Сварная двутавровая балка: как изготавливается и собирается? + Видео

Сварная балка взамен горячекатаной. Расчет в Excel геометрических характеристик и сварных швов. Подбор сварной балки минимальной массы.

Расчет сварной балки в программе ООО «Конструктор Стали».

При замене примененного в проекте прокатного двутаврового профиля, на сварной вариант конструктору часто бывает необходимо выполнить расчет геометрических характеристик сечения. Рекомендую воспользоваться хорошей, на мой взгляд, программой производственно-строительной компании ООО «Конструктор Стали», которая так и называется – «Расчет сварной балки». Программу можно бесплатно скачать на сайте компании по адресу: www.constali.ru/kalkulyator-rascheta-svarnoie-balki. Калькулятор не требует установки, представляет собой exe-файл и готов к работе сразу после запуска.

Окно программы содержит три закладки.

На закладке «Инструкция» кратко, но очень информативно рассказано, как пользоваться программой.

Сварная балка - инструкция

На закладке «Расчет сварной балки» можно выбрать сварной аналог горячекатаного двутавра или создать свой вариант. Программа мгновенно рассчитает важнейшие характеристики профиля и выведет их в удобной для сравнения форме.

Сварная балка - расчет

Подобранная или созданная сварная балка может быть выведена на печать в виде не совсем оформленного чертежа.

Сварная балка - чертеж

На закладке «Подбор балки с минимизацией веса» по заданным геометрическим характеристикам и диапазонам размеров сечения пользователь может решить очень важную задачу – найти размеры самого легкого двутавра, удовлетворяющего исходным данным. Полученный результат также можно вывести на печать в виде чертежа.

Сварная балка - подбор

Замечательный калькулятор! Частью функций можно воспользоваться в on-line режиме, не скачивая программы.

Но, есть одно «но»… В программе не упоминаются и не учитываются сварные швы – про них будто забыли, хотя увеличить на 4% массу балок – не забыли… Конечно, влияние сечений швов на геометрические характеристики незначительно, но для прочности сварной балки в целом размеры сварных швов чрезвычайно важны.

О новой технологии частного домостроения

Сегодня производство сварных двутавровых балок запущено по всей стране, и востребовано даже в частном домостроении. А всему этому виной новые дизайнерские и архитектурные решения! Их современные объемные планировочные проекты требуют особого качества несущего каркаса и надежного перекрытия, которое будет наиболее эффективным при больших пролетах – от 7 метров.

Вы наверняка, замечали насколько загородные коттеджные дома и подобные им постройки по своему только внешнему виду отличается от исконно русской избушки. А вот теперь представьте, насколько отличается их архитектура и принципы строительства! Вот почему стальные двутавровые балки сегодня стали активно применяться для перекрытия пролетов от 4 до 18 м, а для их производства используется как углеродистая, так и низколегированная сталь, которая гарантирует нужные качества и прочность.

Для изготовления таких балок даже существует свой ГОСТ и необходимые сертификаты. Касательные напряжения у них принимаются сплошными стенками, а сжимающие и растягивающие напряжения равномерно распределяются по длине. Чтобы вам было более понятно, роль у такой вертикальной стенки по сути та же, что у зигзагообразной решетки в металлической ферме. Хотя на первый взгляд такие балки не выглядят слишком прочными или монолитными:

Новости

Уборка снега Трактором-погрузчиком

11.12.18

Уборка снега трактором любых территории организаций, частного дома или коттеджа
 Отлично подходит для мест, где трудно развернуться но нужно чистить много снега..

 Зимой во всеоружии!

Изготовление износостойкой защиты ковшей эксковаторов-погрузчиков, тракторов

11.09.18

Компания «Монтажник» производит износостойкие ножи для ковшей экскаваторов- погрузчиков и тракторов по чертежам или эскизам заказчиков, изготавливает комплектующие для защиты и усиления ковшей (защита ножа, щеки, внутренние и внешние футеровки, усиление кронштейна, упорной балки, накладки на боко

Изготовление двутавровых металлоконструкций

Процесс изготовления металлических балок, имеющих Н — образное (или двутавровое) сечение, достаточно сложен. Для получения на выходе качественной конструкции, необходимо использование проверенного высококачественного сырья, современных высокотехнологичных производственных механизмов, а также присутствие высококвалифицированных кадров. В то же время, необходим качественный входной контроль, всесторонний контроль всех этапов изготовления и обработки элементов, а также контроль изделий на выходе. Только такой подход к производству, способен гарантировать высочайшее качество и эксплуатационные характеристики готового изделия.

Что собой представляет сварной двутавр?

По своему типу сечения двутавровые металлические балки сегодня принято делить на прокатные или составные, которые называются еще сварными. Сварная двутавровая балка  – это особый вид фасонного металлического проката в форме наклонного или горизонтального бруса. Изготавливают ее сегодня из углеродистой и низколегированной стали, обязательно высокого качества.

Давайте перечислим основные преимущества двутавровых сварных балок:

  • Перекрывают большие пролеты со значительным нагрузками.
  • Идеально перераспределяют горизонтальные и вертикальные нагрузки.
  • Прекрасно работают на изгиб благодаря жесткости профиля балки.
  • Не горят и не теряют свою несущую способность при нагревании даже достаточно высокими температурами.
  • Устойчивы к биологическим воздействиям.
  • Отлично подходят для строительства конструкции быстровозводимых зданий.
  • Позволяют значительнее снизить массу всей конструкции, по сравнению с горячей корнями.
  • Изготавливаются также с полностью ассиметричным сечением.

Вот почему такие сварные балки используются сегодня и в строительстве жилых домов, и для промышленных комплексов, и даже для мостов и тоннелей. Казалось бы, что такая балка будет слишком тяжелой для частного домостроительства, но на самом деле применение стальных двутавров позволяет в итоге сократить общий вес несущих конструкций. Но помните, что в отношении к перекрытию из сварных стальных двутавров существуют свои строгие требования:

Стандарт изготовления сварных двутавровых балок

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.

Что это такое

Наиболее часто в строительстве используется двутавровая балка – это металлическое соединение, состоящее из стенки и верхней и нижней полки, грубо говоря, ее профиль поход на русскую букву «Н», то есть имеется стенка и по обеим сторонам присутствуют две полки. Такой тип металлоконструкции может быть сварным или прокатным, все зависит от способа изготовления.

Прокатная балка изготавливается на прокатных станах из цельного слитка. В процессе прохождения через прокатные плети металл меняет форму и на выходе получается цельный металлический двутавр..

Сварная балка изготавливается путем сварки трех элементов – пояса и двух стенок в единую металлическую конструкцию. Сварные балки чаще всего изготавливаются из стали различных марок.

Преимущества сварного метода производства балок

Сегодня металлические двутавровые балки для строительной сферы изготавливают двумя основными способами: горячекатным и сваркой. Сварная двутавровая балка обладает большими преимуществами по сравнению с прокатной. У нее и прочностные характеристики лучше, а масса при этом ниже на целых 30%. И все благодаря тому, что расчет сварной двутавровой балки предполагает грамотное сочетание разных марок стали. Вот почему сварная балка в промышленном изготовлении получается дешевле, чем горячекатаная.

Также по себе сварка как метод хороша тем, что при помощи нее балки из металла можно делать самых разных размеров, даже высотой до 4 метров и более, а ведь это все невозможно провернуть с горячекатными балками. Кроме того, только таким методом реально изготовить балку с разной шириной по всей длине.

Зачем создавать балки с переменным сечением, спросите вы? Дело в том, что такие балка куда более экономна, чем полки с постоянным профилем. Ведь даже человек, который далек от строительства понимает, что в разных местах балки после ее монтажа должно будет воздействовать разное напряжение: где-то она почти не нагружена, а где-то работает на износ. Вот в таких «важных» местах ее делают потолще, а где можно – рационально экономят на материале.

Кроме того, если мы говорим конкретно о сварной балке, то для ее изготовления задействуют самые разные сорта стали. Этот прием позволяет уменьшить металлоемкость. Почти вся балка состоит из обычной стали, а самая ее напряженная часть – из стали повышенной прочности, а наименее напряженная – из низкоуглеродистой стали. Благодаря всему этому стоимость балки при этом снижается на 5%, что достаточно ощутимо.

Расчет и изготовление сварного двутавра

Качественная саварка двутавровых балок для перекрытия потребует от вас большого внимания и ответственности. Вам нужно будет рассчитать все предстоящие нагрузку на конструкцию в общем и на места соединения сами балок.

На одно только проектирование и планирование двутавровых металлических сварных балок уходит очень много времени. А поэтому мы рекомендуем вам ориентироваться на габариты и предназначения готовой продукции от производителей.

Современный рынок предлагает достаточно большое многообразие размеров готовых двутавровых балок со своими обозначениями и видами. Габариты балки определяют по номеру, который указывает расстояние между внешними гранями, параллельными друг другу.

Например, маркировкой К обозначает колонны и балки, которые должны выдерживать огромные нагрузки.  Учитывайте, что существует также определенный вид балок, который применяется не для перекрытий, а для создания только тяжелого оборудования и машин. У таких балок свои нормативы изготовления и свойства.

Для меньших нагрузок подходят широкополочные конструкции. И прочность таких балок будет напрямую зависеть от длины, формулы поперечного профиля, задействования сырьевой базы и способов изготовления, т.е. технологии металлопроката. Вот стандартная сварная балка для частного домостроения:

Параметры сварной балки

Вот параметры стальных сварных двутавров для изготовления таких балок:

Размеры и масса сварной двутавровой балки

Как самостоятельно сварить балку?

Если у вас есть уже какое-либо опыт работы с подобным материалом, и вы хотите изготовить сварные балки для строительства своего дома самостоятельно, в качестве основы вам понадобится легированный стальной лист. Горячекатный метод изготовления в домашних условиях довольно сложен, поэтому вам действительно больше подойдет сварной. Это ответственная задача, поэтому если у вас есть возможность, рациональнее сразу пригласить опытного сварщика.

После того как будут готовы отдельные элементы, произведите сборку конструкции выбранным методом сварки. Сначала вам нужно будет установить вертикальную стенку и закрепить ребра жесткости и придавить все хомутами. Готовую балку обязательно нужно защитить специальным покрытием, чтобы в условиях агрессивной среды у нее не пошла коррозия.

Как избежать деформации?

Если допускать ошибки в процессе изготовления, то можно столкнуться с такими неприятными деформациями балки, которые в будущем значительно усложнят процесс монтажа:

Как сварить балку своими руками?

Поясним подробнее. Ваша главное ваша задача при изготовлении сварных балок состоит в том, чтобы потом  состыковать потом детали так, чтобы шов не работал на растяжение.

Еще учитываете такой немаловажный факт, что сама сварка дает некоторое напряжение в балке, и это не всегда заметно глазу. А поэтому желательно сразу же не приваривать к ней следующую деталь. Просто слегка выгоните шов назад, и балка будет ровной.

Сравнения: чтобы избежать каких-либо деформаций балки, особенно для обустройства междуэтажного перекрытия, в заводских условиях ее подвергают специальной обработке:

Этапы изготовления сварных балок

Если вы беретесь за изготовление такой балки самостоятельно, вам помогут во всем разобраться такие этапы:

Изготовление сварных двутавровых балок из металла

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.

Узлы крепления сварных двутавровых балок

Итак, теперь давайте разберемся с опорными узлами металлических двутавровых балок. Опирание их на стальную колонну (опору) может быть жестким или шарнирным, то есть подвижным.

Само соединение готовых сварных балок между собой в процессе монтажа можно осуществлять двумя способами:

  • Первый из которых заключается в том, что двутавры приваривают сначала к специальной пластине, а сварку осуществляют уже по контуру профиля при помощи угловых швов. Преимущество именно этого метода в том, что не приходится разделять кромки балок.
  • Второй способ заключается в том, чтобы использовать накладки, которые монтируются симметрично к продольной оси, обрезаются и обвариваются косыми швами. Благодаря этому получается избежать проблем с наложением сварного шва по всей стороне накладки. Этот метод сварки пододит для конструкций с незначительной нагрузкой в будущем, т.е. как раз для строительства частного жилого дома.
  • Также сварные балки можно соединить болтовым соединением – это разъемный метод, который нужен для того, чтобы в конструкции отсутствовало остаточное напряжение, а сама конструкция перекрытия была стойкой к ударным и вибрационным нагрузкам. А также тогда, когда нет возможности пригласить профессионалов-сварщиков.

Вот интересное видео сравнения обоих видов соединения балок:

Как вы уже поняли, в большинстве случаев металлическую сварную балку соединяют при помощи сварки, реже болтами и еще реже – на заклепки. Все это напрямую влияет на стоимость монтажа таких балок.

Что касается заклепок, работа с ними наиболее трудоемкая, хотя порой, к сожалению, не обойтись без таких элементов. Например, если балка будет постоянно подвергаться вибрации (будет использоваться такое оборудование), тогда нельзя ее слишком жестко связывать с конструкцией.

Если же вы собираетесь соединить всю металлоконструкцию болтами, тогда:

  1. Вам понадобятся крепежные изделия с нормальной и повышенной точностью. Только в местах тех соединений, где будет нагрузка на срез, нельзя использовать болты нормальной или грубой точности.
  2. Вам нужно будет заранее проделать просветы на балке (или заказать подобное еще на производстве) так, чтобы внешний диаметр самого отверстия был больше внешнего диаметра болта всего на 2-3 мм. Такая конструкция будет стойкой к деформации, да и сборка в общем попроще.
  3. Соединение с болтами повышенной точностью хорошо подходит для труднодоступных мест, где невозможны заклепочные соединения. Но здесь диаметр отверстий нужно сделать больше уже на 0,3 мм, чтобы крепеж мог легко выдерживать предстоящую нагрузку.

Итак, рассмотрим теперь такой важный этап, как варка главной балки со второстепенной. Делайте все шаг за шагом:

  • Шаг 1. В верхней части основной балки сделать треугольный вырез точного размера.
  • Шаг 2. Приварить накладку к нижней части основной балки.
  • Шаг 3. В нижней части вспомогательной балки сделать вырезы, которые будут равны половине ширины нижней части основной балки.
  • Шаг 4. Теперь верхнюю часть второстепенной балки нужно сформировать в треугольную форму, такую же, как была вырезана в верхней части главной балки.
  • Шаг 5. Далее осуществляем монтаж: сначала главной балки, затем второстепенный, и все это – методом использования накладки.
  • Шаг 6. И, наконец, последний этап – это монтаж примыкания верхних частей и стенок, где к нижним частям балок тоже приваривается накладка.

Закрепить металлические двутавры между собой вы также можете методом болтового соединения. Это способ необходим тогда, когда время от времени вам придется осуществлять монтаж или демонтаж конкретного узла. Преимущество такого соединения в том, что в конструкции не будет остаточного напряжения. Что уже само по себе хорошо, ведь тогда перекрытие окажется более устойчиво к ударным нагрузкам, и, кроме того, для создания узла вам не понадобится приглашать профессионального сварщика.

Жесткий узел: для статических нагрузок

Т.е. балка может опираться сверху, прямо на центр профиля колонны или же балку крепят сбоку. Тогда в колоне возникает но только сжимающая нагрузка, но действие всех сил, поэтому ту приходится делать более крепкой и надежной, а это уже перерасход металла.

Иногда также через пролет приходится класть две балки, тогда их соединяют между собой при помощи болтов и между двумя ребрами устанавливают пластины. При этом важно помнить, что металлы подвержены тепловому расширению из-за перемены температур, а потому нужно оставить небольшое расстояние для их малозаметного движения.

Чтобы передать поперечную силу давления, ребро балки ставится так, чтобы при монтаже она была прямо над полкой колонны. При этом балку соединяют с колонной при помощи специальной накладной пластины, и желательно сразу же с обеих сторон. Но так, чтобы не создавать слишком жесткого узла.

Вот хороший пример, как сочетают сварные балки на двух пролетах, чтобы не создавать точечного напряжения на промежуточную стену перекрытия:

Монтаж сварной балки своими руками

Чтобы создать жесткое соединение балки, вам необходимо будет болтовое соединение или сварочное:

Шарнирный узел: для динамических нагрузок

Теперь о шарнирном опирании сварной балки. Создается оно при помощи опорного ребра на опорном столике, куда будет передаваться вся нагрузка. Сам столик вам нужно будет сделать из листовой стали.

Приварите столик по трем сторонам балки и сделайте его ширину при этом больше на 2-3 см, чем ребро балки. Так опорное ребро должны полностью лечь на опорный столик.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

M – момент, изгибающий момент;

N – продольная сила;

I_fx, I_fy- момент инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;

I_zx, I_zy- моменты инерции расчетного сечения по металлу границы сплавления относительно его главных осей;

R_u – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению;

R_un – временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению _т по государственным стандартам и техническим условиям на сталь;

R_wf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва;

R_wu – расчетное сопротивление стыкового сварного соединения сжатию, растяжению, изгибу по временному сопротивлению;

R_wun – нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению;

R_ws – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сдвигу;

R_wy – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести;

R_wz – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления;

R_y – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;

R_yn – предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести (_т) по государственным стандартам и техническим условиям на сталь;

W_f, W_z – моменты сопротивления расчетных сечений соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления;

K_f – катет углового шва;

l_w – длина сварного шва;

t – толщина;

_f, _z – коэффициенты для расчета углового шва соответственно по металлу и по металлу границы сплавления;

_c – коэффициент условий работы;

_m – коэффициент надежности по материалу;

_u – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению;

_wf , _wz – коэффициенты условий работы соответственно металла шва и металла границы сплавления;

wm – коэффициент надежности по материалу шва;

_zm – коэффициент надежности по материалу границы сплавления.

Классификация горячекатаного двутавра

По форме сечения горячекатаный двутавр разделяют на две группы: с уклоном внутренних граней полок (изготавливается по ГОСТам 8239-89 и 19425-74 для специальных видов) и с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83).

Двутавровая балка с уклоном внутренних граней полок

Продукция, производимая по ГОСТу 8239-89, имеет допустимый уклон граней не более 12%. Точность прокатки: повышенная («Б») и обычная («В»).

Балки специального назначения (ГОСТ 19425-74) используются для:

  • «М» – сооружения подвесных путей (уклон внутренних граней полок не более 12%);
  • «С» – армирования шахтных стволов (уклон может достигать 16%).
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки