Только проверенные производители фасонного стального проката поставляют в ЗАО “ТФД “Брок Инвест Сервис и К” продукцию разных серий и типоразмеров конечной длины – мерной или немерной. Однако плоские торцы стальных двутавров при монтаже часто требуется стыковать тем или иным способом. Как выбрать оптимальный вариант соединения двутавров?
В этом руководстве рассказывается все, что вам нужно знать об использовании или наращивании такого проката с колоннами каркаса.
Стальные двутавры: универсальность и надежность
Конструкционная сталь включает в себя множество уникальных продуктов и материалов. Стальные двутавровые балки по многим соображениям являются одним из самых узнаваемых и часто используемых продуктов фасонного проката. Возможно, вы когда-нибудь сталкивались с ними, во время строительства или реконструкции крупного строительного объекта каркасного типа. Если же вы впервые планируете использовать двутавр, важно заранее определить подходящий профиль проката из ассортимента, который предлагает своим клиентам ЗАО ТФД «Брок-Инвест-Сервис и К».
Преимущества стальных двутавров
Универсальные стальные балки называют двутавровыми из-за их уникальной формы поперечного сечения, напоминающего сдвоенную букву Т или букву Н. Стальные балки, применяемые в строительстве, изготавливают преимущественно из конструкционных марок стали. Хотя используются и другие металлы и сплавы, например, алюминий, титан, нержавеющая сталь.
Популярность двутавра обуславливается:
- Ценовой доступностью;
- Достаточными показателями пластичности, прочности и жесткости;
- Малой трудоемкостью соединения стыков, находящихся в узловых зонах каркаса (специалисты называют такие зоны узлами).
- Проектировщики и строители предусматривают двутавровые балки в проектах именно из-за их разнообразного применения, а также вследствие практичности и структурной выгоды.
Профили выпускаются различной формы, размеров и длины, что очень важно для выбора метода сварки двутавра.
Условия работы стальных двутавровых балок
Универсальный двутавр состоит из двух горизонтальных элементов – полок, соединенных вертикальной составляющей – перемычкой. Полки и перемычки образуют Т-образное или H-образное поперечное сечение. Наши заказчики могут купить стальные двутавровые балки различных размеров и спецификаций, при этом следует предварительно определить толщину стенки, длину полки и глубину сечения. Понимание этого очень важно, поскольку строители заказывают стальные балки в соответствии с требованиями своего проекта.
Учитываются следующие факторы:
- Прогиб – балка должна быть достаточно толстой, чтобы не деформироваться.
- Вибрация – вибрации должно быть как можно меньше.
- Искажение формы – полки двутавра должны предотвращать коробление под всеми углами.
- Изгиб – поперечное сечение стальной балки должно выдерживать механические напряжения, которые возникнут в работающем каркасе.
- Гибкость – изделие не должно прогибаться или деформироваться под давлением.
Благодаря уникальной конструкции двутавровых балок, изготавливаемых из конструкционной стали, они могут изгибаться под высокими нагрузками без коробления. Дело в том, что осевые волокна, находящиеся внутри макроструктуры балок, содержат преобладающую часть материала, и на них приходится основная доля внешних сил. Если компенсация недостаточна, применяют усиливающие накладки.
В чем оптимальность двутаврового поперечного сечения
Н-образная форма двутавровой балки является идеальной для конструкции, которая максимизирует эффективность сопротивления изгибающим и сдвиговым нагрузкам.
Такая форма поперечного сечения эффективно распределяет материал там, где он больше всего необходим, чтобы противостоять внешним силам, с которыми он может столкнуться. Это оптимизирует баланс между прочностью, весом и стоимостью материала.
Применение двутавровых балок
Двутавровые балки, которые прокатаны из конструкционной стали, имеют множество применений в строительной отрасли. Обычно они составляют основу многих зданий, обеспечивая последовательную, надежную и неустанную поддержку. Они делают каркас здания настолько стабильным и прочным, что зачастую не требуется устанавливать много стальных опорных конструкций. Тем самым в долгосрочной перспективе экономятся время и деньги.
Универсальные двутавровые балки обладают высоким уровнем функциональности, а их уникальная форма делает изделия идеальными для однонаправленного изгиба параллельно перемычке. Полки помогают стальной балке противостоять изгибу, а стенка выдерживает напряжение сдвига. В результате двутавровые балки могут выдерживать большие нагрузки, не поддаваясь короблению или скручиванию.
Таким образом, если вам нужна структурная поддержка, используйте двутавровую балку. Более того, универсальные балки имеют уникальную конструкцию, при производстве которой не используется чрезмерное количество металла. При производстве образуется очень мало отходов (если они вообще имеются), что очень удобно и выгодно, если учесть, насколько экологически чистой и устойчивой является конструкционная сталь.
Двутавровые балки используются в основном в качестве конструктивного элемента промышленных зданий, мостов и других сооружений. Их конкретные применения включают в себя:
- Строительные каркасы, где двутавры служат основной опорной фермой в конструкции зданий. Их используют в каркасах мостов из-за их высокой устойчивости к изгибу, при этом двутавровые балки также могут обеспечить дополнительную прочность при установке фундамента конструкций. В промышленных условиях их можно использовать для создания платформ и погрузочно-разгрузочных рамп.
- Двутавровые балки также применяются в качестве рельсов для некоторых систем мостовых кранов.
Технология и особенности производства
Двутавровые балки обычно производятся с использованием двух основных процессов:
- Горячей прокатки; при этом методе прямоугольные заготовки или стальные слябы нагреваются до высокой температуры и проходят через набор фасонных валков;
- Сварки: иногда балки можно изготовить путем сварки двутавра встык, применяя три стальных пластины, образующие требуемую форму.
Для выбора типоразмера балки необходимо знать ее основные характеристики:
- Форму и размеры сечения;
- Нагрузку, которая будет приходиться на прямую (вертикальную или центральную) часть прокатанного профиля;
- Протяженность полок - горизонтальных секций сверху и снизу;
- Прочность - благодаря своей геометрии двутавровые балки устойчивы к изгибающим и сдвиговым нагрузкам.
- Распределение веса - Н-образная форма гарантирует, что большая часть веса и сопротивления сосредоточена сверху и снизу, обеспечивая оптимальное сопротивление изгибу.
Из параметров сопротивления материалов в расчет принимают моменты сопротивления и моменты инерции сечения.
Нормативные основы, учитываемые при выборе типа соединения двутавров между собой
Классификация
Методы соединения балок можно разделить на три основные категории: разъемное (болтовое), клепка и сварка, причем варить можно и по плоскости стыка, и в угол. Используют также комбинации этих технологий.
Любой из методов сварки двутавров можно использовать отдельно, все зависит от конкретной задачи, выполняемой двутавровым соединением. В последнее время появились и иные варианты - использование штифтов или зажимов, но они имеют специализированное применение.
Стандарты
Поскольку безопасность большинства строительных проектов критична, важно обеспечить прочность и долговечность всех свариваемых соединений. Как результат, стальные конструкции должны соответствовать типовым стандартам и требованиям к их проектированию и изготовлению. В России такими стандартами являются ГОСТ 8239-89 и ГОСТ 26020-83, которые устанавливают сечение двутавровых профилей.
Способы и технологию сварки двутавровых балок определяют также СНиП II-23-81. Там описываются схема и требования к процессу проектирования стальных конструкций каркаса, а также содержатся порядок и правила расчёта соединительных узлов, выполненных из фасонного проката, в том числе, и двутавровых балок.
Существуют также специальные стандарты, относящиеся к различным соединениям, которые рекомендуют использовать на мостах болтовые соединения (два и более) с предварительным натягом, поскольку они рассчитаны на то, чтобы выдерживать вибрацию и динамические нагрузки. Пример такого нормативного документа - СП 16.13330.
Способы соединения
Сварка
Представляет группу способов неразъемного соединения двутавров. Преимущества технологии:
- Возможно выполнение на месте;
- Сохраняется прочность компонентов;
- Формируются прочные, постоянные связи между элементами;
- Экономятся материалы.
В некоторых случаях для повышения эффективности производства процесс может быть автоматизирован.
Недостатки сварки:
- Сварочный шов может вызвать хрупкость вокруг зоны термического воздействия и привести к появлению других дефектов, таких как включения шлака или плохое проплавление;
- Сварка становится причиной появления остаточных напряжений и деформаций, которые отрицательно влияют на характеристики материала;
- При низких температурах сварочный шов подвержен хрупкому разрушению;
- Относительно низкая пластичность и прочность;
- Необходимость в квалифицированных рабочих;
- Требуется сварочное оборудование и расходные материалы.
Сваренные детали невозможно разобрать без повреждения.
Клепка
Клепка была распространенным методом соединения конструкционных сталей в начале 20-го века, когда использовалось сочетание тепла и пневматического давления для установки заклепок на место через предварительно просверленные отверстия в стальных компонентах. Однако в середине 20-го века во многих промышленных применениях использование заклепок в значительной степени было заменено болтами.
Недостатки:
- Необходимость в специальном заклепочном пистолете;
- Шум, создаваемый процессом;
- Сложность удаления заклепок в случае допущенной ошибки;
- Повышенные затраты энергии и времени.
Для удаления заклепок может потребоваться использование специального инструмента, что увеличивает стоимость процесса по сравнению с болтовым соединением. Кроме того, сварные швы могут обеспечить такую же структурную стабильность, как и заклепки.
Клепка, однако, обладает и рядом преимуществ:
- Она создает надежные и прочные соединения, которые подходят для тяжелых и несущих конструкций;
- Может использоваться с неметаллическими материалами;
- Отсутствует термическое воздействие процесса;
- Заклепка может быть удалена с меньшими повреждениями;
- Качество клепки легко проверить.
Выбирая клепку, стоит учитывать, что возрастут затраты на рабочую силу и материалы, а вес соединения будет выше, чем сварного.
Болтовое соединение
Болты стали важной технологией соединения фасонного металлопроката, поскольку их легко использовать и заменять, а также обеспечивать временное фланцевое соединение между деталями, не повреждая их по сравнению, например, со сваркой. Болтовое соединение двутавровых балок отличается простотой и не требует специальных знаний или оборудования. Однако существуют и недостатки, связанные с болтами: они могут самопроизвольно открутиться в результате сильных вибраций такой конструкции, как мост. Кроме того, большинство болтовых решений требуют доступа к обеим сторонам соединения.
Преимущества болтового крепления:
- Легко и быстро устанавливается и разбирается;
- Процесс бесшумен;
- Не требуется квалифицированная рабочая сила;
- Правильно установленные детали не повреждаются при повторном использовании или сборке.
Метод имеет и ряд недостатков:
- Отверстия для болтов необходимо предварительно подготовить: просверлить и выровнять под сборку;
- Отверстия ослабляют поперечное сечение детали и создают области меньшей прочности с высокой концентрацией напряжений;
- Требуется перекрытие деталей или добавление вспомогательных пластин, что увеличивает стоимость используемых материалов;
- Болты могут ослабнуть в результате вибрации и ударов, поэтому их периодически проверяют и подтягивают.
Стальные компоненты проката целесообразно перед выполнением соединения скрепить вместе, чтобы обеспечить некоторое осевое перемещение между деталями. Это особенно важно для ферм и других применений, где требуется некоторое перемещение конструкции. Положение смежных двутавров фиксируется штифтами или специализированными зажимами.
В настоящее время общепринятой практикой является объединение нескольких методов, чтобы максимизировать преимущества и минимизировать любые недостатки. Обычно это достигается за счет сочетания сварки и болтового соединения.
Качество сварных швов, как правило, лучше контролировать в мастерской, чем на месте, поэтому детали обычно сваривают перед транспортировкой на площадку, где их можно соединить болтами. Эта комбинация позволяет быстро и экономично собирать детали стальных конструкций, требует меньших требований к контролю, позволяет - при необходимости - вносить коррективы на месте. Это означает, что детали не так чувствительны к плохим погодным условиям во время сборки.
Заключение. Сравнительная таблица особенностей применения различных типов соединения двутавров
Соединение двутавровых балок, выбранных по каталогам ЗАО ТФД «Брок-Инвест-Сервис и К», ведется преимущественно с помощью болтов или сварки. Используются определённые типы соединений: торцевые пластины, углы клипса (шипы) или пластины с ребрами для соединения балки с балкой/колонной. Часто сочетают методы, делая окончательный выбор в зависимости от нагрузки, потребностей в жёсткости и простоты установки.
Распространённые методы включают сварные швы с полным проникновением, высокопрочные болты с фланцами или пластинами, а также специализированные пластины (торцевые, угловые), прикреплённые к балкам и колоннам для создания различных силовых сопротивлений.
|
Тип соединения |
Условия применения |
Соединяемые материалы |
Особенности |
Компенсируемые факторы в стыках |
|
Сваркой |
Стальные каркасы с умеренными и равнопрочными участками нагрузок |
Низкоуглеродистые стали |
Требуются специальное оборудование и оснастка |
Температурные напряжения и деформации |
|
Клепкой |
Мосты, арки, эстакады, виадуки |
Стали, титан и его сплавы, алюминий и его сплавы |
То же |
Растягивающие напряжения |
|
Болтовое |
Стальные каркасы со значительными нагрузками |
Универсальный |
Необходимо наличие отверстий и укрепляющих компонентов |
Деформации сдвига |
|
С применением специальных элементов |
Наличие вибраций и/или ударов |
Нержавеющие стали |
Требуются фиксирующие штифты и зажимы |
Напряжения усталости |
|
Комбинированное |
Стальные каркасы с высокими нагрузками |
Универсальный |
Возможна регулировка параметров соединения |
Знакопеременные нагрузки, напряжения изгиба |
Ключевые аспекты
- Жесткость. Сварные швы и моментные соединения обеспечивают высокую жесткость; Болтовые углы клипса предназначены для простого сдвига.
- Нагрузка. Жесткие соединения выдерживают большие реакционные силы; Торцевые пластины сопротивляются изгибу.
- Установка. Болтовые соединения проще устанавливать на месте; сварка требует квалифицированного труда и оборудования.
- Материал. Соединения часто сочетают болтовое крепление и сварку для оптимальной работы.
Специалисты ЗАО “ТФД “Брок Инвест Сервис и К” готовы оказать квалифицированную помощь по выбору сортамента двутавров, который учитывает условия их сборки и последующей эксплуатации. Быстрая доставка фасонного проката без посредников возможна в любой регион Российской Федерации.