fbpx

Сварные двутавровые балки: виды и технология сварки

Двутавровые балки — популярный в строительстве и конструировании механизмов элемент. Они имеют в сечении форму буквы «Н» и несут высокие нагрузки, экономя металл по сравнению с полнотелыми конструкциями. Сварная балка имеет ряд преимуществ перед полученной способом горячей штамповки. Она может иметь переменное сечение, что важно для наилучшего распределения нагрузок по длине. Двутавры применяются и в частном строительстве.

Что собой представляет?

По способу производства двутавровые балки различают на сварные и горячекатаные.

Сварной двутавр собирается из трех полос прочной высокоуглеродистой стали с помощью электродуговой сварки.

Преимуществами такой конструкции перед горячекатаными являются:

  • способность нести высокие нагрузки, это делает элемент пригодным для перекрытия больших пролетов;
  • специальный профиль увеличивает жесткость и сопротивляемость изгибу, поскольку верхняя полоса работает на сжатие, а нижняя — на растяжение;
  • способность работать в сложных условиях, при перепадах температур и влажности, в агрессивных средах;
  • после прочностного расчета снизить погонную массу проката и совокупную массу конструкций;
  • возможность изготовления балок ассиметричного и переменного по длине сечения.

Двутавры прекрасно подходят для строительства быстровозводимых сооружений. Широко используют их как в коммерческом и промышленном, так и в общественном и частном строительстве.

Несмотря на высокий вес стальных балок, их повышенная несущая способность позволяет заметно снизить общий вес здания.

Процесс изготовления

Технология изготовления сварных двутавровых балок не слишком сложна, однако необходимо строго соблюдать ее требования на каждом этапе обработки. Ошибки неминуемо приводят к снижению жесткости конструкции. Обычно они производятся согласно требованиям ГОСТ. Допускается выпуск их и по техническим условиям предприятия. ТУ на изготовление стальных сварных двутавровых балок предусматривают разбиение процесса на следующие этапы:

  1. Проектно-расчетный. На этом этапе следует рассчитать нагрузки, которые должна выдерживать конструкция. По формулам прикладной механики (так любимый студентами сопромат) рассчитывается прочность и жесткость конструкции, определяются ее геометрические размеры и требования к материалу. Строятся рабочие чертежи.
  2. Раскрой заготовок. Они нарезаются из металлического листа с помощью установки газовой, плазменной или лазерной резки. Обязательно берутся пробы металла и отправляются в лабораторию для подтверждения химического состава и физико-механических свойств.
  3. Фрезеровка заготовок. С продольных торцов снимаются фаски, разделываются кромки сварных швов.
  4. Сборочные операции. Детали помещают в специальную оснастку, точно фиксирующую заготовки в правильном положении друг относительно друга и исключающие тепловые деформации изделия. Уникальные по конструкции изделия и малые серии сваривают вручную, при массовом производстве используются сварочные автоматы. Обычно сборку проводят в два этапа: на первом собирают Т- образный профиль, на втором к ней доваривают вторую полосу. Способ ведения электрода выбирают в зависимости от толщины листа, для обеспечения полного провара и качественной геометрии шва. Особо толстые изделия приходится заваривать в несколько проходов.
  5. Правочные операции. После завершения всех швов необходимо проверить и поправить в случае необходимости все отклонения полученного изделия от заданных геометрических форм. Для этого применяют горячие или холодные правочные станы с массивными валками, корректирующими все возникшие в ходе сварки балки деформации.
В качестве дополнительной отделки к технологии может быть добавлена дробеструйная обработка. Она сбивает окалину и шлаки и уплотняет приповерхностный слой металла, повышая прочность изделия.

Как самостоятельно сварить?

Браться за эту непростую для домашней мастерской операции имеет смысл тем умельцам, у которых уже есть достаточный опыт сварочных работ. Или же есть возможность привлечь опытного сварщика. В качестве заготовок потребуется стальной лист из высоколегированных прочных сплавов. Лучше, если раскрой проведут на металлобазе с помощью стационарной установки. При раскрое с помощью газового резака потери дорогостоящего металла будут заметными.

Потребуется также оборудование для сварки двутавра под флюсом или в атмосфере защитных газов.

После сборки и правки изделие необходимо будет полностью зачистить и покрыть краской для защиты от коррозии.

Как избежать деформации?

Если просто сварить швы балки, то тепловые деформации практически неизбежны. Изделии поведет, выгнет или закрутит винтом. Чтобы максимально снизить риск возникновения искривлений, следует соблюдать следующее описание технологии:

  • сборку проводят на специальном стапеле, наклоненном под углом 45о, это позволяет сформировать ровный шов с правильным катетом;
  • сваривают две полосы в Т-образный тавр;
  • сначала прихватывают заготовки точечной сваркой через каждые 10-15 см;
  • далее проваривают шов с двух сторон с обязательной перекантовкой, так, чтобы гипотенуза шва была горизонтальна;
  • проводят правку с помощью ручных или механизированных вальцов;
  • повторяют операции для третьей полосы.
Используется также способ проварки швов начиная с торцов навстречу друг другу.

Узлы крепления

Для успешного использования двутавра необходимо правильно сопрягать ее с другими элементами строительных конструкций- стенами, колоннами, перекрытиями. Наиболее важным является сопряжение с опорной поверхностью. Типовые проекты предусматривают следующие сварные соединения балки с колонной:

  1. Жестким. Балку приваривают к торцевой пластине, а уже ее крепят к стальной колонне или закладному элементу кирпичной кладки. При этом нет необходимости разделки кромок торцов. Используется для высоконагруженных конструкций.
  2. Шарнирным, или подвижным. С двух сторон привариваются накладки в плоскостях, параллельных продольной оси. Накладки обрезают и обваривают косыми швами. Нагрузка, которую может выдержать такое соединение, ниже, чем в случае жесткого сопряжения. Для строительства индивидуального дома ее вполне достаточно.
  3. Существует еще один способ шарнирного соединения: на болтах или заклепках, вставленных в просверленные в торце отверстия.

Жесткий: для статических нагрузок

Двутавр опирается на середину опорной колонны. Обеспечивается высокая устойчивость постройки. Возможен вариант с креплением двутавра сбоку. В этом случае колонну придется усилить, чтобы она выдерживала дополнительные нагрузки на изгиб.

Если длины имеющихся балок не хватает для перекрытия на пролет 10 м, то две балки соединяют в стык с помощью накладных пластин. Сварка двутавра встык производится так, чтобы между торцами оставался небольшой зазор для компенсации возможного теплового расширения.

Жесткое соединение выполняют сварным или заклепочным.

Шарнирный: для динамических

Шарнирный способ опирания используют там, где возможны переменные, или динамические нагрузки. Это чаще происходит в зданиях промышленного назначения, в частных домах он используется реже. Для такого соединения формируется опорное ребро на опорном столике. Сюда передается вся нагрузка. Столик делают из высокопрочной листовой стали, на 20-30 мм шире, чем ребро двутавра.

Дефекты

Дефекты снижают прочность и срок службы изделия. При выполнении сварного соединения возникают дефекты, связанные с:

  • нарушением технологии сварки двутавровой балки;
  • браком в заготовке;
  • браком в сварочных материалах;
  • термическими деформациями.

Последний вид дефектов наиболее часто встречается при самостоятельном изготовлении сварных балок.

Области применения

Области применения сварных двутавровых балок в строительстве включают в себя:

  • несущие конструкции, колонны, раскосины;
  • перекрытия как небольших помещений, так и больших пролетов;
  • опоры технологического оборудования;
  • консоли угловых кранов;
  • выносные конструкции: мостики, балконы.

Изделие используется во всех отраслях строительства: промышленное и частное, многоквартирные дома и общественные здания.

Виды

Наиболее часто в строительстве используются сварные двутавры следующих видов:

  1. Для перекрытий и подвесных путей. Профиль сечения имеет короткие стенки по отношению к главному ребру.
  2. Для укрепления шахт. Стенки больше, чем главное ребро;
  3. Обычной ширины, стенки равны ребру, используются для вертикальных опорных конструкций: колонн, пилонов и т.п.

Типы двутавровых балок в зависимости от основных размеров.

В зависимости от точности изготовления балки подразделяются на продукцию обычной точности и высокоточную.

Дополнительные функции в частном домостроении

Сварные балки обладают высокой несущую способность. Поэтому при строительстве малоэтажных индивидуальных домов, в целях экономии, часть балок заменяют на деревянные. Металлические же оставляют в ключевых, наиболее нагруженных местах перекрытия.

Чтобы знать, как посчитать местную устойчивость стенки, как правильно расссчитать допустимую нагрузку и параметры такой конструкции, необходимо провести полный инженерный расчет.

Использование таких изделий позволяет на несколько метров увеличить безопорные пролеты, активно использовать «второй свет».

Металлические сварные балки также используют в качестве несущей основы для балконов и выносных террас.

В гараже двутавр прекрасно справляется с ролью опоры для тельфера. Это дает возможность самостоятельно выполнять сложные операции, такие, как снятие и постановка автомобильного двигателя. Необходимо также провести аккуратный расчет нагрузок на такую консоль.

Сварная двутавровая балка по многим показателям превосходит горячекатаную. Чтобы сделать ее своими руками, следует соблюдать требования технологического процесса, обладать немалым опытом в сварных работах. Применение сварных балок в частном строительстве позволяет применять такие архитектурные решения, которые были бы недоступны при использовании деревянных балок.

1 комментарий
  • Благодарю автора за полезную статью!
    Собираюсь сварить для своего загородного дома опоры для выносной террасы. Не подскажете как подсчитать нагрузку на балки?

Оставить комментарий

Оцените статью*