде случаев они применяются и в мостах больших (порядка 26—30 м) пролетов. Мосты,  [c.157]

Для сборки двутавровых балок разных сечений применяется кондуктор, изображенный на фиг. 50. На раме, изготовленной из  [c.197]

Наиболее рациональны в использовании прокатные балки двутаврового и швеллерного сечения ввиду простоты их изготовления. При недостаточной мощности прокатных балок широко применяют сварные составные балки двутаврового сечения, а для конструкций, подвергающихся динамическим и вибрационным нагрузкам,— составные балки на высокопрочных болтах и клепаные балки (рис. 34). При пролетах до 6 м вместо прокатных стальных и прессованных алюминиевых балок целесообразно применять стальные балки из гнутых профилей швеллерного или коробчатого типа (см. рис. 14).  [c.57]

Балки коробчатого сечения сложнее в изготовлении, чем двутавровые. Однако они имеют большую жесткость на кручение и поэтому находят широкое применение в конструкциях крановых мостов. При большой длине таких балок полки и стенки сваривают стыковыми соединениями из нескольких листовых элементов.  [c.436]

Между тем среди различных способов обработки давлением есть один способ, лишенный как этого, так и многих других недостатков той же штамповки. Это прокатка. По сравнению с ковкой — штамповкой она молода. Ей не больше трехсот лет. Ее продукция чрезвычайно разнообразна от тончайшей, микронной толщины фольги до листов и броневых плит. Прокатка — наиболее производительный способ изготовления разнокалиберных труб, полос, уголков, швеллеров, двутавровых балок… Но если внимательней приглядеться, можно заметить, что все эти изделия отличаются известной однобокостью они имеют постоянные по длине форму и размеры. Для большинства же деталей машин характерна переменность сечения. Именно по этой причине они до самого последнего времени оставались неподвластны энтузиастам прокатки, которые давно мечтали распространить ее влияние на возможно большее число сугубо машиностроительных деталей. Такая задача была не из легких и все-таки специалисты-прокатчики из ВНИИМЕТМАШа (ВНИИ металлургического машиностроения) сочли ее вполне разрешимой. Прежде всего  [c.96]

В металлоконструкциях из алюминиевых сплавов целесообразно использовать тонкостенные элементы, устойчивость которых повышают ребрами жесткости. Эти жесткие тонкостенные элементы получают прокаткой или прессованием (рис. 188). Применение прессованных профилей позволяет без использования косынок и других дополнительных элементов получать наиболее экономичные сечения балок. Так, для трехгранных пролетных балок (рис. 188, а) в качестве ездовой балки монорельсовой тележки используют двутавровый профиль (рис. 188, в), к утолщенным полкам которого болтами прикреплены сменные рельсы, также изготовленные из легкого сплава. Верхние полки двутавра выполнены наклонными для удобства стыкования со стенками балки. Для решетчатых трехгранных пролетных  [c.508]

На практике в случае необходимости изготовления составных деревянных балок обе части соединяют между собой нагелями, шпонками, гвоздями и специальными клеями. По сравнению с обычными балками прямоугольного сечения наибольшими преимуш,ествами обладают двутавровые клееные балки. Главными из этих преимуществ являются  [c. 125]

Детали из сортового материала (рис. 303), изготовленные из труб и профилей различного сечения (швеллеров, уголков, двутавровых балок и пр.). В графе Материал указывается условное, 5 ГОСТ 8240—76  [c.222]

Для снижения местных напряжений от давления ходовых колес с помощью сварки устанавливают дополнительные ребра из листовых или угловых элементов, передающие усилие на большую площадь стенки. С этой же целью начали использовать для мостовых кранов пролетом 10—25 м балку Ф-образного сечения (рис. 10). Средний вертикальный лист дает хорошую основу для рельса, кроме того, балка очень проста в изготовлении — во всяком случае не сложнее обычных двутавровых и коробчатых сварных балок. Сочетание Ф-образного профиля с тавровым отвечает основным требованиям нагружения крановых мостов, обеспечивая необходимую прочность и жесткость как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.  [c.253]

Балки изготовляются централизованно. Поточная линия по изготовлению балок двутаврового сечения состоит из участка предварительной стыковки, линии строгальных и сверлильных станков в цехе обработки, участка автосварки. Сборка балок может быть кондукторной и бескондукторной. Сварка выполняется автоматами А-639 или тракторами ТС-17М. На участке автоматической сварки устанавливаются станок для правки грибовидности полок и торцефрезерные станки.  [c.29]

Мостовой кран грузоподъемностью 15 т эксплуатировался в тяжелом режиме пять лет в литейном пехе машиностроительного завода. При подъеме краном груза массой 13 т произошло разрушение главной балки на расстоянии 7 м от ходовых колей кабины. Кран был изготовлен в виде сварных балок двутаврового сечения и вспомогательных ферм. Разрушение началось с нижнего пояса двутавровой балки и распространилось на вертикальную стенку. Излом пояса имел конпентрические усталостные трещины. На кромке пояса, в месте излома, имелась старая трещина глубиной около 10 мм. В металле (сталь Ст 3 кп) нижнего пояса имелось повышенное содержание углерода — 0,24% и меди — 0,43%. Минимальное значение ударной вязкости при температуре — 20 С составляло 5,7 кгс-м/см , а при — 20 С —  [c.54]

Если материал конструкции одинаково работает на растяжение и сжатие (например, сталь) рациональными будут симметричные относительно нейтральной оси сечения. Близким к идеальному, яв-ляется двутавровое сечение, дже будет сечение в виде пря-моугольника. Деревянные балки чаще всего имеют прямоугольное сечение, так как изготовление деревянных двутавровых балок по-требует большой затраты труда. Нерационально круглое сечение, так как вес балки такого сечения почти в 4 раза превьшхает вес двутавровой балки, имеющей ту же прочность. Поэтому выбор круглого сечения может быть оправдан только конструктивными или технологическими соображениями (например, для вращающихся деталей), причем в таком случае выгоднее ставить полое сечение.  [c.115]

По конструктивному исполнению виброштампы могут быть разделены на стационарные, подвесные и передвижные. Их можно применять для изготовления железобетонных ребристых плит перекрытий, лестничных маршей, опор линий связи, колонн двутаврового сечения, различных балок со сложным профилем сечения и т. д.  [c.238]

При автоматическом процессе оказывается экономичным заменять прокат многих сортов балок двутаврового профиля их сваркой. Чем выше номер профиля, тем целесообразнее применение автосварки в производстве. Это открывает новые пути изготовления с помощью механизированных методов сварки балок с различными поперечными сечениями.  [c.280]

Для одного из заводов была запроектирована чугунная колосниковая решетка к третьей башне. Колосниковая решетка (рис. 13) собирается из отдельных элементов и ребристых плит,, отлитых из серого чугуна марки СЧ 15-32. При изготовлении таких колосников следует убедиться в отсутствии в литье трещин, раковин и шлаковых включений. Заварка раковин не допускается. Колосники устанавливаются на специальную стальную конструкцию, состоящую из продольных двутавровых балок (№ 20) и стоек квадратного сечения, сваренных из двух уголков (100x100x16 мм). После окончания монтажа стойки заливают внутри кислотоупорным бетоном, а снаружи покрывают слоем диабазовой замазки по металлической сетке.  [c.50]

Поточные автоматизированные линии по сборке и сварке массовых конструкций применяют на заводах для изготовления двутавровых сварных балок, холодногнутых замкнутых прямоугольных сварных профилей, легких ферм из этих профилей, оконных переплетов, ферм из труб круглого сечения и других конструктивных элементов. На рис. 14.7 приведена схема поточно-механизированной линии сборки и сварки ферм из замкнутых холодногнутых профилей. На этой линии фермы могут быть изготовлены частями по 12, 9 и 6 м. Линия разделена на четыре участка. На участке I загруженные в накопителях раскосы по команде оператора ложатся в гнезда стола сборочной тележки. Тележку передвигают к накопителям поясов передаватели накопителей подают пояса фермы впритык к раскосам, после чего тележка перемещается по рельсовому пути на участок II. Сверху на будущую ферму опускается траверса кантователя с кондуктором. По команде оператора включается привод кондуктора, который зажимает элементы фермы. Затем траверса кантователя вместе с кондуктором и зажатой в нем фермой поднимается, а тележка возвращается на участок / за следующей фермой. Кран кантователя передвигает траверсу в зону сварки, и кондуктор вместе с фермой поворачивается в вертикальное положение. Сварщики сваривают пояс фермы с раскосами, после чего кондуктор поворачивается на 180 , и сварщики сваривают другой пояс фермы с раскосами. После сварки кран передвигает кондуктор с фермой к крючкам подвесного контейнера, зажимы кондуктора раскрываются, ферма садится на крючки и перемещается на участок III, где контролируются швы нижнего пояса и исправляются возможные дефекты. Специальная тележка, работающая на участке IV, подъезжает к ферме, снимает ее с крючков и отъезжает в зону кантовате-  [c. 186]

Более технологичным является решение, основанное на применении блоков двутавровых балок с несимметричным относительно вертикальной оси сеченнем (см. рис. 10.13, а). В отечественной практике в настоящее время блоки стенок пролетных строений выполняют в виде симметричных двутавровых балок (см. рис. 10.13, б), что связано с технологией изготовления на имеющейся у заводов оснастке.  [c.250]

Применение прессованных профилей позволяет без использования косынок и других дополнительных элементов образовывать наиболее экономичные сечения балок. Так, для трехгранных пролетных балок в качестве ездовой балки монорельотвой тележки используется двутавровый профиль (рис. 193, а), к утолщенным полкам которого болтами прикреплены сменные рельсы, также изготовленные из легкого сплава. Верхние полки двутавра выполнены наклонными для удобства стыкования со стенками балки (рис. 193, б).  [c.374]

---

11. Технология изготовления балок двутаврового и коробчатого сечения

Балки — это конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб.

При изготовлении двутавровых балок поясные швы обычно сваривают автоматами под слоем флюса. Приемы и последовательность сварки швов могут быть различными. Наклоненным электродом можно одновременно сваривать два поясных шва, однако имеется опасность возникновения подреза стенки или полки. Выполнение швов в лодочку обеспечивает более благоприятные условия их формирования и проплавления, зато приходится поворачивать балку после сварки каждого поясного шва.

При раздельной сборке и сварке двутавра в универсальных приспособлениях доля ручного труда на вспомогательных и транспортных операциях оказывается весьма значительной. Поточные линии сварки балок таврового или двутаврового сечения могут оснащаться либо рядом специализированных приспособлений и установок, последовательно выполняющих отдельные операции при условии комплексной механизации всего технологического процесса, либо автоматизированными установками непрерывного действия.

Широкополочные двутавры и тавры с параллельными гранями полок являются наиболее экономичными горячекатаными профилями. Их использование способствует технологичности конструктивных решений, снижению расхода материала и уменьшению трудоемкости изготовления сварных конструкций.

Тавры получают роспуском двутавров в поточной линии, предусматривающей последующую правку в сортоправильной машине для обеспечения требуемой прямолинейности.

При изготовлении полноразмерных балок моста крана все основные операции по заготовке листовых элементов и последующей общей сборки и сварки выполняют в механизированных поточных линиях с использованием автоматической сварки под слоем флюса. Наибольшую трудность при производстве балок коробчатого сечения представляет выполнение таврового соединения диафрагм и стенок угловыми швами. Небольшое расстояние между стенками затрудняет автоматическую сварку в горизонтальном положении, и сварщику приходится выполнять эти швы вручную в крайне неудобном положении

Сварные элементы коробчатого сечения применяют для стержней ферм железнодорожных мостов. В отличие от балок у них нет диафрагм, что затрудняет сборку, и поэтому в серийном производстве для их сборки используют специальные кондукторы, фиксирующие детали по наружному контуру. Для этого в полках балок предусмотрены технологические отверстия, через которые стенки в процессе сборки поджимают к внешним опорам кулачковым механизмом. Кроме того, для предотвращения винтообразного искривления этих элементов сварку осуществляют наложением одновременно двух симметрично расположенных в одной плоскости угловых швов наклонными электродами.

При монтаже конструкций нередко возникает необходимость стыковки балок. При монтаже обычно стыковые швы стенки и полок совмещены в одной плоскости. Их выполняют ручной дуговой или механизированной сваркой в среде С02. Стык балки с не совмещенными в плоскости стыковыми швами полок и стенки применяют как технологический. Назначая последовательность выполнения швов поясов и стенки, необходимо иметь в виду следующее. Если в первую очередь сварить стыки поясов, то стык стенки придется выполнять в условиях жесткого закрепления, что может способствовать образованию трещин в процессе сварки. Если вначале сваривают стык стенки, то в стыках поясов возникает высокий уровень остаточных напряжений растяжения, что может снизить усталостную прочность при работе балки на изгиб.

Области применения двутавровых балок и их виды

Двутавровая балка — основной элемент большинства строительных конструкций, имеющий поперечное сечение в форме «Н». Ее широко применяют в строительстве зданий и сооружений ввиду особенности выдерживать высокие нагрузки. При выборе двутавра проводят предварительные расчеты для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации строения.

Характеристики двутавровых балок

Двутавровые балки являются одной из разновидностей сортового металлопроката. Их профиль имеет характерное сечение в форме буквы «Н», обеспечивающий оптимальное распределение нагрузки в обеих направлениях: вертикальном и горизонтальном. Балки различают по размерам поперечного сечения и массе.

Для упрощения выбора балки с необходимыми характеристиками используют маркировку и специальную нумерацию. Основная задача конструктивного элемента — выдерживать все нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации конструкции.

К основным особенностям двутавровых балок относят их стойкость к высоким нагрузкам, неподверженность воздействию внешних факторов.

Двутавровые балки служат основным конструктивным элементом большинства каркасных сооружений и зданий.

Существуют как металлические, так и деревянные балки. Последние представлены в широком диапазоне размерного ряда. Деревянные двутавры позволяют уменьшить расходы на устройство фундамента, значительно снизить нагрузку (ввиду небольшой плотности древесины) и в целом ускорить выполнение строительных работ.

Области применения

Двутавровая балка — незаменимый элемент при возведении объектов промышленного и общественного назначения. Ее широко применяют при строительстве крупнопанельных зданий и частных строений в несколько этажей. Двутавр используют как несущий элемент во многих конструкциях: в производственных цехах и складах, шахтах и метро, мостах и эстакадах, в сооружениях для укрепления береговой линии и в котлованах, в тоннелях для транспорта различных видов, грузовых платформах, ж/д вагонах и морских судах.

Также есть еще несколько областей применения двутавровых балок: кровля, стропильные системы, обустройство мансардных помещений. При этом балки входят в состав не только металлоконструкций и сооружений. Их зачастую используют при строительстве домов из дерева и создании лестниц.

Двутавровые балки хорошо выдерживают нагрузку, даже если ширина пролета достаточно большая. Использование обычного перекрытия в таких случаях может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Балки с «Н»-профилем зарекомендовали себя в качестве надежных строительных элементов, независимо от материала их изготовления. Они также легко поддаются транспортировке, поскольку как правило имеют относительно небольшую массу. Двутавры легко монтируют с применением заклепок, болтов или при помощи сварных соединений.

Плюсы и минусы использования двутавровых балок

Балки с «Н»-профилем имеют следующие преимущества:

• Выдерживают высокие нагрузки, направленные как горизонтально, так и вертикально.
• Простота транспортировки, хранения и монтажа строительных элементов.
• Относительно невысокая материалоемкость производства, а также низкая масса в сравнении со сплошными балками.
• При монтаже сварными соединениями допускается использование электродуговой и газовой сварки.
• Обеспечивает высокую жесткость готовой конструкции с нулевым крутящим моментом.
• Длительный период эксплуатации благодаря неподверженности воздействию природных факторов.
• Возможность изготовления балок с индивидуальными размерами на заказ.

Как и любой строительный элемент, двутавр не лишен некоторых недостатков:

• Относительно низкие показатели огнестойкости, ввиду чего возможно разрушение всей конструкции при возникновении пожара.
• Не обеспечивают достаточную жесткость при использовании в качестве несущего элемента для пролетов большой ширины.
• Низкая коррозионная стойкость (проблему решают нанесением специального защитного покрытия).

Названные выше недостатки не являются критическими. Поэтому двутавровые балки по-прежнему применяют при возведении большинства конструкций.

Материал изготовления

Наиболее востребованными являются двутавры, изготовленные из железобетона, металла и древесины. В зависимости от материала, двутавры имеют свое назначение, характеризуются определенными преимуществами и недостатками:

• Изделия из железобетона чаще всего используют при строительстве зданий промышленного и гражданского назначения, возведении перекрытий и подвесных путей, мостов, а также при создании большинства металлоконструкций.
• Двутавровые балки из стали для мостовых конструкций широко применяют при строительстве эстакад и мостов. Они изготовлены из особо прочного сплава, способного выдерживать циклические нагрузки.
• Двутавры из углеродистой стали распространены повсеместно (около 80% производимых элементов изготовлены из этого сплава).
• Двутавры из низколегированной прокатной стали используют в конструкциях, подвергающихся динамическим нагрузкам.
• Строительные элементы из алюминиевого сплава применяют в сооружениях небольшой массы (основной компонент обладает значительно меньшим удельным весом, чем сталь).

Для изготовления двутавров используют крупнопартийную производственную линию. Основные производители — крупные металлургические предприятия.

Двутавр из древесины является не менее востребованным строительным элементом при возведении многих конструкций. Его широко используют при создании каркасов построек, обустройства межэтажных перекрытий, стропильных систем, мансард и балконов. Основу профиля составляют плиты ОСБ, по обе стороны которых находятся брусья из древесины хвойных пород. Основные преимущества деревянных двутавров: отсутствие деформации даже при высоких нагрузках, гладкие стыковые поверхности, простота монтажа.

Способы производства: сварные и горячекатаные двутавры

Горячекатаные строительные элементы изготавливают на прокатных станах, подвергая заготовки высокотемпературной обработке. В качестве заготовки используют раскаленную стальную болванку. В результате формируется «Н»-профиль без наличия сварных швов. Основные преимущества изделий, изготовленных по данной технологии: высокая прочность и надежность, при этом обеспечивается монолитность готового изделия. Существует широкий ряд стандартизированных двутавров, благодаря чему упрощается подбор изделий с требуемыми размерами на основе проведенных расчетов.

Основные недостатки горячекатаных балок

• Стенки профиля утолщенные, что приводит к увеличению массы готовых изделий.
• В результате прокатки образуются окалины.
• Габариты и размеры профиля изделий ограничены ввиду особенностей используемой технологии производства (стандартные двутавры имеют ширину до 400 мм и длину до 12 м).
• Затраты на транспортировку могут быть достаточно высокими, поскольку горячекатаные балки производят преимущественно на крупных предприятиях.

Альтернатива горячекатаным изделиям — сварные двутавры. Основные сферы их применения: строительство гражданских и промышленных объектов. Производственный процесс предусматривает соединение стальных полос посредством сварки. Готовые изделия способны выдерживать серьезные нагрузки, практически не подвержены скручиванию.

Максимальная прочность изделий достигается путем формирования сварных швов с двух сторон балки. Качество швов обеспечивается использованием заходных и выходных планок со строгим соблюдением перпендикулярности расположения элементов относительно друг друга, а также плотности их прилегания. Выделяют следующие преимущества сварных двутавров:

• Изделия производят с учетом множества важных параметров (ширина полки, перфорация, дополнительные ребра жесткости).
• Возможность производства двутавров с элементами, изготовленными из различных сплавов.
• Высокая скорость производственных процессов и доставки изделий на строительные площадки.
• Сниженная масса в сравнении с горячекатаными изделиями, что в свою очередь снижает материалоемкость и стоимость возведения строительных конструкций.

Единственным недостатком сварных изделий является наличие швов, снижающих их прочность. Проблему решают введением дополнительных ребер жесткости (пластин), что в свою очередь приводит к увеличению стоимости производства.

Сортамент двутавровых балок

Двутавры производят с учетом всех требований, указанных в нормативной документации, регламентирующей форму профиля и состав исходного материала. Благодаря этому упрощается процесс подбора элементов для определенных конструкций.

Основные геометрические характеристики и соответствующие обозначения:

• H — высота, характеризующее расстояние между нижней и верхней плоскими полками изделия.
• B — ширина (поперечный размер).
• S — толщина стенки — толщина балки, расположенной между плоскими полками.
• t — средняя толщина стенки, рассчитываемая по формуле t=B-0.25S (размер, обусловленный геометрической формой полки: сужается к краям и расширяется к середине).
• Радиус внутреннего закругления — размер, определяющий радиус закругления в месте состыковки (перехода) со стенкой.

Длины двутавровых балок выбирают из диапазон от 4 до 15 м.

Массогабаритные параметры учитывают при расчете количества необходимых изделий и выборе оптимального способа транспортировки. Для определения массы двутавров используют специальные таблицы, которые можно найти в нормативной документации.

Классификация и основные обозначения

Двутавры имеют характеристики, для определения которых используют специальную маркировку. Основные параметры указаны в таблице сортаментов. По конструктивному исполнению профиля различают колонный, стандартный и широкополочный и некоторые другие ктегории:

• Б — нормальный (стандартный) профиль, применяемый в составе конструкций с нагрузками среднего значения. Основные сферы: мосты, эстакады, ж/д транспорт, здания и сооружения.
• К — колонный, имеющий определенные толщины полок и перемычек, обуславливающие более высокую устойчивость к нагрузкам. Применяется при создании опорных конструкций и колонн. Недостаток — большая масса изделий.
• Ш — широкополочный, используемый в условиях высоких нагрузок. Основные характеристики: высокие жесткость и прочность, сопротивление сжатию и изгибу.
• М — монорельс. В виду особенностей расположения полок (под углом) используется для создания транспортировочных систем в производственных помещениях и на складах.
• С — специальный, имеющий различные варианты расположения полок: под углом, параллельно. Основное назначение — армирование шахт.
• Д — дополнительный, изготавливаемый исключительно на индивидуальный заказ.
• У — узкополочный, с уменьшенной шириной полок. Такие двутавры служат в качестве опорных элементов в составе слабонагруженных конструкций.

Различные параметры двутавров обуславливают вариативность их применения, при этом все этапы производственного процесса и массогабаритные характеристики строго регламентированы нормативной документацией. Двутавровые балки, качество и основные параметры которых подлежат тщательному контролю, являются надежными составными элементами большинства возводимых конструкций.

Сварка балки двутаврового сечения — Морской флот

Наиболее широкое применение имеет двутавровый профиль с поясными швами, выполняемыми обычно автоматами под флюсом. Обычно двутавр собирают из трех листовых элементов. При их заготовке, помимо правки, резки и зачистки кромок, часто предусматривают сборочную и сварочную операции для получения листового элемента требуемой длины и ширины. В этом случае к стыковым соединениям предъявляется требование полного и надежного проплавления с хорошим формированием усиления и проплава шва. Поэтому сварка, как правило, производится с двух сторон. Первый слой целесообразно сваривать на флюсовой подушке. В этом случае требования к точности сборки менее жестки, чем при сборке под сварку первого слоя на весу.

Схематически устройство флюсовой подушки показано на рис. 1. Листы 1 укладываются на стеллаж так, чтобы стык располагался над флюсовой подушкой, представляющей гибкий короб 2, закрепленный между балками стенда и заполненный флюсом. Прижимами 3 листы плотно прижимаются к стенду, подачей сжатого воздуха в шланг 4 создается равномерное поджатие флюса по всей длине стыка. Часто используют флюсомагнитные подушки, в которых листы к стенду прижимаются магнитами. Для обеспечения высокого качества выполнения сварного шва на всей его рабочей длине применяются заходная и выходная планки.

Сборка балки должна быть достаточно точной; особое внимание уделяется симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полки и стенки (рис. 1). Сборка на стеллаже с помощью простейших приспособлений является трудоемкой и может применяться только в единичном производстве. Использование приспособлений позволяет повысить производительность сборочных операций на 30—35%.

Рис. 1. Допуски на сборку Н-образного сечения

На рис. 2 показан кондуктор с винтовыми прижимами для сборки двутавровых балок. Основание выполнено в виде жесткой сварной рамной конструкции, состоящей из продольных и поперечных балок 1 и 3. Упоры 8 и прижимы 2 установлены на поперечных балках, продольные балки заделаны в фундамент. Подача длинных и гибких элементов балки в кондуктор осуществляется мостовым краном сверху с помощью жесткой траверсы со специальными захватами. Вертикальная стенка укладывается на продольные швеллеры 5 и 7, после чего устанавливаются полки, и детали плотно прижимаютсядруг к другу винтами 4. Прихватки обычно становятся только с одной стороны сверху, их размеры и расположение должны обеспечить жесткость и прочность балки при извлечении из приспособления краном и переносе к месту сварки.

Рис. 2. Кондуктор для сборки двутавровых балок

Для обеспечения прямолинейности собираемого двутавра верхние полки поперечных балок приспособления располагаются в одной плоскости, а упоры 5 выставляются по прямой линии. Симметрия расположения стенки относительно полок обеспечивается настройкой поддерживающих винтов 9. Настройку на определенный типоразмер Н можно выполнять перестановкой прижимов 2, а также швеллера 5 за счет проставки 6. Для этого в поперечных балках кондуктора следует предусмотреть ряд отверстий под болты крепления прижимов 2 и гаек 10.

Эффект использования сборочного приспособления существенно зависит от быстрого действия и надежности механизма зажатия элементов. Закрепление и освобождение элементов балки по всей длине с помощью винтов занимает много времени. Значительно производительнее и удобнее в работе приспособления, оснащенные пневматическими зажимами с питанием от заводской сети сжатого воздуха. В этом случае зажатие и освобождение балки осуществляется переключением крана подачи воздуха. Обеспечение взаимной перпендикулярности полки и стенки при сборке требует поступательного перемещения зажимающего элемента. Это можно осуществить либо путем жесткого крепления прижимов на штоках цилиндров, либо прямолинейными направляющими прижимов с шарнирным креплением последних к штокам цилиндров (рис. 3).

Рис. 3. Сборочный кондуктор с пневматическими прижимами: 1 — пневматические цилиндры; 2 — переносная траверса; 3 — неподвижный упор; 4 — направляющие подвижного упора

Помимо рассмотренных кондукторов, предусматривающих зажатие собираемых элементов по всей длине, используют установки с самоходным порталом. На жесткой раме 1 смонтированы две продольные балки 5 и 6, из которых одна (балка 5) закреплена неподвижно, а другая (балка 6) может двигаться поперек рамы. Настройка такой установки на определенную высоту собираемой балки осуществляется перемещением продольной балки 6 с помощью винтов 10, приводимых во вращение электродвигателем 2 через редукторы 3 и 8 и вал 4. Сборочный портал состоит из ригеля 20 и ног 15 и 24 и имеет два, неподвижных пневматических прижима 21 и 25 и два подвижных прижима 17 и 19, установленных на тележках 16 и 18, закрепляемых винтами. Перемещение портала по рельсам 7 осуществляется с помощью приводных скатов 13 от двигателя 22 через редуктор 23 и цепную передачу. Захваты 26 предотвращают подъем портала при включении вертикальных прижимов. Элемент стенки укладывается на балки 5 и 6, полки — на поддерживающие винты 11, их установке помогают стойки 12. Сборщик усаживается на сиденье 14 и подводит портал к месту начала сборки (обычно это середина балки). Вертикальными прижимами лист стенки прижимается к раме установки, горизонтальными прижимами к стенке прижимаются пояса и в собранном сечении ставятся прихватки. Затем прижимы выключаются, портал перемещается вдоль балки на 500—700 мм и операция повторяется. После окончания сборки портал отводят в крайнее положение и пневматическими толкателями 9 поднимают собранную балку над рамой установки.

Рис. 4 Установка для сборки балок Н-образного сечения с самоходным порталом

Наличие или отсутствие ребер жесткости определяется размерами двутавровой балки и характером ее нагружения. Обычно вертикальные ребра жесткости устанавливаются и привариваются после сварки поясных швов.

В тех случаях, когда балка имеет большую высоту (например, при сборке элементов мостовых пролетных строений), ее стенка может составляться по ширине из нескольких продольных листов 1. Эти листы или сваривают встык, или с помощью горизонтальных ребер жесткости 2 угловыми швами втавр. Для сборки таких балок также может использоваться установка со сборочной скобой, но с большим количеством вертикальных прижимов 3 (рис. 5).

Рис. 5. Самоходный портал для сборки балок больших размеров

обычно автоматами под слоем флюса. Приемы и последовательность наложения швов могут быть различными. Приемы сварки наклоненным электродом (рис. 6, а, б) позволяют одновременно сваривать два шва, однако имеется опасность возникновения подреза стенки или полки.

Рис. 6. Способы укладки швов

На рис. 7 показан центровой кантователь. Предварительно собранная на прихватках балка 2 закрепляется зажимами в задней 1 и передней 3 бабках и с помощью червячной передачи 4 устанавливается в требуемое положение. Наличие подвижной задней опоры позволяет сваривать в таком кантователе балки различной длины.

Рис. 7. Центровой кантователь для сварки двутавровых балок

В том случае, если длина балки велика и необходимо предотвратить ее прогиб, можно между опорами расположить опорные разъемные кольца. На рис. 8 показан универсальный кантователь такого типа с подвижными опорами.

Рис. 8. Универсальный кантователь: 1 – подвижные опоры; 2 – зажимы; 3 – поворотное кольцо; 4 – приводной механизм; 5 – консольный кран

Для сварки балок малой жесткости можно использовать кантователь с жесткой рамой 1, опирающейся на две неподвижные опоры 2 с помощью цапф 3 (рис. 9). Весьма прост цепной кантователь (рис. 10). Он состоит из нескольких фасонных рам 5, на каждой из которых смонтированы две цепные звездочки (холостая 1 и ведущая 4) и холостой блок 6. Свариваемая балка 3 укладывается на провисающую цепь 2. Ведущие звездочки имеют общий приводной вал и обеспечивают поворот балки в требуемое положение. Следует иметь в виду, что такой кантователь не обеспечивает жёсткого и неизменного положения свариваемой конструкции, и поэтому во избежание смещения сварочной дуги с кромок детали сварку целесообразно производить сварочной головкой, перемещающейся непосредственно по балке. В некоторых случаях для сварки балок удобны кантователи на кольцах (рис. 11). Собранная балка укладывается на нижнюю часть кольца 1, откидная часть 2 замыкается с помощью откидных болтов 3, и балка закрепляется системой зажимов 4.

Рис. 9. Схема кантователя с жесткой рамой

Рис. 10. Цепной кантователь

Рис. 11. Кантователь с кольцами

Рассмотренные сборочные и сварочные приспособления, хотя и повышают производительность труда, по сравнению со сборкой я сваркой на стеллаже, однако вспомогательное время (на установку элементов, их закрепление, прихватку, освобождение от закрепления, извлечение из сборочного приспособления, перенос в приспособление сварочное, закрепление и поворот в положение, удобное для сварки, снятие готового изделия) остается весьма значительным.

Сварные двутавровые профили широко используют в строительстве и машиностроении, тавровые профили — в судостроении. При изготовлении их мелкими партиями заводы вынуждены использовать примитивную малопроизводительную оснастку, и такие профили обходятся сравнительно дорого. Серийное производство сварных профилей в поточных линиях позволяет поднять производительность труда и снизить стоимость балок. Такие поточные линии могут оснащаться либо автоматизированными установками непрерывного действия, либо рядом специализированных приспособлений и установок, последовательна выполняющих отдельные операции при условии комплексной механизации всего технологического процесса.

Примером установки первого типа может служить станок для сборки и сварки тавровых балок (рис. 12), принципиальная схема которого показана на рис. 13. Взаимное центрирование заготовок, перемещение со сварочной скоростью и автоматическая сварка под флюсом обоих швов осуществляются одновременно. Устройство для прижатия стенки тавра к поясу состоит из пневматического цилиндра и нажимного ролика 3. Центрирование элементов тавра производится четырьмя парами роликов; из них две пары 1 направляют пояс вдоль оси станины, а две другие пары 2 удерживают стенку вертикально и обеспечивают ее установку на середину пояса. Каждая пара имеет устройство для регулирования расстояния между ними в зависимости от ширины пояса и толщины стенки. Движение свариваемого элемента осуществляется приводным опорным роликом 4. Плавное изменение скорости подачи обеспечивается вариатором. На этой установке могут свариваться прямые и криволинейные балки таврового сечения высотой от 60 до 600 мм. Концы балки поддерживаются роликами опорных тележек 5.

Рис. 12. Сборка и сварка тавровых балок на станке

Рис. 13. Принципиальная схема станка для сварки балок таврового профиля

При повторном пропуске через установку может привариваться второй пояс для образования двутавровых балок высотой 300—500 мм.

По такому же принципу работают установки типа Pullmax, выпущенные за рубежом для изготовления сварных балок таврового, двутаврового и коробчатого сечений с высотой стенки 150—1500 мм и шириной полок 50—500 мм. Установка Pullmax состоит из рольганга питателя, оборудованного гидравлическими зажимами, сварочного стенда с двумя или четырьмя головками для сварки под флюсом и соответственного количества источников постоянного тока на 900 а каждый. Листовые заготовки требуемого размера закладываются, фиксируются и свариваются, проходя машину со скоростью до 100 м/ч. Установка обслуживается одним инженером и двумя подсобными рабочими.

Для дальнейшего развития установок непрерывного действия большое значение приобретает применение сварки током высокой частоты (450 000 гц). Так, за рубежом уже используют установки для сварки тавровых, двутавровых и Н-образных профилей из свернутых в рулон лент или полос. Имеющееся оборудование позволяет изготовлять двутавровые балки с максимальной высотой стенки 457 мм. Подача полос из трех рулонов осуществляется таким образом, что полки подходят к кромке стенки под некоторым углом (рис. 14). Две пары скользящих контактов обеспечивают протекание сварочного тока вдоль поверхности стыкуемых элементов и через место их контакта под обжимными роликами. Разогрев полки происходит на малую глубину, и поэтому степень осадки невелика. В случае необходимости для полок может использоваться профилированная лента, имеющая в середине выступ для сварки со стенкой. Скорость сварки достигает 60 м/мин. Процесс экономичен и успешно конкурирует с изготовлением балок прокаткой. Примером поточной линии второго типа является производство сварных двутавровых широкополочных балок на заводе им. Бабушкина. Как показано на схеме (рис. 15), поточная линия делится на пять участков.

Рис. 14. Схема непрерывного процесса изготовления балки из трех полос с помощью сварки

Со склада металла листы стенки подаются мостовым краном на рольганг 1. В случае, если стенка двутавра составляется из двух листов, то на рольганге 1 производится обрезка торцов кислородной резкой полуавтоматом и автоматическая сварка стыка стенки на флюсомагнитной подушке. Сваренные листы рычажным кантователем 2 кантуются на рольганг 3, где стык стенки проваривается с противоположной стороны. После правки в листоправильных вальцах 4 лист стенки с помощью магнитных манипуляторов 6, рольганга 5 и специальных направляющих тележек проходит дисковые и кромкокрошительные ножницы 7, обеспечивающие проектный размер высоты стенки, подвергается очистке кромок под сварку и подается в питатель 11.

Для полок используются полосы универсальной стали, продольные кромки которых обработке не подвергаются. Листы, имеющие длину, равную длине свариваемой балки, мостовым краном укладываются на рольганг 8, затем подаются в листоправильную машину 9 для правки плоскости и саблевидности. На рольганге 10 листы подвергаются зачистке средней части полки под сварку и мостовым электромагнитным краном переносятся в питатель 11. В питателе полки двутавра устанавливаются вертикально и вместе с горизонтально расположенной стенкой подаются на специальный сборочный стан 12.

Все операции в этом стане механизированы. Особенностью его является возможность сборки двутавров с предварительным натяжением стенки для предотвращения коробления ее от сварки. Пояса двутавра со стенкой соединяются непрерывными сборочными швами малого размера. Это позволяет осуществлять сборку с увеличенными зазорами без опасения появления прожогов и способствует удержанию стенки в растянутом состоянии в большей степени, чем при использовании прихваток. Два сборочных ниточных шва у обоих поясов накладываются одновременно в положении «в угол» четырьмя однодуговыми автоматами при скорости сварки до 144 м/ч.

Из сборочного стана собранный двутавр поступает на рольганг 13, где производится отбивка шлака и приварка выводных планок в виде тавриков 1 (рис. 15, а). Затем электромагнитным кантователем 14 (см. рис. 15) балка кантуется на 180° и поступает на участок сварки поясных швов, где они выполняются последовательно на четырех рабочих местах 15. Передвижение балки с одного рабочего места на другое полностью механизировано с помощью продольных 13 и подъемных поперечных рольгангов 16 и кантователей 14. Перед сваркой на каждом рабочем месте двутавровая балка устанавливается в положение «в лодочку» и сваривается трехдуговым автоматом под флюсом со скоростью 90-120 м/ч. Основные швы по своим размерам значительно превосходят сборочные швы, и поэтому последние полностью перевариваются. Процессы зажигания дуг, заварки кратера и отключения дуг автоматизированы, и это позволяет обходиться выводными планками длиной всего 150-200 мм

Рис. 15. Выводные планки при сварке угловых швов (а)

Двутавровая балка составляется из трех длинных листовых элементов (двух поясов и стенки). В высоких балках ставятся ребра жесткости для повышения устойчивости сжатых элементов. Основными швами в балках являются стыковые швы поясов и стенки и угловые швы, соединяющие пояса со стенкой.

При изготовлении сварных балок в цехах целесообразно сначала сварить стыки поясов и стенки, так как стыковые швы являются наиболее ответственными, поэтому для уменьшения остаточных напряжений варить их следует при отсутствии закреплений в свариваемых листах. При сборке пояса или стенки необходимо, чтобы продольные оси стыкуемых листов легли по одной прямой линии, смещение стыкуемых кромок из плоскости листов не выходило за пределы допустимых отклонений и чтобы зазор был выдержан согласно чертежу.

Правильное положение осей стыкуемых листов проверяют обычно длинной линейкой, приложенной к оси или к боковым кромкам листов. Смещение кромок устраняют обычно клином, а требуемый зазор устанавливают при помощи болтовой стяжки или сборочной планки. Собранный стык сваривается вручную высококачественными электродами, полуавтоматом или автоматом под флюсом. При сварке под флюсом необходимо приставить входные и выходные планки и принять меры против протекания расплавленного металла и шлака. После сварки проверяют качество шва и зачищают торцы шва и усиления.

Сваренные пояса и стенка поступают на сборку балки. Способ сборки балки зависит от характера и конструкции применяемых приспособлений и запроектированного метода сварки поясных швов. В настоящее время сварку длинных поясных швов выполняют преимущественно автоматами под флюсом. Балку собирают из трех ее основных элементов (поясов и стенки), сваривают поясные швы автоматом, а затем устанавливают поперечные ребра жесткости и приваривают их полуавтоматом или вручную. Сборку сварных балок выполняют при помощи хомутов и прихваток или в специальном кондукторе.

При сборке балки с помощью хомутов на стеллаже или горизонтальной плите укладывают нижний пояс. На середине пояса параллельно его оси наносят две риски, расстояние между которыми равно толщине вертикальной стенки. По рискам на расстоянии 1-1.5 м друг от друга устанавливают и прикрепляют струбцинами или прихватками сборочные уголки, между которыми устанавливается вертикальная стенка. В местах, где вертикальная стенка значительно искривлена, для совмещения ее с рисками на поясе можно пользоваться скобой и клиньями. Для уничтожения зазора между вертикальной стенкой и поясом пользуются хомутом. Затем накладывают верхний пояс, проверяют правильность положения стенки и верхнего пояса, зажимают собранную балку хомутами и ставят прихватки. Потом освобождают собранную балку от хомутов и подают на автоматическую сварку под флюсом поясных швов. Наилучший провар поясных швов получается при автоматической сварке «в лодочку».

При сварке поясных швов двумя автоматами «в угол» при горизонтальном положении вертикальной стенки, производительность сварочных работ возрастает, причем искривление продольной оси балки будет небольшое, так как горизонтальный прогиб, вызванный наложением первой пары швов, будет почти ликвидирован обратным прогибом от сварки второй пары. При сварке двумя автоматами в угол при вертикальном положении стенки остаточный прогиб будет заметный по вогнутости балки в сторону пояса, на котором выполнялась первая пара швов. После сварки поясных швов размечают и выставляют поперечные ребра жесткости и приваривают их вручную или полуавтоматами. Приварку ребер следует вести от середины балки к ее концам, попеременно с обеих сторон.

Если поясные швы собираемой балки будут выполняться вручную, то описанный порядок сборки балки следует изменить. В этом случае после установки вертикальной стенки на нижний пояс ставят ребра жесткости, прихватывают их, а потом устанавливают верхний пояс и зажимают собранную балку хомутами. Дальше собранная балка идет на ручную или полуавтоматическую сварку поясных швов и приварку ребер жесткости. При горизонтальном положении стенки сварку ведут от середины балки к ее концам. При серийном и массовом производстве сборку балок производят в кондукторах, конструкции которых позволяют значительно уменьшить трудоемкость рабочих операций по укладке и закреплению поясов и стенки балок в требуемом положении.

Для повышения механизации трудоемких сборочно-сварочных операций и увеличения производительности применяют для изготовления балок специализированные кондукторы-кантователи. Сборка в специализированных кодукторах-кантователях не требует постановки прихваток, так как собранные элементы надежно удерживаются в требуемом положении быстродействующими фиксирующими и закрепляющими устройствами. В настоящее время строят механизированные поточные линии для массового изготовления сварных двутавровых балок с предварительным растяжением вертикальной стенки во избежание ее выпучивания от действия остаточных напряжений сжатия.

В общих чертах механизированное поточное производство сварных балок осуществляется примерно в такой последовательности.

• 1. Стенка балки укладывается в горизонтальном положении на сборочный стенд, концы ее закрепляются в захватах механизма растяжения и стенка растягивается до заданного упругого удлинения.
• 2. К растянутой стенке приставляются с боков и прижимаются пояса балки.
• 3. Производится односторонняя прихватка растянутой стенки к обоим поясам балки двумя автоматами сплошными малокалиберными швами.
• 4. Стенка освобождается от действия механизма растяжения, и собранную балку убирают по рольгангам со сборочного стенда.
• 5. Собранная балка кантуется на 180° и рольгангами подается на сварочный участок, на котором завариваются поясные швы либо по одному в лодочку, либо двумя автоматами завариваются в угол с каждой стороны стенки.

балка крепление стык прокатный

6. Сваренная балка поступает на стенд правки грибовидности поясов, потом на остальные производственные операции.

Особенно ответственной является сварка монтажных стыков балок. Поясные швы оставляют незаваренными на длине 1,5 а в каждую сторону от стыка, где а – ширина пояса. Сварку монтажного стыка рекомендуется делать в такой последовательности. Сначала сваривают стык вертикальной стенки, затем сваривают стык пояса, который при работе балки будет растянутым, и, наконец, заваривают стык пояса, который будет работать на сжатие. После сварки стыков доваривают поясные швы на незаваренных участках. Сварку монтажных стыков следует выполнять электродами самого высокого качества.

1. Расчет на прочность двутавровой балки

Длинна балки: L=2,1м

Плотность стали: с=7800кг/м 2

Интенсивность равномерно распределенной нагрузки: q=50кН/м

Масса одного метра двутавра: m=78кг/м

Рисунок 2. Расчетная схема двутавровой балки.

1. Определяем силу тяжести двутавровой балки.

2. Определяем равнодействующую равномерно распределенные нагрузки.

Q ‘ =Lg=2,1501000=105000 H

• 3. Определяем опорные реакции.
• а) Составим уравнение равновесия балки относительно опоры А.

б) Составим уравнение равновесия относительно опоры В.

=R_{A –} G – Q ‘ +R_B = 53325-1649-105000+53325=0

• 4. Определяем поперечные силы на участках 1 и 2.
• 1 участок.

Q_C = R_A – q = 53325 – 50 = 825 H

Q_C = – R_B + q = – 53325 + 50 = – 825 H

С учетом веса самой балки

Q_C = 825 – = 706,5 – = 0

• 5. Определяем изгибающие моменты по участкам.
• 1 участок.

M_uА = R_A – q – = L – – = 2,1 – – = 55428,2

6. Опасное сечение двутавровой балки – это её центр А точка С.

7. Определяем момент сопротивления в опасном сечении балки. Для балки выполненной из стали ст3 допускаемое напряжение = 160 МПа.

Из справочных таблиц выбираем двутавр № 10 площадь сечения 12 см 3

H = 100 мм b = 56 мм

Рисунок 3. Тип сечения балки: прокатный двутавр с уклоном внутренних граней полок.

Рисунок 4. Тип балки: Сплошная.

2. Понятие об устойчивости стальных балок. Конструкция ребер жесткости

Явление при котором балка теряет устойчивость и изменяет форму при изгибе называется потерей общей устойчивости балки. В этом положении происходит кручение балки, отклонение поясов в плане. При общей потери устойчивости в балке возникает сложное напряженное состояние связанное с появлением изгиба вертикальной плоскости, горизонтальной плоскости и кручении во круг продольной оси балки.

Расчет на общую устойчивость балки двутаврового сечения изгибаемых в плоскости стенке производят по формуле.

где W_c – это момент сопряжения сжатого пояса балки.

_{b –} коэффициент общей устойчивости балки.

М – момент в опасном сечении балки.

R_{y –} напряжение в балке относительно оси y.

Коэффициент сезонной работы.

Потеря общей устойчивости при изгибе в плоскости стенки зависит от отношения расчетной длены балки _ef к ширине балки b_f. Приближенно можно считать что при отношении 13 балку на общую устойчивость в том случае когда нагрузка на неё передаётся через железобетонные стены или профильный настил прикрепленный сваркой или болтами к сжатому поясу балки. На ряду с общей потерей устойчивости в балках может произойти местная потеря устойчивости стенки от касательных напряжений (преимущественно в близи опор) устойчивость стенки и пояса от нормальных напряжений и от одновременно действующих параллельно касательных напряжений, а так же потеря устойчивости сжатого пояса балки и действием нормальных напряжений.

В первом приближении расстояние между поперечными составными ребрами жесткости в зависимости от гибкости стенки можно принимать.

где 5°_{w –} это условная гибкость стенки которая определяется по формуле.

Ширина выступающей части поперечного ребра при наличии парных симметричных ребер принимают + 50, при этом толщина ребра должна быть не менее 2b_h односторонние поперечные рёбра жёсткости могут быть выполнены из одинаковых уголков приваренных к стенке балки.

Балочные двутавры стандартных размеров производят в промышленных объемах, по индивидуальным чертежам изготавливают небольшие партии. Сварная балка состоит из трех элементов: двух стенок и промежуточного пояса. Она изготавливается из марочного листового проката, используется в высокопрочных металлоконструкциях. При небольших металлозатратах получаются надежные конструкции, выдерживающие разнонаправленные нагрузки за счет ребер жесткости.

Область применения

Быстровозводимые здания и сооружения создают с опорными и несущими металлическими каркасами, из них делают перекрытия, фермы. При использовании сварных двутавровых балок снижается вес строений, для них не нужен мощный фундамент.

Сварной двутавр характеризуется высокой прочностью, долговечностью, не подвержен усталостным разрушениям. Он применяется в тяжелом машиностроении, из него делают элементы, испытывающие большое давление, работающие на разрыв.

В отличие от двутавровых катанок, сварные не ограничены в размерах. Сваркой полос получают балки любого сечения и длины. Архитекторы не ограничены в полете фантазии.

В процессе изготовления двутавровых профилей образуется мало отходов. Их можно делать с полками и стенками из разных марок стали: в местах минимальных напряжений используют углеродистую сталь или перфорированные стальные листы, нагруженные части делают из легированного проката.

Виды металлических сварных балок

Налажено непрерывное производство двутавров различного назначения. По стандарту выделяют несколько видов балок двутаврового сечения:

• с небольшой длиной полок по отношению к перегородке, они применяются для подвесных путей, перекрытий, укрепления шахтных выработок;
• с пропорциональным размером перегородки и полок, они применяются при возведении опорных каркасов, армирования декоративных колонн.

По точности изготовления бывают двутавровые профили двух видов: обычные и высокоточные.

Технология производства сварных балок двутаврового сечения

Мелкие партии делают с применением электродуговой или аргоновой сварки в зависимости от марки металла, его способности свариваться.

Для изготовления сварных балок промышленным способом применяются специальные сварочные линии. Для защиты ванны расплава от окисления применяют флюсы.

Сварка балки в автоматическом режиме схожа с ручным изготовлением двутавра. Основные технологические этапы:

1. раскрой листового проката на полосы необходимой ширины на терморезке с программным управлением, средняя скорость раскроя 1 м/мин.
2. фрезерование торцов на торцефрезерных станках сокращает зазор стыка между стеной и полкой, улучшает качество сварки;
3. процесс сборки двутавра осуществляется с большой скоростью на специальном станке, ленты металла фиксируют прижимные приспособления с гидравлическими усилителями; сначала делается т-образный стык, затем присоединяется вторая стенка; такую конструкцию удобно сваривать;
4. сварные работы проводятся на автоматах портального типа двух видов: а) наклоненными электродами неглубоко проваривают сразу два шва; б) шов в «лодочку» создается поэтапно: сначала с одной стороны двутавровой перегородки, затем с другой; металл проваривается на большую глубину;
5. завершающий этап – правка двутавровой балки на специальных роликах, устраняются небольшие перекосы, возникшие во время сборки и сварки профиля.

Производительность комплексных линий высокая, швы получаются прочные, процент брака невысокий.

Возможные дефекты

Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

• нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
• прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве;
• подрезы – канавки вдоль границы соединения;
• трещины, образующие в местах разрыва шва;
• шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

Сварка двутавровых балок между собой

Монтаж балочных металлоконструкций предусматривает соединение двутавров встык или под углом. Для усиления соединений используют металлические накладки – прямоугольники, вырезанные из листового проката.

Сварка балок встык проводится после обработки торцов. На них делают угловые скосы, чтобы шов хорошо проварился. Дополнительно на каждую из сторон стенок и обе полки обязательно крепят накладки, их приваривают для укрепления и защиты соединительного шва. При таком соединении несущая конструкция из двутавровых балок после сварки не снижается.

Под углом двутавры соединяют так, чтобы второстепенный опирался на главный. В верхней полке главного вырезают равнобедренный треугольник с вершиной в 90°. Его место займет аналогичная вставка второстепенного двутавра, срезы должны плотно прилегать друг к другу. Нижняя полка срезается на ½ ширины так, чтобы срез упирался в полку главной двутавровой балки. Сварка проводится заподлицо. Усиливается соединение нижней накладкой.

Второстепенный швеллер приваривается к опорному двутавру под углом 90°. Сначала стыкуют верхнюю полку швеллера с балочной полкой, срезая их под углом 45°. Нижние полки соединяются так, чтобы швеллер упирался в стенку двутавровой балки, лишнее срезается. Затем наваривается нижняя укрепляющая накладка.

В горизонтальном положении сварку проводить легче. Продольная ось искривляется минимально. При вертикальной сварке возможен прогиб поперечин, поэтому проводят разметку всех ребер жесткости.

Накладки для сварки двутавра выкраиваются в форме ромба, размещаются симметрично продольной оси. Обвариваются косыми швами по всему периметру. Накладки концентрируют напряжение у швов, компенсируя изменившуюся после сварки форму сечения.

Двутавровые балки рассчитывают на большую нагрузку. При работе с ними необходимо придерживаться разработанной технологии. Она учитывает распределение усилий по направляющим. Качественно выполненные сопряжения – залог долгой эксплуатации металлоконструкций.

Как сделать деревянные двутавровые балки перекрытия своими руками

12.03.2019

5986

Время чтения: 5 минут

Подобные опорные элементы широко используются в строительной области, в особенности при обустройстве разных перекрытий. В продаже существует ряд альтернатив двутавровых балок, в изготовлении которых применяется «чистая» древесина и материалы на её основе. Средняя стоимость – 500 руб/п.м. – достаточно приемлемая для многих индивидуальных застройщиков.

Но есть несколько задач, которые наводят на мысль – а не легче ли сделать древесный профиль собственными руками? Во-первых, не возникнет проблемы с его перевозкой, во-вторых, с подгонкой по месту монтажа. Ведь придется ограничиваться только тем, что дает рынок.

Как осуществить самостоятельное «производство» деревянных двутавровых балок, что учесть – тема предлагаемой статьи.

Объяснять читателю отдельные аспекты производства балок двутавровых бессмысленно. К примеру, как сделать собственными руками пазы для установки стоек. У любого хозяина собственный инструмент (цепная пила, фрезы либо иное) и методика. 

Но ряд замечаний общего плана лишними не станут:

На нашем сайте Вы можете ознакомиться с различными технологиями строительства:

— I-STRONG
— Дома из СИП панелей
— Каменные дома

• Даже для перекрытий один и тот же двутавр использовать не стоит. Следует сделать точный расчет нагрузок. Древесные балки обладают небольшой массой, но вот какой они сами готовы выдержать? По этой причине в случае если монтаж и проводится собственными руками, то определение оптимальных характеристик двутавровой опоры правильнее поручить специалисту.

• Перед началом «конструирования» все образцы из древесины необходимо высушить. Ещё неизвестно, в каком месте и при каких обстоятельствах использованный материал хранился до этого, как был приобретен. Нарушение данной рекомендации может послужить причиной к тому, что установленная двутавровая опора через определенное время деформируется.

Выбор материала

Понятие древесина – общее. Что непосредственно рационально применять при производстве собственными руками двутавровых балок?

Брус

Практика показывает, что правильнее, если он будет клееный. Подобные заготовки менее всего подвергаются деформации. Если прочесть разнообразные описания готовой продукции, то почти все без исключения изготовители заверяют потенциального покупателя, что их строй/материал (наравне с другими плюсами) не впитывает жидкость, следовательно, не разбухает и не гниет.

Практика малоэтажного строительства показывает, что наиболее применяемые типоразмеры двутавровых балок следующие:

Стойка

Основных вариантов два – из многослойной фанеры или ОСВ. Хотя в продаже встречаются двутавровые балки и иных исполнений, для производства собственными мощностями правильнее ориентироваться на эти материалы. Предпочтительнее ОСВ, так как они гарантируют значительную надежность и долговечность конструкции благодаря особому структурному составу и технологии изготовления.

Клей

Как правило, на это мало кто акцентирует внимание. Хотя все клеи отличаются друг от друга, в том числе, и токсичностью. Вот это и необходимо учитывать. При выборе средства необходимо ознакомиться с его составом, особенно если подразумевается монтаж перекрытий из двутавровых балок в жилом строении. Рекомендация элементарная – чем меньше «химии», тем правильнее.

Особенности производства двутавровой деревянной балки 

1. После подготовки брусьев в них делаются выпилы с целью последующей установки стойки. Она должна располагаться строго в вертикальном положении, поэтому особое внимание – точности разметки (ведется от продольной оси заготовок).
2. Каждая плита перед применением основательно осматривается. Незначительный недостаток (а он отразится на несущей способности двутавровой балки) – причина для отбраковки. Кромки отобранных плит немного скашиваются, чтобы образцы лучше входили в пазы.
3. Выпилы в брусьях промазываются клеящим составом; в нижний вставляется стойка, после чего накладывается верхний и прижимается.
4. Сборка оставляется в таком состоянии до абсолютного просыхания клея. Это время указывается в инструкции по использованию состава.

Качественную стыковку всех элементов двутавровой балки можно гарантировать отрезками швеллера аналогичной длины. Они накладываются на бруски и стягиваются импровизированными хомутами (веревка, ремни с карабинами и тому подобное), вплоть до абсолютного отвердевания клея.

И только лишь после этого древесную балку-двутавр можно применять для обустройства перекрытия.

Процесс производства опор из древесины, как и выбор материалов, особых сложностей не предполагает. Работа, сделанная собственными руками, экономит и время, и средства. Однако это целесообразно только в том случае, если расчеты нагрузок проведены на профессиональном уровне. В случае если нет полной уверенности, что это удастся совершить самостоятельно, подвергать себя риску не нужно. Перекрытие – ответственная часть любой конструкции, и никакая экономия не может быть оправданием нарушению проектных характеристик.

Назначение

Двутавровая балка получила свое название за счет уникальной конструкции. Вид, имеющий Т-образную конфигурацию, называется тавром. Поскольку сечение рассматриваемой конструкции похоже на 2 буквы Т, она приобрела название двутавровой. Её сечение можно сравнить и с буквой Н. Подобные двутавры обладают увеличенной прочностью. При сравнении с обычным профилем можно понять, насколько двутавровые балки оказываются более надежными. Они обладают прочностью, в 7 раз большей обычного профиля. При этом их прочность выше в 30 раз.

Благодаря большому количеству положительных характеристик материал достаточно широко используется в области строительства. Он особенно популярен при создании конструкций каркасного типа. Помимо изделий из металла, при создании различных конструкций могут использоваться и двутавры из бревна.

Даже под большой нагрузкой эти пиломатериалы не будут прогибаться. Они не станут изменять форму, что считается значимым превосходством при возведении разных систем. В ходе постройки частного здания древесные двутавры укладывают для монтажа перекрытий. Их стоимость не очень высокая, по этой причине такие элементы пользуются популярностью среди частных застройщиков. Главное – грамотно подготовить элементы конструкции. Это даст возможность сделать ее долговечной и надежной.

Двутавры отличаются по конструкции. Они могут быть стандартными и с широкой полкой. Первые имеют полку 64х39 мм. Вторые — 89х39 мм.

Самыми прочными из представленных считаются двутавры, серии L (клееный шпон). В их изготовлении используется LVL-брус. Благодаря LVL-брусу можно выполнить элементы до 12 метров в длину. При этом это не отражается на стоимость.

В независимости от того, какой материал применялся для изготовления балок, они характеризуются достаточно высоким уровнем жесткости и прочности. По этой причине конкурентов у подобных изделий достаточно мало. Помимо этого, такие элементы отличаются легкостью. Его транспортировка не составляет сложностей. Балки стоят относительно недорого, что привлекает большинство потребителей. Работы с материалом проводятся весьма просто.

Простые соединения — SteelConstruction.info

В этой статье рассматриваются номинально штифтовые соединения (простые соединения), которые используются в многоэтажных скрепленных каркасах в Великобритании. Эта форма скрепленной конструкции с номинально штифтовыми соединениями называется «простой конструкцией».

В статье перечислены типы простых подключений, которые наиболее часто используются в Великобритании. В нем представлены процедуры их проектирования в соответствии с Еврокодом 3 и обсуждаются относительные достоинства типов концевых соединений балок.Обсуждаются преимущества стандартизации соединений для соединений балка-балка и балка-колонна с использованием ребристых пластин и гибких соединений концевых пластин.

Соединения колонн, основания колонн и соединения распорок также обсуждаются вместе с кратким упоминанием специальных соединений.

Детали соединений стандартной пластины оребрения

[вверх] Типы простых соединений

Простые соединения — это номинально штыревые соединения, которые, как предполагается, передают только торцевой сдвиг и имеют незначительное сопротивление вращению.Поэтому не переносите значительные моменты в предельное состояние. Это определение лежит в основе конструкции многоэтажных скрепленных рам в Великобритании, спроектированных как «простая конструкция», в которой балки спроектированы как легко поддерживаемые, а колонны рассчитаны на осевую нагрузку и малые моменты, вызванные концевыми реакциями со стороны балки. Стабильность каркаса обеспечивается связями или бетонным стержнем.

Простые подключения

В Великобритании используются две основные формы простого подключения (как показано справа):

Обычно встречающиеся простые соединения включают:

Простые соединения также могут потребоваться для косых стыков, балок, эксцентричных по отношению к колоннам, и соединения со стенками колонн.Они классифицируются как специальные соединения и рассматриваются отдельно.

[вверх] Процедуры проектирования

Конструкция простых соединений основана на стандарте BS EN 1993-1-8 ^[1] и сопровождающем его Национальном приложении ^[2] . Емкости компонентов подключения основаны на правилах, приведенных в п. 3.6. Расстояние между крепежными элементами соответствует разделу 3.5 и рекомендациям, представленным в «Зеленой книге» (SCI P358).

Публикация ECCS No.126 ^[3] также предоставляет полезные рекомендации по проектированию простых соединений в соответствии с Еврокодом 3.

[вверх] Совместное рассмотрение

[вверху] Совместная классификация

Согласно BS EN 1993-1-8 ^[1] , шарниры с номинальным штифтом:

• Должен быть способен передавать внутренние силы, не создавая значительных моментов, которые могут отрицательно повлиять на элементы или конструкцию в целом, и
• Быть способным воспринимать результирующие повороты при расчетных нагрузках

Кроме того, соединение должно:

• обеспечивают направляющее ограничение для элементов, которое было принято в конструкции стержня.
• обладают достаточной прочностью, чтобы удовлетворять требованиям структурной целостности (сопротивление связыванию).

BS EN 1993-1-8 ^[1] требует, чтобы все соединения были классифицированы; по жесткости, которая подходит для общего анализа упругости, или по прочности, что подходит для глобального анализа жесткой пластики, или по жесткости и прочности, что подходит для глобального анализа упруго-пластического материала.

Классификация по жесткости:

Начальная жесткость соединения при вращении, рассчитанная в соответствии с BS EN 1993-1-8 ^[1] , 6.3.1 сравнивается с границами классификации, приведенными в BS EN 1993-1-8 ^[1] , 5.2.2.

В качестве альтернативы, соединения могут быть классифицированы на основании экспериментальных данных, опыта предыдущей удовлетворительной работы в аналогичных случаях или расчетов, основанных на данных испытаний.

Классификация по прочности:

Следующие два требования должны быть удовлетворены, чтобы классифицировать соединение как номинально закрепленное на основе его прочности:

• Расчетное сопротивление моменту соединения не превышает 25% расчетного сопротивления моменту, необходимого для соединения полной прочности
• Соединение должно выдерживать повороты, возникающие в результате расчетных нагрузок.

В национальном приложении Великобритании к BS EN 1993-1-8 ^[2] говорится, что соединения, разработанные в соответствии с «Зеленой книгой» (SCI P358), могут быть классифицированы как соединения с номинальным штифтом.

Все стандартные соединения, указанные в «Зеленой книге» (SCI P358), могут быть классифицированы как номинально штыревые на основании требований к прочности и обширного опыта использования деталей на практике. Следует проявлять осторожность, прежде чем вносить изменения в стандартные детали, поскольку полученное соединение может не соответствовать положениям Национального приложения Великобритании ^[2] .Особенно:

• Возможность вращения деталей стандартной пластины оребрения была подтверждена испытанием; модифицированные детали не могут быть пластичными
• Толщина торцевых пластин на всю глубину была ограничена, чтобы обеспечить сопротивление моменту менее 25% от полной прочности соединения, и, таким образом, их можно классифицировать как номинально штифтовые.

[вверху] Структурная целостность

Строительные нормы Великобритании требуют, чтобы все здания проектировались таким образом, чтобы избежать непропорционального обрушения.Обычно это достигается за счет проектирования соединений в стальной раме (соединения балки с колонной и стыков колонны) с учетом сил связывания. Руководство по расчетным значениям связывающих усилий дано в BS EN 1991-1-7 ^[4] , приложение A, и в его национальном приложении для Великобритании ^[5] . Требования относятся к классу здания, с расчетным значением горизонтальной силы привязки, как правило, не менее 75 кН, а обычно значительно выше. Детали торцевой пластины на полную глубину были разработаны для обеспечения повышенного сопротивления связыванию по сравнению с деталями на торцевой пластине частичной глубины.Более подробная информация о структурной устойчивости представлена ​​в SCI P391.

[вверху] Выбор типа подключения

Выбор торцевых соединений балки часто бывает весьма сложным. Относительные достоинства трех типов соединений (концевые пластины с частичной глубиной, концевые пластины с полной глубиной и пластины с ребрами) суммированы в таблице ниже. Выбор балок и соединений, как правило, является обязанностью подрядчика по изготовлению металлоконструкций, который выбирает тип соединения в соответствии с рабочей нагрузкой, экономичностью и временной стабильностью во время монтажа.

Относительные достоинства типов торцевых соединений балок

	Концевая пластина частичной глубины	Концевая пластина на всю глубину	Ребристая пластина
Конструкция
Сопротивление сдвигу — процент сопротивления балки	до 75%	100%	До 50% До 75% с двумя вертикальными рядами болтов
Сопротивление связыванию	Ярмарка	Хорошо	Хорошо
Особые особенности
Перекос	Ярмарка	Ярмарка	Хорошо
Балки, эксцентричные относительно колонн	Ярмарка	Ярмарка	Хорошо
Присоединение к стенкам колонны	Хорошо	Хорошо	Fair Для облегчения монтажа может потребоваться снятие изоляции с фланца.Для длинных пластин с оребрением может потребоваться повышение жесткости
Изготовление и обработка
Производство	Хорошо	Хорошо	Хорошее Для длинных ребристых пластин может потребоваться усиление
Обработка поверхности	Хорошо	Хорошо	Хорошо
Монтаж
Простота монтажа	Удовлетворительно Требуется уход за двусторонними соединениями	Удовлетворительно Требуется уход за двусторонними соединениями	Хорошо
Корректировка площадки	Ярмарка	Ярмарка	Ярмарка
Временная устойчивость	Ярмарка	Хорошо	Ярмарка

[вверх] Композитные полы

Известно, что взаимодействие с композитным полом влияет на поведение простого соединения.Обычной практикой является проектирование таких соединений без использования преимуществ непрерывности арматуры через бетонную плиту. Однако SCI P213 позволяет учесть непрерывность арматуры, обеспечивая относительно простые соединения торцевой пластины на всю глубину со значительным моментным сопротивлением. В скрепленной раме это сопротивление можно использовать для уменьшения момента и прогиба в середине пролета, облегчая выбор балки меньшего размера.

[наверх] Стоимость

Простые соединения неизменно дешевле в изготовлении, чем соединения с моментным сопротивлением, поскольку они требуют гораздо меньших затрат на изготовление, особенно при сварке.

Дать конкретное руководство по затратам сложно, поскольку показатели качества изготовления у подрядчика по металлоконструкциям могут значительно различаться и зависеть от уровня инвестиций в оборудование и оборудование. Однако главная цель — минимизировать объем работы. Стоимость материалов для фитингов и болтов невелика по сравнению с затратами на изготовление, в которых преобладает сварка. В типичном производственном цехе стоимость изготовления соединений может составлять от 30% до 50% от общей стоимости изготовления.

Стандартизированные соединения эффективны при их производстве. Подрядчики по производству металлоконструкций оборудуют свои мастерские специализированным оборудованием, которое увеличивает скорость изготовления, позволяя им производить фитинги и готовить элементы намного быстрее, чем если бы конфигурация соединений каждый раз была различной.

Стандартизированные детали означают, что стальные конструкции легко монтировать, что обеспечивает более безопасную рабочую среду для монтажников.

Из-за характера большинства болтовых соединений, соединения являются съемными в конце срока службы конструкции.Металлоконструкции можно демонтировать, повторно использовать или переработать, что снижает воздействие строительства на окружающую среду.

[вверх] Стандартные соединения

[вверх] Преимущества стандартизации

В типичной многоэтажной раме со связями на соединения может приходиться менее 5% веса рамы и 30% или более общей стоимости. Таким образом, эффективные соединения потребуют минимальных трудозатрат на детализацию, изготовление и монтаж.

Рекомендуемые компоненты

Деталь	Предпочтительный вариант	Банкноты
Фитинги	Материал марки С275	Рекомендуемые размеры концевых и оребренных пластин — см. Таблицу ниже
Болты	М20 8.8 болтов с полной резьбой	Для некоторых сильно нагруженных соединений могут потребоваться болты большего диаметра Фундаментные болты могут быть M20, M24, M30, 8,8 или 4,6
Отверстия	Обычно диаметром 22 мм, с перфорацией или отверстием	Диаметр 26 мм для болтов M24 Увеличенный размер 6 мм для фундаментных болтов
Сварные швы	Угловые швы обычно длиной 6 мм или 8 мм	Для некоторых оснований колонн могут потребоваться сварные швы большего размера

Рекомендуемые размеры концевых и ребристых пластин

Фитинги		Расположение
Размер (мм)	Толщина (мм)	Торцевая пластина	Ребристая пластина
100	10		•
120	10		•
150	10	•	•
160	10		•
180	10	•	•
200	12	•

[вверху] Соединения балка-балка и балка-колонна

Приведенные ниже процедуры проектирования подходят как для ручного расчета, так и для подготовки компьютерного программного обеспечения.

Проектирование соединений вручную может быть трудоемким процессом, поэтому полный набор таблиц сопротивлений был включен в «Зеленую книгу» (SCI P358).

Проверка прочности шарнирного соединения с номинальным штифтом включает три этапа:

1. Обеспечение того, чтобы соединение было детализировано таким образом, чтобы оно создавало только номинальные моменты, которые не оказывали отрицательного воздействия на элементы или само соединение. Соединение должно быть детализировано так, чтобы вести себя пластично.
2. Определение пути нагрузки через соединение i.е. от луча к опорному элементу.
3. Проверка сопротивления каждого компонента.

Для нормального проектирования существует десять процедур проверки всех частей соединения балки с балкой или балки с колонной на вертикальный сдвиг.

Необходимо еще шесть проверок для проверки сопротивления стыковке. Соединения балки с колонной должны иметь возможность противостоять боковым силам привязки, если этим силам не противодействуют другие средства внутри конструкции, такие как плиты перекрытия.

В таблице ниже приведены процедуры проверки, необходимые для концевых пластин частичной глубины, концевых пластин полной глубины и пластин с оребрением. Процедуры проектирования полностью описаны в «Зеленой книге» (SCI P358).

Методика расчета балочных соединений — Сводная таблица

Проверки методики проектирования	Концевая пластина неполной глубины	Концевая пластина на всю глубину	Ребристая пластина
1 Рекомендуемая практика детализации	✔ ​​	✔ ​​	✔
2 Опорная балка	Сварные швы	Сварные швы	Группа болтов
3 Опорная балка	НЕТ	НЕТ	Ребристая пластина
4 Опорная балка	Паутина на сдвиг
5 Опорная балка	Сопротивление на выемке	НЕТ	Сопротивление на отметке
6 Опорная балка	Локальная устойчивость балки с надрезом	НЕТ	Локальная устойчивость балки с надрезом
7 Неограниченная опорная балка	Общая устойчивость балки с надрезом	НЕТ	Общая устойчивость балки с надрезом
8 Соединение	Группа болтов	Группа болтов	Сварные швы
9 Соединение	Торцевая пластина на ножнице	НЕТ	НЕТ
10 Опорная балка / колонна	Ножницы и подшипники
11 Сопротивление связыванию	Пластина и болты
12 Сопротивление связыванию	Поддерживаемая стенка балки
13 Сопротивление связыванию	Сварные швы
14 Сопротивление связыванию	Опорная стенка колонны (UKC или UKB)
15 Сопротивление связыванию	Несущая стена колонны (RHS или SHS)
16 Сопротивление связыванию	НЕТ	НЕТ	Стена опорная колонна (CHS)

Примечания: Проверки сопротивления изгибу, сдвигу, локальному и поперечному изгибу секции балки с надрезом включены в эту таблицу, поскольку обычно на этапе детализации устанавливаются требования к надрезам, после чего необходимо выполнить проверку уменьшенного сечения.

Соединение балка с балкой

Соединения балки с колонной

[вверху] Гибкие соединения концевой пластины

Концевая плита соединения балки с колонной и балки с балкой

Типичные соединения гибкой концевой пластины показаны на рисунке справа.Торцевая пластина, которая может быть частичной глубиной или полная глубина, приварена к балкам в мастерском. Луч затем крепится к опорной балки или колонны на месте.

Этот тип подключения является относительно недорогим, но имеет недостаток, заключающийся в том, что мало возможностей для настройки на месте. Габаритные длины балок должны изготавливаться в жестких пределах, хотя для компенсации допусков на изготовление и монтажных допусков можно использовать пакеты.

Торцевые пластины, вероятно, являются наиболее популярными из простых соединений балок, используемых в настоящее время в Великобритании.Их можно использовать с наклонными балками и выдерживать умеренные смещения в стыках балок с колоннами.

Сверло, пустотелые болты, глухие болты или другие специальные узлы используются для соединений с колоннами с полым сечением.

Детальные требования и проверки конструкции для соединений концевых пластин на частичную и полную глубину, которые применимы к соединениям балка с балкой, а также к соединениям балка с колонной, подробно описаны в «Зеленой книге» (SCI P358) . Сюда входят процедуры, рабочие примеры, детализация и таблицы проектных сопротивлений.

Также доступен инструмент для проектирования торцевой пластины.

Стандартные детали гибкой концевой пластины (концевые пластины полной и частичной глубины) показаны на рисунке ниже вместе с рекомендованными размерами и фитингами.

Стандартные соединения с гибкой концевой пластиной

Обычные болты и болты Flowdrill

Опорная балка	Рекомендуемый размер концевой пластины b p × t p	Калибр для болтов p 3
До 533 UB	150 × 10	90
533 UB и выше	200 × 12	140
Болты: M20 в отверстиях диаметром 22 мм Концевая пластина: Сталь С275, минимальная длина 0.6 ч b1, где ч б1 является глубина поддерживаемого луча Шаг по вертикали: p 1 = 70 мм Конечное расстояние: e 1 = 40 мм Расстояние от края: e 2 = 30 мм

Hollo-Bolts

Опорная балка	Рекомендуемый размер концевой пластины b p × t p	Калибр для болтов p 3
До 533 UB	180 × 10	90
533 UB и выше	200 × 12	110
Торцевая пластина: Сталь С275, минимальная длина 0.6 ч b1, где ч б1 является глубина поддерживаемого луча Шаг по вертикали: p 1 = 80 мм Конечное расстояние: e 1 = 45 мм Расстояние от края: e 2 = 45 мм

[вверху] Ребристые пластины

Соединения между балкой и колонной и балкой с балкой

Соединения с ребристыми пластинами экономичны в изготовлении и просты в установке.Эти соединения популярны, поскольку они могут быть самыми быстрыми соединениями для установки и преодоления проблемы общих болтов в двусторонних соединениях.

соединительной пластины плавника состоит из длины пластины сваренной в мастерской к опорному элементу, к которому поддерживается веб луч болтового на месте, как показано на рисунке, приведенном ниже. Существует небольшой зазор между концом балки и опорной колонной.

Соединения оребрения

При проектировании соединения ребристой пластины важно определить соответствующую линию действия для сдвига.Есть две возможности: либо сдвиг действует на торце колонны, либо он действует вдоль центра группы болтов, соединяющей пластину оребрения с стенкой балки. По этой причине оба критических сечения должны быть проверены на наличие минимального момента, принимаемого как произведение вертикального сдвига и расстояния между лицевой стороной колонны (или стенки балки) и центром группы болтов. Затем оба критических сечения проверяются на результирующий момент в сочетании с вертикальным сдвигом. Из-за неопределенности момента, приложенного к пластине оребрения, сварные швы пластины с оребрением рассчитаны на полную прочность.

Соединения пластин с ребрами получают свою способность вращения в плоскости за счет деформации болта при сдвиге, деформации отверстий под болты в подшипнике и изгиба пластины с ребрами вне плоскости. Обратите внимание, что пластины оребрения с длинными выступами имеют тенденцию к скручиванию и выходу из строя из-за бокового продольного изгиба. Дополнительная проверка, учитывающая это поведение, включена в процедуры проектирования соединений пластин с оребрением.

«Зеленая книга» (SCI P358) охватывает подробные требования, проверки конструкции и процедуры, применимые к конструкции пластин оребрения.Рабочие примеры и таблицы расчетных сопротивлений также приведены в этой публикации.

Также доступен инструмент для проектирования пластин с ребрами.

Детали соединений стандартной пластины оребрения

Детали соединения стандартной пластины оребрения

Поддерживаемые луча номинальная глубина (мм)	Вертикальные линии крепления болтов n 2	Рекомендуемый размер пластины оребрения (мм)	Расстояние между болтами по горизонтали, e 2 / e 2 или e 2 / p 2 / e 2 (мм)	Зазор, г h (мм)
≤610	1	100 × 10	50/50	10
> 610 *	1	120 × 10	60/60	20
≤610	2	160 × 10	50/60/50	10
> 610 *	2	180 × 10	60/60/60	20
Болты: M20 8.8 отверстий диаметром 22 мм Пластина: S275 сталь, минимальная длина 0,6 ч b1, где ч б1 является глубина поддерживаемого луча Сварной шов: Два скругления 8 мм для листов толщиной 10 мм
* Для балок с номинальной глубиной более 610 мм отношение пролета к глубине балки не должно превышать 20, а расстояние по вертикали между крайними болтами не должно превышать 530 мм

Растущий интерес к использованию S355 для пластин оребрения вызвал вопросы о жесткости таких пластин. соединения — они еще номинально закреплены? Чтобы ответить на этот вопрос, BCSA и Steel for Life поручили SCI провести исследование, сравнивающее поведение соединений ребристых пластин с ребристыми пластинами S275 и S355.В исследовании сделан вывод, что до тех пор, пока соблюдается стандартизированная геометрия соединений, представленная в Зеленой книге, пластины с ребрами 10 мм в S355 классифицируются как номинально штифтовые соединения и могут использоваться в качестве альтернативы пластинам S275. Дополнительную информацию можно найти в статье в майском номере журнала NSC за 2018 год.

[вверху] Соединители колонн

Соединения

Соединения колонн в многоэтажной конструкции необходимы для обеспечения прочности и непрерывности жесткости по обеим осям колонн.Типичные соединения колонн с болтовым соединением, используемые для прокатных элементов двутаврового и полого сечения, показаны на рисунке справа.

Соединения обычно устанавливаются через каждые два или три этажа и обычно располагаются примерно на 600 мм над уровнем пола. Это обеспечивает удобную длину для изготовления, транспортировки и монтажа, а также обеспечивает легкий доступ с соседнего этажа для крепления на месте. Обеспечение стыков на каждом уровне этажа редко бывает экономичным, поскольку экономия материала колонны, как правило, намного перевешивается затратами на материал, изготовление и монтаж, обеспечивающими стыковку.

[вверху] Соединители накладки на болтах для двутавровых секций:

Для этого типа подключения есть две категории:

• тип подшипника
• без подшипников.

В стыковочном узле подшипника типа (см. Рисунок ниже) нагрузки передаются в прямом подшипнике от верхнего вала либо напрямую, либо через разделительную пластину. Соединение «несущего типа» — это более простое соединение, обычно имеющее меньше болтов, чем соединение без подшипника, и поэтому оно наиболее часто используется на практике.

При отсутствии сетевого натяжения можно использовать стандартное соединение, однако BS EN 1993-1-8 ^[1] требует, чтобы стыковые пластины и болты передавали не менее 25% максимальной сжимающей силы в колонка.

Для соединений подшипникового типа решающим фактором при проверке может быть сопротивление вязанию.

Стыки опорных стоек для двутавровых прокатных профилей

Соединения

, относящиеся к категории без подшипников типа (см. Рисунок ниже), передают нагрузки через болты и стыковые пластины.Любой прямой подшипник между элементами игнорируется, соединение иногда детализируется физическим зазором между двумя валами. Конструкция неплодоносящего сращивания более вовлечена, так как все силы и моменты должны быть переданы через болты и сплайс пластины. Для соединений ненесущего типа минимальные требования в BS EN 1993-1-8 ^[1] очень обременительны, поскольку основаны на грузоподъемности элемента, а не на приложенной силе.

Поскольку стыки обычно выполняются чуть выше уровня пола, момент из-за действия стойки считается незначительным.Однако следует учитывать моменты, возникающие в стыках, размещенных в других местах.

Соединители колонн ненесущие для двутавровых прокатных профилей

Стыки колонн должны удерживать соединенные элементы на одной линии, и, где это возможно, элементы должны быть расположены так, чтобы центральная ось материала стыка совпадала с центральной осью секций колонны над и под стыком.Если секции колонны смещены (например, для поддержания постоянной внешней линии), момент, связанный с эксцентриситетом, должен быть учтен в конструкции соединения.

Проверки конструкции, необходимые для соединений болтов на крышках колонн, а также процедуры, рабочие примеры, подробные требования и таблицы расчетных сопротивлений доступны в главе 6 «Зеленой книги» (SCI P358).

[вверху] Болтовые соединения «крышка и основание» или «торцевая пластина» для трубчатых и катаных двутавровых профилей

Соединение «крышка и основание» или «торцевая пластина»

Этот тип стыка, состоящий из пластин, которые привариваются к концам нижней и верхней колонн, а затем просто скрепляются болтами на месте, обычно используется в трубчатых конструкциях, но также может использоваться для открытых секций.

Самая простая форма соединения показана на рисунке справа и является удовлетворительной, если концы каждого вала подготовлены таким же образом, как и для стыков подшипникового типа. Следует учитывать возможность реверсирования нагрузки в дополнение к требованиям устойчивости во время монтажа и привязки.

Несмотря на то, что они широко используются, трудно продемонстрировать, что соединения крышки и основания соответствуют требованиям BS EN 1993-1-8 ^[1] , пункт 6.2.7.1 (14). Если используются эти типы стыков, обычной практикой является обеспечение того, чтобы пластины были толстыми, а болты располагались близко к фланцам, чтобы увеличить жесткость соединения.Могут использоваться удлиненные пластины с болтами за пределами профиля секции. Если стыки крышка и основание пластины расположены вдали от точки пресечения, особое внимание должно быть уделено обеспечению адекватной жесткости, так что дизайн элемент не признан недействительным.

Соединения колонн «крышка и основание» или «торцевая пластина» рассматриваются в главе 6 «Зеленой книги» (SCI P358). Приведены подробные требования, процедуры проектирования, рабочие примеры и таблицы проектных сопротивлений.

[вверх] Основания колонн

Типовые основания колонн

Типовые основания колонн, как показано на рисунке справа, состоят из одной угловой пластины, приваренной к концу колонны и прикрепленной к фундаменту с помощью четырех прижимных болтов.Болты залиты в бетонное основание в установочных трубках или конусах и снабжены анкерными пластинами для предотвращения выдергивания. В пространство под плитой заливается высокопрочный раствор (см. Рисунок ниже).

Такие основания колонн часто подвергаются только осевому сжатию и сдвигу. Однако подъем и горизонтальный сдвиг могут быть расчетным случаем для оснований колонн в подкрепленных отсеках.

Болты крепления основания колонны

Соединение с основанием колонны

Пример срезной втулки

Простая прямоугольная или квадратная опорная плита почти повсеместно используется для колонн простой конструкции.Опорная плита должна быть достаточного размера и прочности, чтобы передавать осевое сжимающее усилие от колонны к фундаменту через материал подстилки, не превышая местного несущего сопротивления фундамента.

базовой инструмент пластины дизайн доступен.

Основания колонн обычно предназначены для передачи усилия от колонны на опорную плиту при прямом опоре. Прижимные системы предназначены для стабилизации колонны во время строительства и противодействия любому поднятию в отсеках с раскосами.В некоторых случаях предполагается, что небольшой горизонтальный сдвиг также переносится прижимными болтами.

[вверху] Горизонтальный перенос сдвига

Способ передачи горизонтальных поперечных сил на фундамент недостаточно изучен. Некоторые проектировщики проверяют сопротивление прижимных болтов и обеспечивают их надлежащую заделку. Эта практика успешно применяется для оснований портальной рамы, которые несут значительный сдвиг.

Скрепленные отсеки могут иметь относительно высокие поперечные силы.Проектировщики могут выбрать, чтобы обеспечить сдвиг заглушки, приваренную к нижней плите основания, хотя выемка может осложнить отливки фундамента, и особое внимание должно быть уделено цементирующей операции. Методы проектирования, охватывающие этот тип деталей, приведены в «Зеленой книге» (SCI P398).

сдвига между концом колонны и опорной пластиной будет передаваться между сварными швами колонной и опорной плитой. Сварные швы могут быть нанесены только на стенку или вокруг частей профиля — обычно оказывается, что сопротивление сварного шва более чем адекватно для умеренных сил сдвига.

[вверху] Соединения жесткости

Типовое соединение распорок с косынкой

Элементы распорки включают в себя плоские части, уголки, швеллеры, двутавровые и полые секции. Крепежные устройства могут включать в себя элементы жесткости, работающие только на растяжение или как на растяжение, так и на сжатие. В большинстве случаев элемент жесткости прикрепляется болтами к косынке, которая сама приваривается к балке, к колонне или, как правило, приваривается к балке и ее концевому соединению, как показано на рисунке справа.

Системы жесткости обычно анализируются исходя из предположения, что все силы пересекаются по осевым линиям стержня. Однако реализация этого предположения в деталях соединения может привести к соединению с очень большой косынкой, особенно если распорка неглубокая или крутая. Часто удобнее расположить пересечения стержней, чтобы получилось более компактное соединение, и локально проверять влияние вводимых эксцентриситетов.

Соединения жесткости обычно выполняются с помощью болтов без предварительного натяга в отверстиях с зазором.По крайней мере теоретически это допускает некоторое движение в соединении, но на практике это игнорируется в ортодоксальной конструкции. В некоторых случаях движение при реверсе может оказаться неприемлемым — в этих обстоятельствах следует использовать предварительно загруженные соединения.

Общий процесс проектирования:

• Определите путь нагрузки через соединение
• Сделайте соединение таким образом, чтобы обеспечить реализацию проектного замысла элементов, например: балочные соединения остаются номинально закрепленными
• Учитывать влияние любого значительного эксцентриситета
• Проверьте компоненты в соединении.

Штифтовое соединение для трубчатого элемента связи

Правила проектирования для определения сопротивления косынки приведены в «Зеленой книге» (SCI P358).

Также доступен инструмент для проектирования косынок.

[вверх] Специальные соединения

Из соединений стальных конструкций для простой конструкции, показанных выше, обычно получается наиболее экономичный стальной каркас. Отказ от этих подключений неизбежно приведет к увеличению общей стоимости.Увеличение затрат на чертежи, изготовление и монтаж может составить более 100%, если нестандартные соединения образуют большинство используемых соединений.

Часто можно избежать необходимости в специальных соединениях, разумно подбирая размеры элементов. Конструкция с минимальным весом вряд ли окажется наиболее рентабельной. Поэтому хорошей экономической практикой является обеспечение возможности размещения стальных конструкций с осевыми линиями на установленных решетках. По возможности верхние полки балок должны быть на постоянном уровне, но это менее критично с точки зрения стоимости, чем эксцентриковые соединения.

При проектировании специальных соединений можно использовать модифицированную версию одного из стандартизованных соединений, указанных в Зеленой книге, при условии дополнительных проверок конструкции. Принципы проектирования и правила определения размеров компонентов, приведенные в Зеленой книге, должны быть включены в проект соединений в максимально возможной степени.

Типичные примеры ситуаций, когда требуются специальные соединения, представлены в «Зеленой книге» (SCI P358).

[вверх] Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7} BS EN 1993-1-8: 2005. Еврокод 3: Проектирование металлоконструкций. Дизайн стыков, BSI
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2} NA согласно BS EN 1993-1-8: 2005. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Дизайн стыков, BSI
3. ↑ Публикация ECCS № 126 Европейские рекомендации по проектированию простых соединений в стальных конструкциях.J. P. Jaspart et al. 2009 г.
4. ↑ BS EN 1991-1-7: 2006 + A1: 2014. Еврокод 1: Воздействие на конструкции. Общие действия. Случайные действия. BSI
5. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1991-1-7: 2006 + A1: 2014. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 1: Воздействие на конструкции. Общие действия. Случайные действия. BSI

[вверх] Дополнительная литература

• Руководство дизайнера по металлу, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс. Институт стальных конструкций 2012, Глава 27
• Архитектурный дизайн из стали — Требилкок П. и Лоусон Р. М., опубликованные Spon, 2004 г.

[вверх] Ресурсы

Инструменты для проектирования соединений:

[вверху] См. Также

Подробнее: стальные двутавры и их назначение в строительных проектах

В PSE Consulting Engineers мы много знаем о конструкционной стали.Он играет неотъемлемую часть почти в каждом современном строительном проекте и может быть изготовлен в различных формах, сохраняя при этом свою прочность. Он может быть сформирован в виде длинных конструктивных элементов, называемых балками. Эти балки бывают не только разной длины и размеров, но также разных форм, углов и характеристик.

Дизайн и состав

Самая распространенная стальная балка — двутавр. Балка состоит из двух горизонтальных плоских поверхностей, называемых полками, соединенных горизонтальным компонентом, называемым стенкой.

Поперечный разрез по форме похож на заглавную букву I с засечками, отсюда и название двутавровая балка. При повороте на бок луч будет напоминать форму заглавной буквы H, поэтому его также называют двутавровым.

Эти балки очень прочные не только потому, что они сделаны из металла, но и из-за их конструкции. Большинство материалов двутавровой балки расположены вдоль осевых волокон, которые являются областями, которые испытывают наибольшую нагрузку. Форма также играет важную роль, потому что горизонтальные полки сопротивляются изгибному движению, а полотно противостоит напряжению сдвига.Это позволяет балке выдерживать различные нагрузки.

Эти балки будут иметь различный металлический состав в зависимости от их применения. Также будут различия в технических характеристиках, включая вес, ширину полки, толщину полки, высоту балки и толщину стенки.

Например, некоторые двутавровые балки имеют более толстые стенки и полки для использования на платформах и в мостах. Изменения в спецификациях позволят строителю использовать идеальную двутавровую балку для конструкции на основе таких факторов, как сопротивление прогибу, вибрации, изгибу, деформации, разрушению при сдвиге или продольному изгибу.

Использует

Двутавровые балки играют важную роль в современной строительной индустрии. Если они не используются в качестве основного каркаса, как в стальных каркасах, эти балки используются в качестве основных опорных компонентов. Они играют эту роль, потому что, как указывалось ранее, эти балки способны выдерживать большие нагрузки с разных направлений.

Преимущества использования двутавровых балок

Использование двутавровых балок также позволяет создавать эстетически привлекательные концепции и конструкции.Конечно, традиционные деревянные балки также эстетичны и позволяют монтировать или подвешивать предметы интерьера, не жертвуя целостностью балки. В двутавровую балку нельзя прибивать или привинчивать предметы. Нельзя просто просверлить отверстия в двутавровой балке без ущерба для прочности конструкции. Однако сталь имеет преимущество в прочности.

рентабельно

Наличие прочного конструктивного элемента, такого как двутавровая балка, может принести много преимуществ строительному проекту.Структура, состоящая из более прочных материалов, будет состоять из меньшего количества компонентов. Меньшее количество компонентов приводит к снижению общих затрат за счет материалов и доставки.

Это также увеличивает скорость завершения строительного проекта, поскольку требуется установить меньше деталей. Это может снизить затраты на рабочую силу и другие расходы, связанные со временем сборки. В целом эффективное использование двутавровых балок может сделать проект более рентабельным.

Меньшее количество компонентов также освобождает пространство, что позволяет создавать более просторные помещения.Поскольку двутавровые балки также являются прочными, их можно использовать для перекрытия больших площадей с минимальной опорой, таких как закрытые арены, или их можно использовать для строительства более высоких структур, таких как небоскребы.

прочный

В отличие от традиционных деревянных балок двутавры устойчивы к старению. Они не раскалываются, не трескаются и не ползут с возрастом и не уязвимы для термитов, плесени и грибка. Они также не коробятся, не гниют и не расширяются при увеличении влажности.

В отличие от дерева, между разными производителями двутавровых балок также нет региональных различий, поскольку существуют стандарты и правила изготовления этих компонентов. Деревья созданы природой, поэтому, даже если они могут быть обрезаны по аналогичным характеристикам, будут существовать уникальные различия, такие как плотность зерна между деревьями одного вида, но расположенными в разных местах.

Адаптируемый

Наконец, конструкцию, сделанную из двутавровых балок, также легче адаптировать, поскольку они легко доступны для структурного добавления или модификации, например, ремонта или увеличения размеров.Деревянные балки непригодны для адаптации, потому что они имеют меньшую прочность, так что при перепланировке жилого дома старые и более слабые деревянные балки обычно заменяются двутавровыми.

В условиях постоянно улучшающейся сталелитейной промышленности стальные балки по-прежнему будут одним из основных компонентов наших современных конструкций; будь то коммерческий или жилой. В частности, двутавровые балки останутся востребованными благодаря своей прочности и универсальности.

Наши специалисты готовы помочь вам с вашим следующим крупным проектом.Если вы ищете индивидуальный дизайн дома, консультации по проектированию конструкций или руководство строительством, мы можем помочь. Свяжитесь с нами сегодня или запросите расценки, чтобы узнать больше!

Строительные методы, преимущества и применение в строительстве

Наиболее распространенным стальным элементом, используемым для строительства зданий, является двутавровая балка, названная так потому, что горизонтальное поперечное сечение балки напоминает заглавную букву «I». Балку также называют балкой или балкой. Он имеет фланцы, прикрепленные по обе стороны от центрального сердечника.

Другое название этого типа конструкции — жесткий каркас или сплошной стальной каркас. Балки бывают разной длины и имеют рейтинги, которые указывают на величину веса, которую они могут выдержать, а также на их размер. Неудивительно, что конструкция с жестким каркасом была разработана в таких городах, как Чикаго и Кливленд, в конце 19 — начале 20 века.

В этом посте будут описаны типичные методы строительства жестких каркасов при строительстве с двутавровыми балками и рассмотрены преимущества использования конструкции с двутавровыми балками.Мы также рассмотрим применение в строительстве двутавровых балок и поговорим о том, когда это может быть неуместно.

Что такое дом из стального двутавра?

В здании из стальной двутавровой балки основная рама сделана из стали и служит опорой для здания.

• Ферма — это элемент с четырьмя секциями, собранный на земле
• Имеются две колонны боковых стенок и две секции балки крыши
• Каждая ферма двутавровой балки поднимается и прикручивается болтами или формируется в бетонный фундамент с интервалом от 20 до 30 футов.

Между фермами устанавливаются стальные прогоны и фермы горизонтально по стене и крыше. После установки прогонов и балок рабочие устанавливают изоляцию и защитную пленку, а затем создают проемы для дверей и окон.

Двутавровые балки прокатываются, свариваются или прессуются на металлообрабатывающем оборудовании, которое быстро создает балку стандартного размера. Другой метод изготовления называется «пластинчатая балка», который создается путем клепки или сварки частей стального листа.Слово «жесткий», как в «жестком каркасе», относится к способности конструкции двутавровой балки сопротивляться деформации.

Что такое жесткая рамная конструкция?

Жесткая конструкция рамы обеспечивает устойчивость к вращению, что улучшает способность рамы выдерживать вертикальные нагрузки и увеличивает долговечность всей конструкции. Соединения в жесткой раме могут быть полностью фиксированными с полностью закрепленными соединениями, которые не могут вращаться, или они могут быть штыревыми соединениями, которые позволяют элементам свободно вращаться.

• Слово жесткое используется, потому что соединения балки с колонной классифицируются как жесткие.
• Рама предназначена для передачи торцевых моментов балки и поперечных сил на колонны без необходимости использования систем распорок для сопротивления поперечной нагрузке.
• Устойчивость рамы обеспечивается исключительно жесткими соединениями и жесткостью двутавровых балок.

Жесткие соединения представляют собой соединения концевой пластины на всю глубину, обычно создаваемые с помощью болтового соединения балки с колонной.Сварное соединение может использоваться и может потребоваться в сейсмически активных регионах. Сварные соединения обеспечивают полную целостность момента, но будут немного дороже, чем болтовые соединения. Рекомендуется, чтобы сварные соединения были изготовлены заранее, а не на месте.

Жесткие соединения рамы передают движения конца балки и поперечные силы в колонны. Соединения вращаются как единое целое, и элементы все время сохраняют одно и то же угловое соотношение. Жесткая рама намного прочнее, чем конструкция из столбов и балок, и может выдерживать более тяжелые вертикальные нагрузки.

Без жесткого каркаса небоскребы были бы невозможны.

Преимущества металлоконструкций двутаврового дома

Стальная двутавровая конструкция очень экономична и энергоэффективна. Для пассажиров полы нечувствительны к вибрации и поэтому создают более комфортную среду. Другие преимущества включают:

• Большие пролеты
• Соединения, которые лучше работают в условиях реверсирования нагрузки и сейсмических ситуаций
• Несколько ограничений по ширине здания
• Принимает более высокие снеговые нагрузки при более близком размещении фермы
• Доступен и знаком большинству строителей
• Стены не поддерживают структуру здания.

Каркас с прозрачными пролетами передает нагрузку на стороны здания, что позволяет создавать широкие открытые пространства без колонн. Ваше здание с жестким каркасом может иметь сотни футов открытого пространства, идеально подходящего для складов, ангаров и сельского хозяйства.

Жесткий каркас довольно рентабелен для больших неизолированных и утепленных зданий, таких как склады. Ангар для самолетов — это еще одна конструкция, в которой изоляция может понадобиться, а может и не потребоваться. Однако большие двери и вход и выход самолетов затрудняют контроль микроклимата во всем здании.

Строительство с двутавровыми балками обычно требует работы крана или другого тяжелого оборудования. Некоторая сварка может потребоваться в зависимости от размера здания и степени предварительной инженерии, выполненной производителем. Кроме того, жесткая рама более сложна, чем некоторые другие типы стальных конструкций, но, поскольку она обычно используется для больших зданий и специальных применений, сложность перевешивается ее стабильностью.

Вы можете подумать, что двутавровая конструкция ограничивает ваше здание блочным видом, но с разнообразием отделки и отделки, доступной для стальных зданий; ваша структура может выглядеть почти как угодно.

Типы применения в строительстве с использованием жесткой каркасной конструкции

Здания с жестким каркасом используются для самых разных целей. Конструкция с прозрачным пролетом обеспечивает открытое пространство без перерыва. Открытые пролеты могут быть объединены во множество планов этажей с использованием внутренних панелей. Поскольку жесткая рама нечувствительна к вибрации, пассажиры не будут слышать и чувствовать людей или оборудование, движущееся по полу, в отличие от других типов конструкции.

На самом деле, многие из зданий, которые вы видите каждый день, могут быть построены из стальных двутавровых балок.

• Металлические склады
• Розничные магазины
• Оборудование укрытий
• Производственные предприятия
• Церквей
• Многоэтажные дома

Жесткая рама особенно подходит для зданий со специальным назначением, таких как больницы, белые комнаты, исследовательские центры и здания, в которых хранится оборудование, чувствительное к вибрации и деформации.

Жесткая каркасная или двутавровая конструкция — одна из самых прочных и устойчивых стальных конструкций здания.Это позволяет строить большие, широкопролетные строения. Поскольку сталь имеет такое высокое отношение прочности к весу, возможны очень высокие здания. Конструкция с жесткой рамой также адаптируема и универсальна по конструкции. Вы можете украсить фасад, чтобы он соответствовал практически любому дизайну, текстуре или внешнему виду, а размещение дверей и окон чрезвычайно гибко.

Жесткая рама может выдерживать высокие ветровые нагрузки, испытываемые высокими зданиями, поскольку сила вращения передается от балок к колоннам.Суставы остаются правильно ориентированными при любом повороте, вызванном такими нагрузками. Вы также получаете все преимущества, связанные со стальными зданиями, такие как более низкий страховой взнос.

Жесткая рама — очень распространенная форма стальной конструкции; большинство подрядчиков и строительных рабочих знакомы с этим типом строительства. У вас не должно возникнуть проблем с поиском кого-нибудь, кто сможет правильно построить ваше здание.

---

Конструкция из стальной двутавровой балки видна повсюду.Очертания города усеяны зданиями, построенными из стальных двутавров. Без прочности стали было бы невозможно построить жесткую рамную конструкцию, и без нее наш мир выглядел бы совсем иначе.

Когда древесина выходит из строя, стальные двутавровые балки помогают

Если бы это был выбор, мы бы всегда предпочли установить деревянные балки вместо стальных двутавровых балок. Варианты из дерева дешевле и проще для нас — группы плотников — работать с ними. Но деревянные балки могут простираться только до тех пор, пока они не перестанут выполнять свою работу по ряду причин.Деревянная балка заподлицо, которая проходит на большое расстояние, может быть слишком глубокой, чтобы ее можно было спрятать в системе пола, которую она предназначена для поддержки. Или требуемые глубина и ширина могут быть слишком короткими, чтобы выглядеть пропорционально, если они установлены под системой пола и обернуты обрезками. А у дерева просто есть пределы. Поскольку деревянные балки становятся все больше и больше для увеличения пролета или увеличения нагрузки, их прочность не увеличивается пропорционально. Итак, деревянная балка со временем выйдет из строя под собственным весом. В этих ситуациях мы используем стальные двутавры.

Что сложно при установке стальной двутавровой балки, так это ее вес. В некоторых случаях вам может потребоваться кран , чтобы поднять его на место. Даже если бы вы могли сделать это без крана, это все равно может быть стоящим вариантом, чтобы ваша работа продолжалась. Поскольку наша работа в основном связана с реконструкцией, у нас никогда не было такой роскоши, как подъемный кран, который помог бы нам установить стальную двутавровую балку. Часто приходится проводить их прямо к входной двери или через окно. Мы используем пандусы и стальные прутья, чтобы привести балку в нужное положение, а также домкрат и опоры, чтобы постепенно поднимать ее на место.

Если он используется как часть системы первого этажа, стальная балка может быть установлена ​​на фундаменте, но если она установлена ​​в стене с деревянным каркасом, ее обычно также устанавливают на стальные опоры. Как и все балки, стальная двутавровая балка требует непрерывного пути нагрузки к фундаменту. Конечно, если вы работаете со стальной двутавровой балкой, в ваш проект будет вовлечен инженер, который позаботится о том, чтобы вся конструкция соответствовала нормам и была целостна. Фланцы стоек и полка двутавровой балки будут предварительно просверлены для болтов, чтобы соединить их вместе и соединить стойки с каркасом или фундаментом.

Если балка будет находиться под системой перекрытия, а балки будут располагаться поверх нее, вы можете установить 2x пластины поверх балки, к которым можно прикрепить балки. Если вы устанавливаете двутавровую балку заподлицо, то есть балка должна быть скрыта в системе пола, а балки должны быть соединены с боковой стороной балки — пространство между фланцами заполняется деревом, а балки крепятся с помощью балочные вешалки, как обычно.

Сталь не приемлема для сверл.Вы можете предварительно просверлить балку для болтов, которые вам нужны, чтобы укрепить балку деревом, но имейте в виду, что инженер должен точно знать, как балка будет нагружена. Это, вероятно, повлияет на размеры балки или толщину стали.

Как видите, ключом к работе со стальными двутаврами для нас является тщательное планирование. Мало того, что наши размеры должны быть точными, прежде чем мы закажем сталь — в отличие от дерева, мы не можем заказать балку немного длинной и обрезать ее на месте — но нам также нужно иметь хороший план установки балки.Мы позаботимся о том, чтобы у столбов и балки было немного места для маневра, чтобы все было легче сдвинуть на место. Затем, когда все встанет на свои места, установка стальной двутавровой балки будет такой же, как и установка деревянного каркаса. Сталь будет прямой, но все должно быть квадратным, ровным и вертикальным. Итак, когда мы устанавливаем двутавровую балку, у нас всегда под рукой есть стальные прокладки

В конце концов, работа со стальными двутавровыми балками для нас более трудоемка, и мы всегда предпочитаем работать с деревом.Но когда вам нужно преодолеть расстояние, недоступное для деревянной балки, нужно либо изменить план, либо использовать сталь. А если вы опытный строитель и квалифицированный плотник, сталь вполне подойдет.

Посмотрите на законченный дом, который стал одним из победителей премии HOUSES design Award 2019:

Лучшая реконструкция 2019: возрождение греческой эпохи — На существующей площади и с уважением к его историческому характеру дом 1850-х годов возрожден из ветхого состояния и преобразован в современный план этажа.

Подробнее об использовании стали при ремонте и строительстве дома:

Металлоконструкции для строителей — Добавьте в свои проекты безграничные возможности индивидуальной архитектурной стали с легкодоступным инвентарем и некоторыми основными инструментами.

Видео: Изготовление стальных перил — этот базовый сварочный проект является отличным введением в архитектурные металлоконструкции.

Как насчет стали в жилищном строительстве? — Несмотря на некоторые преимущества перед деревом, каркас из легкой стали не стал популярным в жилых домах, и причины этого могут вас удивить.

Подпишитесь на участие в голосовании сегодня и получите последние инструкции от Fine Homebuilding, а также специальные предложения.

Запустить слайд-шоу

Различные категории стальных балок

Конструкционная сталь

универсальна и гибка. Инженеры используют его, чтобы делать вещи, которые раньше считались невозможными. Эта сталь останется полезной и в ближайшие дни, от широких мостов до небоскребов.

Чтобы понять, насколько важна сталь, нужно знать ее потенциальное использование и возможные способы ее складывания.Одно из наиболее распространенных применений — изготовление изделий из стальных балок. Стальные балки имеют решающее значение для любого строительного проекта.

Они отвечают различным требованиям при строительстве, включая конструктивную и конструктивную поддержку. Балки делятся в соответствии с их геометрическими свойствами, и каждая из них обладает разными характеристиками. В их числе:

Балка двутавровая и двутавровая

Двутавровые балки в основном используются в приложениях с коническими полками. Двутавровая балка бывает двух стилей.Параллельный фланец может иметь широкую поверхность или другой вариант может иметь наклон внутренней поверхности обода.

Второй вариант обычно называется «S-образная балка». В S-образной балке полки соединяются перегородкой, образуя узкую балку. Балка будет обозначена таким образом, чтобы значения указали строителю, где он может использовать балку.

Г-образная балка, напротив, имеет форму буквы L. Две ножки соединяются вместе, образуя угол в 90 градусов. Эти балки также обычно называют угловыми балками, и они бывают разных и равных размеров опор.L-образные балки используются в основном для систем перекрытий, поскольку имеют небольшую конструктивную глубину.

Балка W и H

W-образные балки напоминают двутавры, но имеют широкие полки. Вертикальный фланец в балке делает его идеальным для использования в жилых домах.

Двутавровая балка — это более тяжелая версия двутавровой балки. Выглядит как заглавная буква «H», но фланцы длинные. Большинство людей используют этот термин как заменяемый вариант для двутавровой балки. Однако двутавровые балки имеют перемычки и часто имеют одинаковую толщину по всей длине.

H-образная балка идеально подходит для конструкций с неглубоким фундаментом. Они помогают в проектировании более глубокой системы фундамента для конструкций. Форма повышает эффективность передачи нагрузки от сваи.

Двутавровые балки хорошо подойдут, если здание расположено в плотном грунте. Наконечник обладает наибольшим сопротивлением, так что одна балка может выдерживать более 1000 тонн.

Каналы, тройники и трубы

Каналы представляют собой С-образные балки. Они имеют нижний и верхний фланцы, соединенные перемычкой.Эти балки — экономичный вариант для тех, кто строит конструкции, рассчитанные на короткий срок службы. Первоначально C-образные балки использовались в мостах, но теперь они популярны в морских приложениях, которые выдерживают небольшие нагрузки.

Трубы необходимы для повышения устойчивости и прочности конструкции. Они имеют цилиндрическую форму и имеют тенденцию быть полыми. Инженеры используют эти трубы в проектах газовой, водной и нефтяной промышленности наряду с тройниками.

Как следует из названия, тройники имеют Т-образную форму.Они выдерживают большие нагрузки, но нужно решать вопрос устойчивости.

Благодаря технологии у инженеров есть широкий выбор балок. Они могут даже выйти из обсуждаемых типов, чтобы создать других. Методы, использующие струю воды, плазменную резку и лазеры, позволяют изготавливать лучи нестандартной формы.

Конструктивное соединение двутавровых балок для соединения балок или ферм из армированного волокном пластика

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к конструкционным соединениям для соединения армированных волокном пластмассовых балок или балок без болтов, канавок и т.п.В частности, изобретение относится к соединению с двойной двутавровой балкой (DIB) для соединения армированных волокном пластиковых балок или балок в строительных конструкциях.

Предполагается, что предыдущее использование армированных волокном полимеров или пластиков и подобных пластиковых структур типично для следующих патентов: Патент США No. В US 3100555 описана конструкция башни, состоящая из трубчатых пластиковых конструктивных элементов, соединенных сегментированными пластиковыми соединениями, которые склеиваются вместе для соединения пересекающихся распорок, опор и т. Д.Патент США В US 3685862 описаны соединители для соединения пластиковых стержней внутри обручей, в которых сходящиеся части стержней сжимаются и удерживаются вбитыми клиньями. Патент США В US 3975874 описана сборная пластмассовая конструкция плавательного бассейна, которая предлагает боковые и плечевые части, поддерживаемые X-образными формованными пластиковыми распорками, имеющими двутавровые поперечные сечения вдоль некоторых участков и плоские поперечные сечения в других местах. Патент США В US 4 177 306 описаны многослойные пластиковые балки, в которых некоторые из армирующих волокно материалов проходят в обе балки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к конструктивному соединению или соединителю для соединения пересекающихся структурных балок или балок из армированного волокном пластика. Настоящий соединитель содержит двойную двутавровую балку в форме аркообразной конструкции, в которой перегородка ограничена, соответственно, парой по существу концентрических дугообразных фланцев и парой сходящихся, как правило, плоских фланцев. Обычно плоские фланцевые части проходят, по меньшей мере, в некоторой степени за каждую сторону перемычки в форме Т-образных балок, в которых относительно короткие и уменьшающиеся наружу конические части параллельны перемычковой части соединения DIB.Настоящий соединитель имеет такие размеры и форму, что в законченном структурном соединении, как правило, плоские фланцы контактируют и по существу параллельны смежным поверхностям или сторонам балок, соединяемых друг с другом с аркообразной частью, расположенной вдали от точки пересечения этих балок. И в завершенном структурном соединении, как правило, плоские фланцы соединения DIB приклеиваются к смежным поверхностям соединенных между собой балок.

Там, где это желательно, прочность структурного соединения, в котором балки или фермы соединены между собой соединением DIB, может быть увеличена путем приклеивания обычно плоской пластины между смежными частями таких балок.И, дополнительно или в качестве альтернативы, если такие балки представляют собой двутавровые балки, прочность соединения может быть увеличена путем приклеивания С-образных пластиковых зажимов к смежным участкам полок двутавровой балки и фланцев соединения DIB.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой схематическое изображение настоящего соединения DIB.

РИС. 2 и 3 представляют собой поперечные сечения A-A и B-B на фиг. 1.

РИС. На фиг.4 показан пример простой ферменной конструкции строения гражданского строительства, для которого можно использовать настоящее изобретение.

РИС. 5, 6 и 7 показаны структурные соединения, сформированные с использованием настоящего соединения DIB для соединения двутавровых балок в конструкции фермы по фиг. 4.

РИС. 8 показано использование C-образных зажимов в структурном стыке, в котором соединение DIB примыкает к двутавровой балке.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основным препятствием для использования армированных волокном полимеров в качестве элементов конструкции является сложность соединения таких элементов между собой для образования основной несущей конструкции. Фактически, ключ к характеристикам почти всех композитных конструкций, состоящих из армированного волокном пластика, заключается в конструкции соединений и технологиях.Отсутствие эффективной конструкции структурных швов задержало потенциально крупномасштабное применение таких пластмасс в строительной отрасли. Обычные методы соединения таких элементов, особенно в строительных конструкциях, основаны на крепежных деталях, таких как болты и заклепки, которые обычно используются в стальных конструкциях. Такие дискретные скрепляющие устройства ограничивают прочность соединения до намного меньшей, чем прочностная способность армированных волокном полимерных элементов, которые соединены между собой.

В настоящее время обнаружено, что соединение, в котором используется армированная волокном пластиковая арочная конструкция, расположенная вдали от точки пересечения конструктивных элементов и прикрепленная к конструктивным элементам посредством клеевого соединения, позволяет избежать многих недостатков ранее использовавшихся методов армирования. полимерные элементы. Важной особенностью настоящей соединительной конструкции является то, что ее гибкость в месте клеевого соединения градуируется по длине соединения таким образом, чтобы уменьшить тенденцию к отслаиванию клеевого соединения.

РИС. На фиг.1-3 показано настоящее двойное двутавровое соединение или соединение DIB, или соединительный элемент. Такой соединитель содержит аркообразную перемычку 1, ограниченную парой дугообразных фланцев 2 и парой, как правило, плоских фланцев 3. Обычно плоские фланцы предпочтительно имеют концевые части, которые выступают за край перемычки в форме сужающейся Т-образной формы. балки. В соединении DIB, в котором плоские фланцы оканчиваются концевыми частями Т-образной балки, такими как части 3а, максимальная толщина перемычек конечных частей Т-образных балок предпочтительно меньше, чем в два раза, ширины плоских фланцев, и ширина плоских полок предпочтительно по существу постоянна по всему соединению.Минимальная толщина таких оконечных перемычек Т-образной балки может быть равна нулю, а их длина и наклоны их сужения (которые могут быть постоянными или переменными) предпочтительно соотносятся с требованиями конструкции. Формы и размеры всех таких концевых частей предпочтительно одинаковы на каждом стыке.

Если желательно, внешние поверхности обычно плоских фланцев 3 могут иметь форму, соответствующую форме балки, к которой они должны быть прикреплены, например, путем добавления дугообразной внешней поверхности, чтобы соответствовать по крайней мере некоторым из прилегающих часть трубчатой ​​балки и т.п.

Соединение DIB основано на клеевом соединении для передачи нагрузки от одного элемента к другому. Поскольку это увеличивает гибкость соединения, особенно на концевых участках T-образной балки плоских фланцев, это сводит к минимуму тенденцию соединения к выходу из строя из-за отслаивания клея.

Недостаток использования механических крепежных элементов, таких как болты или заклепки, в соединениях для армированных волокном конструкций был описан в таких публикациях, как «Механика композитных материалов» Р.М. Джонс, McGraw-Hill Rock Company, 1975; «Анализ неоднородностей, краевых эффектов и соединений» Дж. К. Граймса и Л. Ф. Гринмана, Композитные материалы, под редакцией Л. Дж. Браутмана и Р. Х. Крока, Academic Press, 1975.

Фиг. 4 схематично иллюстрирует простую ферменную конструкцию, в которой могут использоваться настоящие соединения DIB. Такая ферменная конструкция может быть, например, одной из двух несущих панелей фермы простой мостовой конфигурации. Соединения DIB могут использоваться для соединения всех элементов приведенной в качестве примера конструкции фермы.Все части такой конструкции, включая шарниры и элементы фермы, могут быть изготовлены из армированного волокном пластика.

В общем, размеры шарниров DIB выбираются в соответствии с требованиями к нагрузке в различных соединениях, и такие требования к нагрузке могут быть определены с помощью известных типов структурного анализа.

РИС. 5 показано соединение элементов ea и ed в месте соединения e ферменной конструкции, показанной на фиг. 4. Если эти элементы содержат двутавровые балки 6, фланцы двутавровых балок соединены с плоскими фланцами стыка 4 DIB посредством клеевого соединения.Это вызывает передачу нагрузки от одного элемента к другому посредством клеевого соединения через соединение DIB. Обычно плоская пластина 7 предпочтительно приклеивается между пересекающимися частями соединяемых балок, такими как балки 6. Такие пластины, конечно, должны иметь форму, соответствующую любым неплоским частям пересекающихся поверхностей балок.

РИС. 6 показывает соединительное устройство в месте соединения а конструкции, показанной на фиг. 4. Как показано, дугообразные фланцевые части двух соседних соединений DIB расположены примерно по дуге окружности.Это позволяет устранить любой эксцентриситет при нормальных нагрузках, действующих на два фланца элемента, такого как элемент ad.

РИС. 7 показывает стыковое соединение в стыке d конструкции, показанной на фиг. 4. В дополнение к соединениям DIB, соединения внахлестку (предпочтительно двойные соединения внахлестку), образованные прикрепляющими пластинами 7, могут использоваться для соединения стенок элементов de и dc; и, при желании, соединить фланцы этих элементов. Пунктирная линия использовалась для изображения нижней пластины на фланцах, поскольку влияние этой пластины не использовалось в расчетах напряжений, описанных здесь.

РИС. 8 показано использование C-образных зажимов 8, соединенных над смежными фланцами двутавровой балки 6 и DIB-соединения 4. Такие армированные волокном C-образные зажимы обеспечивают дополнительную передачу нагрузки. Такие зажимы также полезны для удержания элементов вместе в процессе строительства. Кроме того, такие C-образные зажимы обеспечивают сопротивление отслаиванию клеевого соединения между фланцами двутавровой балки и соединения DIB.

Соединение в соединениях b и c аналогично соединениям в соединениях a и e.Следует еще раз отметить, что для соединения различных элементов ферменной конструкции используется только клеевое соединение. Хотя С-образные зажимы, армированные волокном, ведут себя как механические крепежные детали, на самом деле они приклеиваются к двутавровой балке и стыку DIB. В отличие от болтов и заклепок, эти C-образные зажимы не ослабляют несущую способность элементов фермы.

Размеры двутавровой балки и стыка DIB будут выбраны после определения сил, действующих на элементы фермы. Предполагая, что к ферме по фиг.2 в соединении d можно легко показать, что силы в элементах фермы равны:

F _ae = F _bc = -5774 фунтов (сжатие)

F _ed = F _dc = 2887 фунтов (растяжение)

F _ad = F _bd = 5774 фунтов (растяжение)

F _ab = -5774 фунтов (сжатие)

Это силы, передаваемые элементами фермы в местах, удаленных от суставы. При расчете распределения сил в местах стыков влияние С-образных зажимов, армированных волокном, не учитывалось.Таким образом, клеевое соединение между двутавровыми балками и соединениями DIB рассматривается как основное устройство передачи нагрузки. Следовательно, использование C-образных зажимов обеспечивает резервный механизм передачи нагрузки, который может гарантировать безопасность и надежность конструкции соединения.

Размеры компонентов ферменной конструкции определяются путем выбора материала, из которого они изготовлены. В этом конкретном примере мы предполагаем, что для всех компонентов ферменной конструкции используется случайный армированный короткими волокнами композит с 60% объема коротких стекловолокон.Предполагается, что механические свойства этого композита равны E = 3 × 10 ⁶ psi ν = 0,4 σ _ult = 30 × 10 ³ psi

, где E обозначает модуль Юнга, ν обозначает коэффициент Пуассона и σ _ult означает максимальную прочность материала.

Коэффициент запаса прочности 2,5 был использован для расчета всех частей приведенной в качестве примера конструкции фермы. Для простоты размеры поперечного сечения предполагаются одинаковыми для всех элементов ферменной конструкции.Размеры поперечного сечения двутавровой балки составляли: толщина полки и стенки 0,4 дюйма, ширина полки 2 дюйма и высота балки 4 дюйма. Можно очень легко показать, что такое поперечное сечение достаточно, чтобы выдерживать напряжения в любом месте по длине элементов.

Были рассчитаны силы и моменты, действующие на стержень ad в местах соединения. Сравнение сил, действующих на этот элемент с другими элементами фермы, показывает, что он является наиболее важным элементом конструкции фермы.Нормальные силы, действующие на два фланца двутавровой балки, составляют противодействующие силы по 5000 фунтов каждая. Чтобы предотвратить коробление стенки двутавровой балки, эти две нормальные силы должны быть распределены по достаточно длинной части балки. При условии наличия простой опоры для стенки двутавровой балки критическое напряжение изгиба будет просто ## EQU1 ## Используя коэффициент безопасности 2,5, минимальное значение l (где l представляет собой длину фланца, необходимую для выдерживания нормальная сжимающая нагрузка) ## EQU2 ##

Для учета концентраций напряжений, которые могут возникнуть в двух конечных точках l, дополнительный коэффициент безопасности примерно равен 1.5 был использован для увеличения значения до 4 дюймов. Поскольку эти нормальные напряжения передаются через соединение DIB на другие элементы фермы, расстояние между изогнутыми стержнями или концентрическими дугообразными фланцами в соединении DIB также выбирается равным 4 дюймам.

Расчетные размеры стыка DIB для приведенной в качестве примера ферменной конструкции могут быть основаны на простых расчетах. Самым важным параметром является площадь фланцев соединения DIB. Для передачи нагрузки посредством клеевого соединения необходимо выбрать достаточно большую площадь.Если эти напряжения слишком велики для используемого клея, то можно выбрать большую площадь для фланца соединения DIB, чтобы снизить интенсивность напряжений на клее. Что касается данной проблемы, кажется, что успешное адгезионное соединение может быть достигнуто с помощью имеющихся в продаже клеев.

Размеры C-образных зажимов и соединений внахлестку также могут быть определены очень легко. Поэтому в этом простом примере они считаются известными величинами.

В общем, несущие балки или балки, которые соединяются между собой настоящими соединениями DIB, могут иметь практически любую конфигурацию.Предпочтительно балки имеют конфигурацию, обеспечивающую, по меньшей мере, одну пару по существу плоских поверхностей, которые занимают смежные стороны балок в местах пересечения балок. Подходящие составы и формы пластиковых балок описаны в патентах США No. № 4 177 306. Двутавровые балки особенно предпочтительны.

Используемые балки могут быть сформированы практически любой процедурой для заделки армирующих волокон в затвердевший пластиковый материал. Особенно подходит процесс пултрузии. Примеры подходящих пластиков включают коммерчески доступные эпоксидные и полиэфирные смолы, такие как графитовые волокна, пропитанные эпоксидной смолой, волокна Rigidte от Narmco Development, Celanese Corporation, стекловолокно и ароматические полиамидные волокна, такие как арамидное волокно Kelvar от DuPont, армирующее стекловолокно и / или стеклоткани от Owens Corning Glass Company.Такие пластмассы могут содержать обычные отвердители, модификаторы скорости отверждения и т. Д. Клеи, используемые в настоящем способе, могут быть коммерчески доступными эпоксидными или полиэфирными или подобными адгезивами для формирования пластиковых структур.

Проектирование стыков стальных балок | Smartbuild Engineering

Техническая информация о стыковочных соединениях:

Защитная пластина против стыковой концевой пластины:

• Соединения для сращивания заглушки обычно обеспечивают более прочное и жесткое соединение, чем соединения с торцевой пластиной.

• Соединения для стыков с торцевой пластиной имеют то преимущество, что исключают выступающие пластины и головки болтов, но они менее жесткие и не могут обеспечить более высокое сопротивление изгибающему моменту, чем стыковочные пластины.

• Обычно стыки концевых пластин менее подходят для балок, которые не ограничены в поперечном направлении, поскольку они могут снизить жесткость балки по малой оси и, следовательно, снизить ее способность к продольному изгибу при кручении.

Место стыка

Соединения обычно располагаются на 1/3 пролета, чтобы избежать секций балки, испытывающих высокую силу сдвига (концы пролета) или высокие изгибающие моменты (середина пролета).Следует избегать сращивания в середине пролета. Общее количество стыков в балке должно быть минимальным, поскольку каждый стык может увеличить прогиб.

Болты (обычные против предварительной нагрузки / HSFG)

Зазор допуска вокруг болтов при использовании отверстий под болты стандартного размера в стыковочном соединении крышки может привести к нежелательному проскальзыванию соединения и прогибу балки.