Виды балок в строительстве

Технологии современного строительства промышленных зданий и жилых домов сегодня, как и ранее в числе конструктивных элементов сооружений используют различного рода конструкции, объединяемых одним названием – балка. По своему назначению этот элемент здания предназначен для выполнения роли несущего механизма. Располагаемый на двух или нескольких опорах здания такой элемент принимает на себя нагрузку и позволяет создавать межэтажные перекрытия, соединять пролеты, является одним из основных элементов кровельной конструкции здания.

Традиционно при возведении строений используются балки, соответствующие типу и назначению зданий, и поэтому существуют различные виды классификаций этих элементов. Чаще всего классификация проводится по виду, назначению, форме и материалу этого конструктивного элемента.

Общие сведения об устройстве и назначении

В строительстве балки классифицируются, прежде всего, в зависимости от того на какое количество опор она ложится:

• «разрезная» – применяется для устройства пролета между двумя опорами, чаще всего такие конструкции используются для межэтажных перекрытий, устройства кровли, мостовых сооружений;
• «неразрезная», или «многопролетная» соединяет несколько точек, на которые ложится элемент, и конструкция имеет многопролетный вид.

Конструктивно простейшая балка, применяемая в малоэтажном каркасно-щитовом домостроении для устройства чердачного перекрытия, представляет собой цельный брус прямоугольной формы, но для более требовательных сооружений, чем простой дачный домик требуются несколько иные по форме элементы способные выдерживать большие нагрузки:

• тавровые;
  
• двутавровые;
  
• швеллер;
  
• прямоугольная форма.

Кроме того, особые требования предъявляются и к материалам конструкций:

• железобетонные;
  
• стальные элементы;
  
• ригели из легких металлов и сплавов;
  
• деревянные конструкции.
  

Наиболее востребованными в строительстве, при возведении крыш промышленных объектов, применяются профили тавровой или двутавровой формы, они здесь являются основными элементами конструкций кровли. Это связано с тем, что такая форма наиболее эффективно работает при нагрузках на изгиб.

Двутавровые – по своей форме поперечного сечения напоминают букву «Н». Каждый элемент, имеет свое название – вертикальные части такой буквы «Н» называются полки, а соединяющая их черточка именуется стенкой. Благодаря такой форме, профиль способен выдерживать большие нагрузки, чем прямоугольный, по сечению материал. Кроме того, двутавровые конструкции позволяют применять дополнительные методы повышения прочности конструкции:

• для наиболее ответственных участков кровли применяются двутавровые профили с утолщенной стенкой;
• для второстепенных участков применяются ригели, внутренние грани полок, которых параллельны друг другу;
• для повышения жесткости конструкции используются профили с уклоном на внутренних гранях.

Материалы и технологии изготовления элементов перекрытия

В зависимости от назначения здания, технологии его строительства и условий его последующей эксплуатации кровли, балки классифицируются как по типу используемого материала, так и способа изготовления готового элемента:

1. Железобетонные конструкции:

• изготавливаются методом монолитной отливки формы с обязательным использованием арматурного каркаса в заводских условиях, как правило, это тавровые профили, сложной рамной конструкции;
• монолитные конструкции – производятся методом отливки формы непосредственно на строительной площадке при возведении зданий по монолитно-каркасной технологии.

1. Металлические:

• металлические элементы, выполненные способом горячей прокатки металла готовой формы;
• специальные виды изделий из отдельных элементов, соединенных при помощи сварки;
• изделия из легких сплавов для особых видов кровли – стадионов, концертных залов, выставочных комплексов.

1. Деревянные:

• из цельного бруса различного размера;
• составные ригели, выполненные из отдельных частей, соединенных между собой клеевым способом с использованием, как натурального дерева, так и материалов на основе древесины – фанеры, древесноволокнистых плит.

Классификация и маркировка стальных элементов

Классификация конструкций из стали проводится и имеет свой буквенно-цифровой шифр. Такое кодирование позволяет проводить необходимую классификацию и учитывать нужные по параметрам элементы в строительстве еще на этапе разработки проектно-сметной документации.

Основой для такого вида классификации являются официально утвержденные государственные стандарты и технические условия, по которым классифицируются все виды балок, независимо от материала изготовления или производителя.

Так, в маркировке стальных двутавровых профилей, кроме указания их размеров, а высота может быть от 100 мм до 1000, указывается и буквенный шифр, в котором указывается, например, размеры граней полок:

• «Б» — означает, что изделие имеет нормальную ширину параллельных граней;
• «Ш» — указывает, что полки имеют увеличенную ширину и относятся по классификации к «широкополочным» выдам продукции;
• «К» — говорит, что такой профиль может быть использован в качестве колонной опоры.

Использование деревянных элементов в различных кровельных конструкциях

В малоэтажном домостроении при возведении кровли балки используются в качестве различных по назначению и размерам элементов:

• перекрытия чердачного этажа;
  
• стропил;
  
• подпорок, соединительных и прочих частей стропильной конструкции;
• коньковой части кровли;
  
• каркаса опорной стенки мансарды.
  

Наиболее подходящими для выполнения таких функций являются двутавровые клееные деревянные элементы, обладающие большой прочностью, способные выдерживать большие нагрузки и имеющие небольшой вес по сравнению с пиломатериалами из цельного дерева. Особенностью всех видов деревянных конструкций, применяемых при возведении кровли здания, является использование пиломатериалов хвойных пород для устройства стропил, распорок, каркаса перегородок и твердых пород дерева для устройства перекрытия чердачного этажа.

Строительство зданий и сооружений любого назначения не обходится без основных элементов. Металлическая балка является главной составляющей при возведении зданий. Данная металлоконструкция имеет достаточно широкую область применения. Она обеспечивает надежную опору. Качественно подобранные элементы позволяют значительно увеличить срок эксплуатации будущего сооружения.

В этой статье мы поговорим о том, что такое балка в строительстве, какие они бывают, а также рассмотрим основные области применения.

Что такое металлическая балка

Балка представляет собой металлическую конструкцию, которая предназначена для увеличения показателей прочности и устойчивости различных строительных объектов. Для их производства в основном используется сталь с различными добавками, которые увеличивают сопротивление металла при изгибе.

Изготавливаются различные виды металлоконструкции. Балка равномерно распределяет нагрузку по всей своей поверхности. Основное конструктивное назначение данного элемента – это надежная опора. В большинстве случаев из стальных балок делают перекрытия этажей и кровли зданий.

Как изготавливается металлическая балка

Любая балка состоит из стенок и полок, которые соединяются специальными стыковыми швами. В зависимости от разновидности их конструкция может отличаться. Стыковые швы выполняются при помощи сварки. Производством занимаются на оборудованных предприятиях, где имеются все необходимые станки и приспособления. Процесс изготовления выполняется в несколько технологических этапов согласно ГОСТу.

Линия производства металлической балки

Для каждого вида имеется свой ГОСТ, которые регламентирует все основные показатели и характеристики. Есть ряд определенных параметров, которые строго контролируются и проверяются у готовой продукции:

• Вес готового изделия;
• Площадь специального поперечного сечения;
• Конкретная высота и ширина готовой продукции;
• Радиус закруглений после сварки, которые располагаются внутри;
• Угол наклона граней, которые располагаются на внутренней поверхности.

В зависимости от основной площади поперечного сечения стальная балка имеет несколько групп. Группы маркируются цифрами от 10 до 60. Для каждого типа металлопроката будут свои показатели и характеристики, которые необходимо строго соблюдать. Если какой-то из этих параметров будет выше или ниже даже на минимальное значение, то готовая стальная балка потеряет свою первоначальную прочность. Использование такого металлопроката может привести к плачевным последствиям. Поэтому данные показатели строго проверяются на заводе изготовителе.

Например, максимальная площадь сечения двутавра составляет 138 квадратных сантиметров. В этом случае его высота будет достигать 600 миллиметров, а вес порядка 108 килограмм на каждый погонный метр. Продукция выпускается строго определенной длинны (от 4 до 12 метров). Длина изделия напрямую зависит от площади поперечного сечения. С увеличением показателя площади будет увеличиваться и длина.

В соответствии с ГОСТ 8239-89 можно изготавливать металлические балки любого другого размера, которые не прописан в самом ГОСТе. Для этого необходимо выполнить дополнительные расчеты, чтобы получить точные характеристики основных параметров под индивидуальные размеры. Этим занимаются профессиональные инженеры на предприятии. При расчетах учитывается множество других параметров. Например, показатель допустимой погрешности, момент сопротивления и момент инерции. На основании полученных параметров делаются подробные чертежи, по которым в дальнейшем и изготавливается металлоконструкция нужного размера.

3 основные разновидности стальной балки

Существуют различные варианты классификации, но самый распространенный вариант – это разделение по форме. Можно выделить три основные разновидности стальных балок, которые применяются в современном строительстве:

• Тавровые. Это металлопрокат с основным сечение в виде буквы «Т»;
• Двутавровые. Данная металлоконструкция имеет сечение в виде буквы «H». В результате того, что у изделия имеется дополнительная полка с противоположной стороны, оно становится более жестким, а соответственно и более прочным;
• Швеллер. В сечении имеет букву «П». Данная продукция более универсальна и имеет множество областей применения в промышленности.

При возведении жилых и нежилых помещений чаще всего используются двутавровые балки. Они имеют большую жесткость, прочность и очень стойки к всевозможным изгибающим нагрузкам.

Каркас из двутавровой металлической балки

В строительстве применяются и другие разновидности балок. Например, деревянные и алюминиевые. Они имеют более узкую область применения, поэтому не так распространены, как стальные двутавры.

Главные особенности двутавра

Металлическая балка двутаврового типа имеет своеобразное сечение в виде буквы «H». Основными составляющими частями являются верхняя и нижняя полка, а между ними располагается стенка. В дословном переводе латинское слово «taurus» переводится как «бык». Поэтому многие называют данное изделие «двурогим».

Рекомендуем к прочтению:

Для производства используется две разновидности стали (углеродистая или некоторые марки низколегированной). Благодаря своей форме металлопрокат способен спокойно переносить достаточно большие нагрузки различного типа, включая изгибающие нагрузки.

Балка имеет несколько базовых разновидностей в зависимости от главного назначения и области применения. Полки могут быть как параллельными друг другу, так и с определенным наклоном. Параллельные полки получили большее распространение. Они в свою очередь тоже имеют несколько групп, которые обозначаются буквами русского алфавита:

• «К» — основная область применения это строительство опор и колон;
• «У» — данная продукция имеет достаточно зауженные полки;
• «Д» — полки средней длины;
• «Ш» — достаточно широкие полки, которые выдерживают дополнительные нагрузки.

7 областей применения

Имеется семь основных областей применения двутавра:

• Укрепление кровли жилых и промышленных зданий. Это самая распространенная сфера применения;
• Перекрытия между этажами зданий;
• Всевозможные колонны и опоры у промышленных помещений и архитектурных сооружений;
• Металлические фермы и каркасы для ангаров; ⇓

• Шахтовые стволы;
• Изготовление железнодорожных вагонов различного размера и формы;
• Мосты, крановые эстакады и ряд других строительных объектов индивидуального назначения.

Базовые преимущества и недостатки

Металлопрокат стальной двутавровый, как и любая металлическая продукция имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо знать, прежде чем использовать ее в строительной отрасли.

Контроль качества двутавровой балки

Главные преимущества – это надежность и высокие показатели прочностных характеристик. Все это достигается благодаря специфическому сечению и прочной стали. Данное изделие равномерно распределяет все воздействующие на нее силы. Нет концентрации сил в одном месте, соответственно металл не устает и срок его эксплуатации значительно увеличивается. Все это позволяет использовать металлопрокат при строительстве крупных (многоэтажных) объектов с большими нагрузками.

Кроме этих главных показателей можно выделить следующие преимущества:

• Относительно небольшой вес. Специальная форма сечения не требует достаточно большого количества металла для производства, поэтому вес готовой продукции небольшой. Вес никак не влияет на прочностные характеристики;
• Высокая экономичность. Двутавр обладает высокой жесткостью, что позволяет использовать его для укрепления колонн и опор без дополнительных армирующих элементов. Если для укрепления использовалась обычная арматура, то пришлось бы значительно потратиться на покупку необходимо объема;
• Хорошая устойчивость к сжатию и изгибающим нагрузкам. Это позволяет использовать балки в местах с повышенной вибрацией и другими видами колебаний. Например, при возведении мостов различного назначения;
• Легко сваривается. Благодаря этому значительно повышается скорость монтажа строительных конструкций;
• Все характеристики и геометрические показатели не меняются со временем. Металлопрокат настолько прочный, что даже под воздействием больших сил не деформируется, а соответственно все характеристики сохраняются;
• Удобная транспортировка. Форма в виде буквы «H» позволяет более компактно укладывать двутавр в автотранспорт. Это значительно сокращает расходы на доставку и транспортировку.

Необходимо знать

У двутавровой балки имеется и ряд недостатков, которые тоже необходимо знать и учитывать:

• Низкие показатели огнеупорности. Если в помещении или архитектурном сооружении произойдет пожар, то прочностные характеристики изделия значительно понизятся, что не позволит эксплуатировать его далее;
• Подвергается воздействию коррозии. Для производства применяется низколегированная или углеродистая сталь нескольких марок, а она очень подвержена разрушению от коррозии. Поэтому использование балок данного типа в условия высокой влажности не рекомендуется. Если использовать все же приходится, то необходимо дополнительно обработать поверхности специальным защитным средством;
• Нельзя использовать при строительстве зданий с очень большими пролетами. Если не будет дополнительных опор, то основные несущие способности на порядок уменьшатся;
• Плохая устойчивость к скручивающим силам.

Если нужна металлическая балка — обращайтесь! Мы предоставляем все сертификаты качества, а также можете почитать отзывы наших покупателей.

Балка представляет собой составной линейный элемент несущей конструкции, имеющий минимум две точки опоры (опирается на оба конца) и работающий на изгиб. Использование балки направлено в первую очередь на распределение весовой нагрузки всей конструкции. Наиболее часто применяется горизонтальное использование балки, которая компенсирует вертикальную поперечную нагрузку. А само весовое давление балки компенсируется вертикальными элементами, горизонтальная поверхность которых является точкой опоры для балки. Последующая компенсация приходится на опоры конструкции, если отсутствуют дополнительные промежуточные элементы. Таким образом, взаимокомпенсация весовых нагрузок позволяет обеспечить устойчивость и надежность всей конструкции.

Виды балок в строительстве

На фото: балки двутавровые в устройстве кровли

Существует большое количество официальных классификаторов элементов строительных конструкций. Ниже будет представлены две наиболее объективные классификационные схемы.

Классификация строительных балок по виду материала

• Стальная балка представляет собой поперечный или продольный элемент несущей конструкции, выполненный из специальной, углеродистой или низколегированной стали методом горячего или холодного металлопроката. Главное достоинство стальных балок: оптимальная степень прочности при работе на изгиб. Применяются при возведении конструкции, предполагающей повышенную весовую нагрузку или высокую степень опасности: подвесные пути, шахтные стволы и так далее.

• Железобетонная балка представляет собой строительный элемент линейного типа, применяемый в несущей конструкции с целью перераспределения веса и повышения устойчивости всей конструкции и состоящий из композиционного материала: бетонная матрица, усиленная стальной арматурой. Железобетонные балки являются более дешевым аналогом стальных балок и применяются на объектах со стандартной весовой нагрузкой: жилищное строительство, возведение зданий промышленного типа.

• Деревянная балка представляет собой элемент несущей деревянной или иной облегченный конструкции, выполненный из древесины. Широко применяется для возведения жилых и хозяйственных сооружения из дерева.

Классификация строительных балок по типу торцевого сечения

• Сечение прямоугольного типа. Целесообразно в использовании в пролетах с малой длиной.
• Сечение «L»-типа. Применение целесообразно при конструировании фасадов сооружений.
• Стандартные и двускатные тавровые балки (сечение «T»-типа). Оптимально подходят для пролетов средней длины. В
• Балка двутавровая. Имеют повышенную устойчивость и используются для длинных пролетов.
• Сечение «V»-типа. Используются в качестве дополнительного элемента для усиления несущей конструкции.
• Сечение «VT»-типа. Использование в качестве прогонов.

Двутавровые балки в свою очередь делятся на подкатегории:

• Балка двутавровая с параллельными гранями полок. Стандарты и размеры представлены ГОСТом 26020-83.
• Стандартная двутавровая балка с углом наклона граней полок от 6 до 12%. Стандарты и размеры представлены ГОСТом 8239-89.
• Специальная двутавровая балка, стандарты и размеры представлены ГОСТом 19425-74. Делятся на два подтипа с маркировкой: «M» — двутавровая балка имеет угол наклона граней до 12%; «C» — двутавровая балка имеет угол наклона граней до 16%.

Отдельно необходимо рассмотреть такой элемент несущей конструкции, как ригель (иногда имеет наименование: ригельная балка). Ригель в подавляющем большинстве случаев бывает железобетонным и в отличие от стандартной балки является неотъемлемым элементом рамы (балка – это самостоятельный элемент конструкции). Ригель широко используется при устройстве опалубки.

Расчет прочности балки при работе на изгиб

Для расчета прочности балки на прогиб (то есть определение веса, который данный элемент несущей конструкции способен выдерживать без появления деформаций и иных ведущих к разрушению конструкции факторов) требуется учитывать целый ряд факторов, основными из которых являются:

• Длина балки. Чем короче балка, тем большую нагрузку она способна выдержать.
• Материал, из которого изготовлена балка. Сталь является наиболее прочным материалом.
• Поперечное сечение балки (площадь и форма). Чем больше площадь, тем больше допустима нагрузка на изгиб.
• Способ закрепления балки в несущей конструкции. Во многом зависит от формы сечения. Балка двутавровая крепится наиболее прочно.

Для расчета максимальной нагрузки на изгиб используют формулы сопромата. Для упрощения процесса можно использовать онлайн-калькулятор, позволяющий получить достаточно точное значение на основании введенных данных.

Рекомендации при выборе строительных балок и возведении конструкций

• Основным фактором при выборе балки для возведения несущей конструкции является расчет веса максимальной нагрузки при воздействии поперечных вертикальных сил. Однако, в районах с нестабильными климатическими условиями и высокой степенью сейсмологической опасности необходимо произвести расчет действия поперечных горизонтальных сил.
• Профили двутавра могут иметь в маркировке следующие буквы: Б, Ш, К. Расшифровка: Б – стандартная, Ш – широкополочная и К – колонная двутавровая балка соответственно.

Выбрать оптимальные профили балки при строительстве – обеспечить долговечность и надежность конструкции!