Тавровые балки:использование в строительстве и изготовление

Использование балок в строительстве

Балки – одна из простейших и древнейших форм конструкций, используемых в строительстве. Балка служит для устройства кровельных покрытий и перекрытий в качестве опорной конструкции. Очевидно, что «мощность» балки определяется размером ее сечения, чем толще бревно, тем большую нагрузку оно выдерживает. Однако, еще много лет назад люди заметили, что доска, поставленная на ребро, выдерживает практически ту же нагрузку, что и бревно аналогичной толщины, но в первом случае имеет место значительная экономия материала. Кроме того, доска легче и проще в монтаже. Оказывается, при работе конструкции на изгиб значение имеет не площадь сечения, а его момент инерции, который зависит от формы сечения.

По мере активного вхождения в строительную отрасль конструкций из металла экономия материала за счет рационального выбора сечения балки стала еще более актуальной.

Форма сечения

Тавровое сечение – форма сечения в виде буквы Т. Оно может быть образовано двумя уголками, или полосами листового металла, сваренными между собой. Сечение H-образной формы, получаемое соединением двух тавровых сечений, называется двутавром. Отметим сразу, что двутавровые сечения получили большее распространение и далее, говоря о тавровых балках, будем подразумевать именно двутавровое сечение.

Рис. 1. Форма двутаврового сечения

Вертикальная часть двутаврового сечения называется стенкой, горизонтальные части – полками. Двутавровое сечение характеризуется моментами инерции по двум осям. Таким образом, подбирая высоту и толщину материала стенок и полок можно получить двутавровое сечение, которое по своим прочностным характеристикам будет в точности соответствовать тем нагрузкам, под которые оно проектируется. Материал сечения в этом случае будет использоваться в полном объеме.

Строительство промышленных зданий – область строительства, где крайне мало типовых решений, поскольку параметры здания во многом определяются технологией производства: пролеты, высота, расположение кранов и их грузоподъемность, нагрузки от технологического оборудования. Соответственно, каждый раз конструктора решает задачу сбора нагрузок и проектирования сечения несущих элементов. Использование тавровых профилей позволяет решать эту задачу наиболее точно и экономично.

Изготовление тавровых балок

Балки таврового сечения бывают двух видов: прокатные, изготавливаемые на металлургическом комбинате, и сварные, которые производят на заводе металлоконструкций из стального листа.

На металлургическом комбинате изготавливаются тавровые сечения, которые воспринимают высокие, в том числе динамические нагрузки, где использование сварных швов недопустимо. Например, железнодорожные рельсы. Только что выплавленному металлу на прокатном стане сразу придается нужная форма. Также на комбинатах изготавливаются прокатные профили, которые имеют широкий спрос в промышленности. Стоимость изготовления 1 тонны прокатного профиля, изготовленного из той же марки стали, будет ниже, чем стоимость сварной балки. Сварные балки находят свое применение, когда невозможно подобрать требуемые прочностные характеристики из имеющихся в наличии прокатных профилей – или имеет место недостаточная несущая способность, или возникает значительный перерасход металла, и прокатный профиль в итоге обходится дороже.

Рис.2. Изготовление прокатных двутавров

Как было отмечено выше, сварная балка изготавливается из листового металла Производится раскрой стальных листов заданных толщин для изготовления стенок и полок будущей балки, которые затем свариваются между собой. Сварной шов выполняется автоматической сваркой в среде защитных газов с последующим контролем его качества ультразвуком.

Рис. 3. Производство сварной балки