Балки - одни из наиболее распространенных элементов строительных конструкций. Они используются при возведении зданий и сооружений для перекрытия больших пролетов, опирания покрытий, устройства ферм и рам. Правильный выбор балок по сортаменту и профилю позволяет оптимизировать расход материалов и обеспечить требуемую прочность конструкции. В этой статье мы подробно разберем основные виды и параметры балок согласно действующим государственным стандартам.
1. Общая характеристика балок
Балка представляет собой строительную конструкцию, предназначенную для опирания на опоры и перекрытия пролетов в зданиях и сооружениях. Основное назначение балок - восприятие и передача на опоры вертикальных и горизонтальных нагрузок от собственного веса и эксплуатационных нагрузок перекрываемых конструкций (покрытий, перекрытий).
Различают следующие основные типы балок:
- Прокатные балки изготавливаются методом горячей прокатки из стали. К прокатным относятся двутавровые, швеллерные, уголковые балки.
- Сварные балки изготавливаются путем сварки отдельных элементов. Могут выполняться как по типовым, так и по нестандартным сечениям.
Основными параметрами балок являются:
- Высота балки (h) - расстояние между опорными поверхностями.
- Ширина (b) - для двутавровой балки это ширина полки.
- Толщина полки и стенки.
- Радиусы скруглений.
Балки изготавливают из сталей различных марок, а также из алюминиевых сплавов. Выбор материала зависит от условий эксплуатации конструкции и требуемых характеристик.
2. Сортамент двутавровых балок
Наиболее распространенным видом стальных прокатных балок являются двутавровые балки. Их поперечное сечение имеет характерную Н-образную форму, состоящую из двух полок и стенки.
На двутавровые балки распространяется действие следующих государственных стандартов:
- ГОСТ 8239-89 устанавливает сортамент двутавров с уклоном внутренних граней полок от 6 до 12%.
- ГОСТ 19425-74 регламентирует параметры двутавров с уклоном граней 12% и 16%.
- ГОСТ 26020-83 определяет сортамент двутавров с параллельными гранями полок.
По конфигурации сечения различают:
- Двутавры с уклоном внутренних граней полок (ГОСТ 8239, ГОСТ 19425).
- Двутавры с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020).
В таблицах ГОСТов приводятся значения основных размеров двутавров (высота, ширина и толщина полок, толщина стенки), площадь поперечного сечения, а также масса 1 пог. м балки.
Двутавры маркируются номером профиля, равным высоте балки в сантиметрах. Сортамент включает профили NoNo 10-60.
Двутавры обладают высокой несущей способностью при относительно небольшой массе. Их основной недостаток - малая устойчивость относительно вертикальной оси.
3. Сортамент швеллеров
Швеллер представляет собой горячекатаный стальной профиль, сечение которого состоит из стенки и двух полок, расположенных с одной стороны стенки под прямым или острым углом.
На швеллеры распространяется действие:
- ГОСТ 8240-89, устанавливающего сортамент швеллеров обыкновенного типа.
- ГОСТ 19425-74, регламентирующего швеллеры с параллельными гранями полок.
Основные размеры швеллеров: h - высота, b - ширина полки, l - длина полки, δ - толщина полки, S - толщина стенки.
В ГОСТах приводятся таблицы размеров швеллеров различных номеров профилей (от NoNo 10 до 40) и соответствующие значения массы 1 пог. м.
Швеллеры обладают меньшей несущей способностью по сравнению с двутаврами, зато легче и дешевле их. Из швеллеров можно изготавливать различные составные конструкции.
4. Сортамент квадратных замкнутых профилей
Квадратные замкнутые профили представляют собой элементы сечением в форме квадрата из листовой стали по ГОСТ 30245-2003.
Основные параметры сечения:
- b - ширина профиля;
- δ - толщина стенки.
Сортамент включает квадратные профили NoNo 30-200 с шагом 10 мм. Приводятся значения площади сечения, моментов инерции и массы 1 м профилей.
По сравнению с двутаврами квадратные профили обладают меньшей материалоемкостью, но при прочих равных характеристиках уступают двутаврам в несущей способности.
5. Сортамент прямоугольных профилей
Прямоугольные профили представляют собой прокат из стали или алюминиевых сплавов с поперечным сечением в форме прямоугольника.
Сортамент прямоугольных профилей регламентируется ГОСТ 8509-93. Основные параметры сечения:
- h - высота профиля;
- b - ширина профиля;
- δ - толщина профиля.
ГОСТ устанавливает размерный ряд сечений, допуски на размеры, значения площадей сечения и массы 1 пог. м прямоугольников.
Из сталей различных марок изготавливаются прямоугольники NoNo 5-40. Прямоугольные профили находят широкое применение в строительных металлоконструкциях.
6. Балки из деревянных материалов
Помимо металлических, широкое распространение в строительстве получили деревянные балки. Они регламентируются следующими стандартами:
- ГОСТ 24454-80 устанавливает размеры и технические требования для балок из цельной древесины.
- ГОСТ 8486-86 предназначен для балок из клееной древесины.
Для изготовления деревянных балок используются такие породы древесины, как сосна, ель, пихта, лиственница. Выбор зависит от климатических условий строительства.
Основные параметры сечения деревянных балок: h - высота, b - ширина, l - длина, δ - толщина.
В стандартах приведены предельные отклонения размеров, которые зависят от длины и сечения балки, породы и влажности древесины.
По сравнению с металлическими, деревянные балки обладают меньшей прочностью, зато легче и технологичнее в изготовлении и монтаже.
7. Особенности сварных балок
Сварные балки изготавливаются из стальных горячекатаных или холодногнутых профилей путем их сварки в единую конструкцию.
К преимуществам сварных балок относятся:
- Возможность изготовления нестандартных сечений, отличающихся от прокатных аналогов.
- Более высокая технологичность при монтаже конструкций.
- Экономия материала за счет подбора рациональной формы сечения.
Для сварных балок разработан сортамент типовых сечений двутавров и швеллеров. Сечения подбираются с учетом оптимизации расхода материала и обеспечения необходимой прочности.
Технология изготовления сварных балок включает в себя подготовку исходных элементов (резку, гибку, фасонную резку), сборку и сварку в единую конструкцию, контроль качества швов.
Сварные балки находят широкое применение при возведении промышленных зданий и сооружений благодаря гибкости в подборе сечений и высоким технологическим свойствам.
8. Выбор сечения балок
При проектировании конструкций важно правильно подобрать сечение балок в зависимости от действующих нагрузок и пролета. Основными критериями при этом являются:
- Обеспечение требуемой несущей способности и жесткости.
- Выбор оптимальных размеров с учетом экономии материала.
- Технологичность изготовления и монтажа конструкций.
В ряде случаев при отсутствии необходимого размера балок допускается их взаимозаменяемость. Например, двутавр может быть заменен парой уголков или системой швеллеров.
При выборе сечения необходимо учитывать также условия эксплуатации. Для агрессивных сред следует применять балки с защитными покрытиями.
Грамотный подбор балок по сортаменту позволяет создавать надежные и экономичные конструкции в различных отраслях строительства.
