Зварна двотаврова балка: виробництво, розрахунок, зварювання

Застосовується металева зварна двотаврова балка для зведення конструкцій і перекриттів вже давно. Але до цього часу в Росії її застосування було жорстко обмежена сферою промислового будівництва, тобто коли зводяться дійсно грандіозні конструкції, яким все повинно бути байдуже.

І тільки в останні роки стали з’являтися такі види двотаврових балок, які дійсно можна застосовувати при будівництві нові будинки звичайного житлового будинку. Ви замислюєтеся саме про такий перекритті? Тоді ми допоможемо вам вивчити всі особливості його виготовлення!

Про нової технології приватного житлового будівництва

Сьогодні виробництво зварних двотаврових балок запущено по всій країні, і затребуване навіть в приватному житловому будівництві. А всьому цьому виною нові дизайнерські та архітектурні рішення! Їх сучасні об’ємні планувальні проекти вимагають особливої якості несучого каркаса і надійного перекриття, яке буде найбільш ефективним при великих прольотах – від 7 метрів.

Ви напевно, помічали наскільки заміські котеджні будинки і подібні до них будівлі за своїм тільки зовнішнім виглядом відрізняється від исконно русской хатинки. А ось тепер уявіть, наскільки відрізняється їх архітектура і принципи будівництва! Ось чому сталеві двотаврові балки сьогодні стали активно застосовуватися для перекриття прольотів від 4 до 18 м, а для їх виробництва використовується як вуглецева, так і низьколегована сталь, яка гарантує потрібні якості і міцність.

Для виготовлення таких балок навіть існує свій ГОСТ і необхідні сертифікати. Дотичні напруження у них приймаються суцільними стінками, а стискають і розтягують напруги рівномірно розподіляються по довжині. Щоб вам було зрозуміліше, роль у такій вертикальної стінки по суті та ж, що у звивистій решітки в металевій фермі. Хоча на перший погляд такі балки не виглядають занадто міцними або монолітними:

Що собою являє зварений двутавр?

За своїм типом перетину двотаврові металеві балки сьогодні прийнято ділити на прокатні або складові, які називаються ще звареними. Зварна двотаврова балка – це особливий вид фасонного металевого прокату в формі похилого або горизонтального бруса. Виготовляють її сьогодні з вуглецевої і низьколегованої сталі, обов’язково високої якості.

Давайте перерахуємо основні переваги двотаврових зварних балок:

Перекривають великі прольоти зі значним навантаженням.
Ідеально перерозподіляють горизонтальні і вертикальні навантаження.
Прекрасно працюють на вигин завдяки жорсткості профілю балки.
Чи не горять і не втрачають свою несучу здатність при нагріванні навіть досить високими температурами.
Стійкі до біологічних впливів.
Дуже добре підходять для будівництва конструкції швидкомонтованих будівель.
Дозволяють значніше знизити масу всієї конструкції, в порівнянні з гарячою корінням.
Виготовляються також з повністю асиметричним перетином.

Ось чому такі зварні балки використовуються сьогодні і в будівництві житлових будинків, і для промислових комплексів, і навіть для мостів і тунелів. Здавалося б, що така балка буде занадто важкою для приватного домобудівництва, але насправді застосування сталевих двотаврів дозволяє в підсумку скоротити загальну вагу несучих конструкцій. Але пам’ятайте, що в ставленні до перекриття із зварених сталевих двотаврів існують свої суворі вимоги:

Зварна двотаврова балка: самостійний розрахунок, виготовлення і монтаж

Переваги зварного методу виробництва балок

Сьогодні металеві двотаврові балки для будівельної сфери виготовляють двома основними способами: горячекатним і зварюванням. Зварна двотаврова балка володіє великими перевагами в порівнянні з прокатної. У неї і міцності краще, а маса при цьому нижче на цілих 30%. І все завдяки тому, що розрахунок зварної двотаврової балки передбачає грамотне поєднання різних марок сталі. Ось чому зварна балка в промисловому виготовленні виходить дешевше, ніж гарячекатана.

Також по собі зварювання як метод хороша тим, що за допомогою неї балки з металу можна робити найрізноманітніших розмірів, навіть висотою до 4 метрів і більше, але ж це все неможливо провернути з горячекатнимі балками. Крім того, тільки таким методом реально виготовити балку з різною шириною по всій довжині.

Навіщо створювати балки зі змінним перетином, запитаєте ви? Справа в тому, що такі балка куди більш економна, ніж полки з постійним профілем. Адже навіть людина, яка далека від будівництва розуміє, що в різних місцях балки після її монтажу повинно буде впливати різний напруга: десь вона майже не навантажена, а десь працює на знос. Ось в таких «важливих» місцях її роблять товстіший, а де можна – раціонально економлять на матеріалі.

Крім того, якщо ми говоримо конкретно про зварної балки, то для її виготовлення задіють самі різні сорти стали. Цей прийом дозволяє зменшити металоємність. Майже вся балка складається зі звичайної сталі, а сама її напружена частина – зі сталі підвищеної міцності, а найменш напружена – з низьковуглецевої сталі. Завдяки всьому цьому вартість балки при цьому знижується на 5%, що досить відчутно.

Розрахунок і виготовлення зварного двутавра

Якісна Саварка двотаврових балок для перекриття зажадає від вас великої уваги і відповідальності. Вам потрібно буде розрахувати всі майбутні навантаження на конструкцію в загальному і на місця з’єднання самі балок.

На одне тільки проектування і планування двотаврових металевих зварних балок йде дуже багато часу. А тому ми рекомендуємо вам орієнтуватися на габарити і призначення готової продукції від виробників.

Сучасний ринок пропонує досить велике різноманіття розмірів готових двотаврових балок зі своїми позначеннями і видами. Габарити балки визначають по номеру, який вказує відстань між зовнішніми гранями, паралельними один одному.

Наприклад, маркуванням До позначає колони і балки, які повинні витримувати величезні навантаження. Враховуйте, що існує також певний вид балок, який застосовується не для перекриттів, а для створення тільки важкого устаткування і машин. У таких балок свої нормативи виготовлення і властивості.

Для менших навантажень підходять широкополочні конструкції. І міцність таких балок буде прямо залежати від довжини, формули поперечного профілю, задіяння сировинної бази і способів виготовлення, тобто технології металопрокату. Ось стандартна зварна балка для приватного житлового будівництва:

Ось параметри сталевих зварних двотаврів для виготовлення таких балок:

Як самостійно зварити балку?

Якщо у вас є вже якесь досвід роботи з подібним матеріалом, і ви хочете виготовити зварні балки для будівництва свого будинку самостійно, в якості основи вам знадобиться легований сталевий лист. Горячекатний метод виготовлення в домашніх умовах досить складний, тому вам дійсно більше підійде зварений. Це відповідальне завдання, тому якщо у вас є можливість, раціональніше відразу запросити досвідченого зварювальника.

Після того як будуть готові окремі елементи, зробіть збірку конструкції обраним методом зварювання. Спочатку вам потрібно буде встановити вертикальну стінку і закріпити ребра жорсткості і придавити все хомутами. Готову балку обов’язково потрібно захистити спеціальним покриттям, щоб в умовах агресивного середовища у неї не пішла корозія.

Як уникнути деформації?

Якщо допускати помилки в процесі виготовлення, то можна зіткнутися з такими неприємними деформаціями балки, які в майбутньому значно ускладнять процес монтажу:

Пояснимо докладніше. Ваша головна ваша задача при виготовленні зварних балок полягає в тому, щоб потім зістикувати потім деталі так, щоб шов не працював на розтягнення.

Ще враховуєте такий важливий факт, що сама зварювання дає деяку напругу в балці, і це не завжди помітно для ока. А тому бажано відразу ж не приварювати до неї наступну деталь. Просто злегка виженете шов назад, і балка буде рівною.

Порівняння: щоб уникнути будь-яких деформацій балки, особливо для облаштування міжповерхового перекриття, в заводських умовах її піддають спеціальній обробці:

Якщо ви беретеся за виготовлення такої балки самостійно, вам допоможуть у всьому розібратися такі етапи:

Вузли кріплення зварних двотаврових балок

Отже, тепер давайте розберемося з опорними вузлами металевих двотаврових балок. Спирається їх на сталеву колону (опору) може бути жорстким або шарнірним, тобто рухомим.

Саме з’єднання зварних балок між собою в процесі монтажу можна здійснювати двома способами:

Перший з яких полягає в тому, що двутаври приварюють спочатку до спеціальної пластині, а зварювання здійснюють вже по контуру профілю за допомогою кутових швів. Перевага саме цього методу в тому, що не доводиться розділяти кромки балок.
Другий спосіб полягає в тому, щоб використовувати накладки, які монтуються симетрично до поздовжньої осі, обрізаються і обварюються косими швами. Завдяки цьому виходить уникнути проблем з накладенням зварного шва по всій стороні накладки. Цей метод зварювання пододіт для конструкцій з незначним навантаженням в майбутньому, тобто як раз для будівництва приватного житлового будинку.
Також зварні балки можна з’єднати болтовим з’єднанням – це роз’ємний метод, який потрібен для того, щоб в конструкції відсутнє залишкове напруга, а сама конструкція перекриття була стійкою до ударних і вібраційних навантажень. А також тоді, коли немає можливості запросити професіоналів-зварників.

Ось цікаве відео порівняння обох видів з’єднання балок:

Як ви вже зрозуміли, в більшості випадків металеву зварену балку з’єднують за допомогою зварювання, рідше болтами і ще рідше – на заклепки. Все це безпосередньо впливає на вартість монтажу таких балок.

Що стосується заклепок, робота з ними найбільш трудомістка, хоча часом, на жаль, не обійтися без таких елементів. Наприклад, якщо балка буде постійно піддаватися вібрації (буде використовуватися таке обладнання), тоді можна її занадто жорстко пов’язувати з конструкцією.

Якщо ж ви збираєтеся поєднати всю металоконструкцію болтами, тоді:

Вам знадобляться кріпильні вироби з нормальною і підвищеною точністю. Тільки в місцях тих з’єднань, де буде навантаження на зріз, не можна використовувати болти нормальної або грубої точності.
Вам потрібно буде заздалегідь виконати просвіти на балці (або замовити подібне ще на виробництві) так, щоб зовнішній діаметр самого отвору був більше зовнішнього діаметра болта всього на 2-3 мм. Така конструкція буде стійкою до деформації, та й зборка в загальному простіше.
З’єднання з болтами підвищеною точністю добре підходить для важкодоступних місць, де неможливі заклепочні з’єднання. Але тут діаметр отворів потрібно зробити більше вже на 0,3 мм, щоб кріплення міг легко витримувати майбутню навантаження.

Отже, розглянемо тепер такий важливий етап, як варіння головної балки з другорядної. Робіть все крок за кроком:

Крок 1. У верхній частині основної балки зробити трикутний виріз точного розміру.
Крок 2. Приварити накладку до нижньої частини основної балки.
Крок 3. У нижній частині допоміжної балки зробити вирізи, які будуть рівні половині ширини нижньої частини основної балки.
Крок 4. Тепер верхню частину другорядної балки потрібно сформувати в трикутну форму, таку ж, як була вирізана у верхній частині головної балки.
Крок 5. Далі здійснюємо монтаж: спочатку головною балки, потім другорядний, і все це – методом використання накладки.
Крок 6. І, нарешті, останній етап – це монтаж примикання верхніх частин і стінок, де до нижніх частин балок теж приварюється накладка.

Закріпити металеві двотавр між собою ви також можете методом болтового з’єднання. Це спосіб необхідний тоді, коли час від часу вам доведеться здійснювати монтаж або демонтаж конкретного вузла. Перевага такого з’єднання в тому, що в конструкції не буде залишкової напруги. Що вже само по собі добре, адже тоді перекриття виявиться більш стійко до ударних навантажень, і, крім того, для створення вузла вам не знадобиться запрошувати професійного зварника.

Жорсткий вузол: для статичних навантажень

Тобто балка може спиратися зверху, прямо на центр профілю колони або ж балку кріплять збоку. Тоді в колоні виникає але тільки стискає навантаження, але дія всіх сил, тому ту доводиться робити міцнішою і надійної, а це вже перевитрата металу.

Іноді також через проліт доводиться класти дві балки, тоді їх з’єднують між собою за допомогою болтів і між двома ребрами встановлюють пластини. При цьому важливо пам’ятати, що метали схильні до теплового розширення через зміни температур, а тому потрібно залишити невелику відстань для їх малопомітного руху.

Щоб передати поперечну силу тиску, ребро балки ставиться так, щоб при монтажі вона була прямо над полицею колони. При цьому балку з’єднують з колоною за допомогою спеціальної накладної пластини, і бажано відразу ж по обидва боки. Але так, щоб не створювати занадто жорсткого вузла.

Ось хороший приклад, як поєднують зварні балки на двох прольотах, щоб не створювати точкового напруги на проміжну стіну перекриття:

Щоб створити жорстке з’єднання балки, вам необхідно буде болтове з’єднання або зварювальне:

Шарнірний вузол: для динамічних навантажень

Тепер про шарнірному закріпленні зварної балки. Створюється воно за допомогою опорного ребра на опорному столику, куди буде передаватися вся навантаження. Сам столик вам потрібно буде зробити з листової сталі.

Приварите столик за трьома сторонами балки і зробіть його ширину при цьому більше на 2-3 см, ніж ребро балки. Так опорна ребро повинні повністю лягти на опорний столик.

Додаткові функції двутавра в приватному житловому будівництві

Сама перекриття зовсім не обов’язково має складатися тільки з металевих двотаврових балок. Нерідко їх використовують тільки в самих напружених місцях, а між металевими частинами встановлюють дерев’яні двутаври.

Чому так? Справа в тому, що для зварювання потрібна висока кваліфікація робітників. Далі, в звичайній літературі та інтернет-сайтах немає того різноманіття вузлів і готових схем конструкції для установки такого перекриття, тут дійсно потрібно грамотний інженер, і навіть ми даємо тільки рекомендації. Крім того, метал обходиться недешево. Та й якість зварювання дуже важливо. Вона повинна працювати довго, навіть в умовах корозії або зміни навантажень.

Тому ось такий варіант не тільки має право на життя, але і досить практичний: