Руководство по изготовлению двутавровой балки: размеры, преимущества и особенности сварки

Несущие стальные каркасы в коммерческих и промышленных зданиях зависят от одной секции больше, чем от любой другой: двутавровой балки. В строительстве двутавровая балка представляет собой горячекатаный профиль из конструкционной стали, поперечное сечение которого выглядит как заглавная буква H, с двумя широкими параллельными полками, соединенными одной вертикальной стенкой. Строители и производители выбирают его, потому что он обеспечивает лучшее соотношение прочности и веса, чем большинство других прокатных профилей, охватывает большие расстояния с меньшим количеством колонн и создает плоские поверхности, которые упрощают болтовые и сварные соединения. В этом руководстве объясняется, что включает в себя конструкция двутавровых балок, чем двутавровые балки отличаются от двутавровых, какие стандартные размеры указывать и почему качество сварки влияет на конечный результат.

Что такое двутавровая балка в строительстве?

Двутавровая балка представляет собой широкополочный стальной профиль с параллельными гранями полок, что делает его наиболее универсальным прокатным профилем для колонн, балок, связных рам и переходных балок в стальных конструкциях.

Три части определяют поперечное сечение: вертикальная стенка сопротивляется силам сдвига, две горизонтальные полки сопротивляются изгибу, а радиусы скруглений сглаживают переход между стенкой и полкой, чтобы уменьшить концентрацию напряжений. Обозначения различаются в зависимости от стандарта: метрические сечения H обозначаются как H 400 x 200, широкополочные формы для Северной Америки — как W12x26, а европейские сечения — как HEA, HEB или HEM.

Двутавровые балки доставляются на строительную площадку двумя маршрутами. Мелкие и средние профили подвергаются горячей прокатке одной деталью на сталелитейном заводе. Более крупные или нестандартные секции, обычно выше H 400, изготавливаются путем сварки трех пластин в сварную двутавровую балку. Этот второй путь превращает простую закупку материала в контролируемую сварочную операцию, поэтому производственные возможности имеют такое же значение, как и марка стали в конструкции двутавровых балок.

Почему конструкция двутавровой балки доминирует над стальным каркасом

H-балки доминируют в современных стальных каркасах, поскольку они несут большую нагрузку на килограмм стали, сопротивляются изгибу в обоих направлениях и соединяются быстрее, чем швеллеры, уголки или двутавровые профили аналогичного веса.

• Соотношение прочности и веса: широкие полки удерживают материал далеко от нейтральной оси, поэтому стандартный профиль В 300 х 300 обеспечивает момент сопротивления примерно 1400 см³ при весе около 95 кг на метр.
• Длинные пролеты: двутавровые балки обычно имеют пролет от 6 до 12 м в системах перекрытия и достигают длины от 15 до 30 м при использовании в качестве переходных балок или портальных стропил.
• Устойчивость к двустороннему изгибу: глубина и ширина одинаковы, поэтому секция выдерживает боковые и осевые нагрузки без дополнительных распорок.
• Более простые соединения: к параллельным фланцам можно подключать торцевые пластины, опорные пластины и соединения балок без конических прокладок.
• Доступность на местном уровне: стальные профили стандартных размеров имеются на складах трейдеров по всему миру, а специальные секции могут быть сварены на заказ.

H-луч против I Beam: что указать

Используйте двутавровую балку для колонн, сильно нагруженных балок и моментных рам; выбирайте двутавровую балку только для малонагруженных элементов с короткими пролетами, где допустимы конические полки и меньший вес.

Разница геометрическая. H-образная балка имеет широкие полки, параллельные друг другу и почти равной толщины стенке, тогда как двутавровая балка S-образной формы имеет более узкие полки с наклонными внутренними гранями. Параллельный фланец двутавровой балки позволяет осуществлять прямую опору, плотное затягивание болтов и сварку с полным проваром; фланец конической двутавровой балки концентрирует напряжения соединения и обычно требует шайб или прокладок.

Стандартные размеры двутавровых балок и как их читать

Прочтите обозначение двутавровой балки как номинальную высоту x ширину полки x толщину стенки x толщину полки, например H 400 x 200 x 8 x 13 мм, и всегда проверяйте, какому стандарту соответствуют размеры, поскольку в GB/T 11263, JIS G3192, EN 10034 и ASTM A6 используются разные системы допусков и классификации.

Для балки перекрытия согласно общему правилу эксплуатации прогиб под динамической нагрузкой должен быть ниже пролета/360 (L/360). Метод выбора всегда один и тот же: рассчитайте требуемый момент сопротивления сечения, выберите пробное сечение из стандартных таблиц, проверьте прогиб и сдвиг, затем убедитесь, что соотношение ширины полки и стенки к толщине остается в компактном или полукомпактном классе, поэтому локальное выпучивание не снижает грузоподъемность.

Типичные применения в строительстве двутавровых балок

H-балки несут каркас большинства нежилых стальных зданий: от одноэтажных портальных навесов до высотных башен, мостовых настилов и конструкций тяжелых промышленных предприятий.

• Каркасы зданий: колонны и балки в средне- и высотных конструкциях с подкосным или моментоустойчивым каркасом.
• Промышленные здания: портальные конструкции и крановые здания со световыми пролетами от 18 до 36 м.
• Мосты: главные балки, поперечные балки и опоры пешеходных дорожек.
• Фундаменты: H-образные сваи, забитые в скальную породу, для глубоких фундаментов и морских сооружений.
• Энергетические и технологические предприятия: трубные эстакады, платформы для оборудования и внутренние платформы ветряных башен.
• Мезонин и цокольные этажи: второстепенные балки, поддерживающие бетонные плиты или решетки.

Рекомендации по сварке, определяющие срок службы двутавровой балки

Операциями с наибольшим риском при строительстве двутавровых балок являются продольные сварные швы стенки с полкой на сборных участках и соединения с полным проваром, выполняемые на месте. Дефектные сварные швы приводят к растрескиванию и деформации задолго до того, как балка достигнет расчетной нагрузки, поэтому качество сварных швов является реальным фактором, определяющим срок службы рамы.

Для сварной составной двутавровой балки требуется четыре непрерывных угловых сварных шва, по два с каждой стороны стенки. Сварка под флюсом (SAW) является стандартным процессом, поскольку она обеспечивает высокую степень наплавки, низкий уровень содержания водорода и отсутствие брызг на прямом непрерывном шве. Типичная производственная установка использует стрела колонны для сварки под флюсом который перемещается по всей длине балки, пока балка поддерживается на приводных роликовых стойках.

SAW Производители колонн и стрел, Компания Wuxi WeldNice Heavy Industry Technology Co., Ltd - китайский производитель и компания колонн и стрел SAW, поддержка индивидуальной настройки, компания ... Посмотреть продукт →

Подгонка определяет результат сварки. Перед распиловкой зазор между стенкой и фланцем должен составлять 1 мм или менее; большие зазоры вызывают прожоги, неполное проваривание и чрезмерное армирование. Для небольших сборок поверните компонент, чтобы разместить каждый сварной шов в плоском положении с помощью наклонный сварочный позиционер уменьшает количество дефектов и значительно повышает скорость осаждения.

Поставщики наклонно-сварочных позиционеров 1,5 т, завод OEM/ODM - Wuxi WeldNice Heavy In Wuxi WeldNice Heavy Industry Technology Co., Ltd является китайским поставщиком сварочного позиционера с наклоном 1,5 т и заводом OEM / ODM. Сварочный позиционер с наклоном 1,5 т ... Посмотреть продукт →

Контроль искажений не менее важен. Стандартными контрмерами являются сбалансированная последовательность сварки, прижатие фланцев к стенке перед сваркой, отступание длинных швов и обеспечение остывания балки между проходами. На месте соединения колонн и балок используют стыковые сварные швы с полным проваром и подкладными стержнями; стали с углеродным эквивалентом выше примерно 0,42, такие как S355JR или Q355B в толстых сечениях, требуют предварительного нагрева от 75 до 100 градусов C и контроля температуры между проходами. Ультразвуковой или магнитопорошковый контроль должен проводиться после каждого сварного шва.

Движение к автоматизированная сварка при изготовлении конструкций дело не только в скорости. Автоматизированные системы считывают шов, поддерживают постоянный угол горелки и регистрируют параметры сварки, что обеспечивает повторяемость, которую не может гарантировать ручная сварка на швах длиной от восьми до двенадцати метров.

Наконец, защитите готовый каркас: выполните пескоструйную обработку до степени подготовки поверхности Sa 2,5, нанесите грунтовку с высоким содержанием цинка и обеспечьте противопожарную защиту, обычно вспучивающимся покрытием или плитой, чтобы соответствовать требуемому периоду огнестойкости, предусмотренному строительными нормами.

Контрольный список закупок двутавровой балки

Покупайте двутавровые балки в соответствии с документально подтвержденным сортом, стандартом и сертификатом завода и проверяйте поставленные допуски, прежде чем принять партию.

1. Определите определяющий вариант нагрузки и предел прогиба, прежде чем выбирать сечение; правило пролета/360 для перекрытий и пролета/240 для элементов крыши являются общими отправными точками.
2. Отдавайте предпочтение стандартному размеру. Нестандартные размеры означают скользящий минимум, более длительные сроки выполнения заказа и более высокие цены.
3. Подтвердите марку стали и ее эквивалент в соответствии со стандартами, например S355JR, Q355B или ASTM A992, и убедитесь, что прочность присадочного металла соответствует прочности основного металла.
4. Запросите сертификат заводских испытаний и проверьте предел текучести, предел прочности и углеродный эквивалент. Углеродный эквивалент выше примерно 0,45–0,50 требует квалифицированной процедуры сварки с предварительным нагревом.
5. Проверьте допуски на прокатку при доставке: прямоугольность полки, прямолинейность стенки и развал. Типичные пределы приемлемости составляют от 1 до 2 мм на метр длины.
6. Планируйте сварочные работы вместе с производителем: наклонный позиционер или стрела колонны экономят часы на тонну сваренной двутавровой балки по сравнению с ручной сваркой в ​​неудобных положениях.

Часто задаваемые вопросы по конструкции двутавровых балок

В чем основное отличие двутавровой балки от двутавровой?

Двутавровая балка имеет широкие параллельные полки и допускает изгиб в обоих направлениях, а двутавровая балка имеет конические полки, меньше весит и предназначена в основном для изгиба вокруг одной оси. Используйте двутавровые профили для колонн и тяжелонагруженных балок.

Как далеко может пролетать двутавровая балка без промежуточной опоры?

Типичная балка перекрытия имеет длину от 6 до 12 м; переходные балки и портальные стропила достигают высоты от 15 до 30 м. Более длинные пролеты возможны с более глубокими секциями или фермами, но момент сопротивления, предел прогиба и способность к сдвигу всегда должны проверяться расчетом.

Можно ли использовать двутавровые балки в жилищном строительстве?

Да. Секции меньшего размера, такие как H 100–H 200, используются в качестве колонн в подвалах, перемычек над широкими гаражными проемами и балок, поддерживающих полы или участки крыши, где каменная кладка или древесина не могут перекрыть зазор.

Нужна ли двутавровым балкам противопожарная защита?

В большинстве строительных норм да. Сталь защищают вспучивающейся краской, плитой или бетонной оболочкой для достижения требуемой огнестойкости, обычно от 60 до 120 минут, поскольку голая сталь быстро теряет прочность при температуре выше 500 градусов C.

Почему некоторые двутавровые балки изготавливаются сваркой, а не прокаткой?

Потому что станы прокатывают лишь ограниченный диапазон размеров. Если в конструкции требуется H 600 x 300 со специальной толщиной стенки, производитель сваривает три пластины в сборную секцию. Качество сварки, контроль искажений и контроль становятся критически важными, и именно на этом этапе правильное оборудование имеет измеримое значение.

Итог: конструкция двутавровой балки обеспечивает минимальную стоимость установки для большинства зданий со стальным каркасом, если сечение указано правильно, а сварка контролируется от первой прихватки до окончательного соединения. Выберите размер, имеющийся на складе, проверьте марку и углеродный эквивалент и предоставьте производителю оборудование, которое обеспечивает ровность сварных швов и малую деформацию. Самый экономичный брус – это не тот, у которого самая низкая цена за тонну; это тот, который решает меньше всего проблем. Если вы настраиваете или модернизируете линию сварки двутавровых балок, ознакомьтесь с тем, как специализированный производитель сварочного оборудования позиционирует, поворачивает и выравнивает заготовку, поскольку погрузочно-разгрузочное оборудование часто определяет качество сварки еще до включения горелки.