Облегчение металлоконструкций с помощью балок

Балки – один из основных горизонтальных элементов металлоконструкций, позволяющий создавать:

• перекрытия;
• фундаменты;
• кровли зданий;
• опоры колодцев;
• плоскости мостов и других сооружений.

Балка дает возможность не строить сплошную стену, которая бы выполняла несущую функцию, за счет чего удается существенно снизить вес всей постройки. При этом сам элемент принимает на себя всю нагрузку и должен выдержать ее.

Балки делят на разрезные и неразрезные. Разрезная устанавливается между двумя опорами над одним пролетом. Неразрезная имеет под собой несколько опор и объединяет два и более пролетов. На соотношение веса и несущей способности балки влияет форма и материал, меняя которые, проектировщики добиваются идеального сочетания легкости и прочности сооружения.

Форма и материал

Балки изготавливаются из разных типов сталей и сплавов в зависимости от условий использования. Высокой несущей способностью в сочетании с доступной ценой отличаются углеродистые стали. Если конструкцию предполагается использовать при низких температурах, следует использовать балку из низколегированной стали.

В качестве балок применяют металлический прокат разной формы и размера. Если использовать сплошной стальной квадрат или стальную полосу, конструкция получится слишком тяжелой, а балка, работая на изгиб, будет прогибаться под собственным весом. Поэтому используют материал, имеющий сложную форму сечения:

• тавр;
• двутавр;
• швеллер;
• прямоугольник.

В качестве балок обычно используют равнополочный двутавр, поскольку он дает оптимальное соотношение между весом и несущей способностью материала, если нагрузка велика – широкополочный вариант. Он скрепляется листовым материалом, что придает конструкции еще большую:

• жесткость;
• прочность;
• надежность.

Чтобы сделать вес балки меньше при прежней несущей способности, плоскости перфорируют, выбирая в них небольшие отверстия на определенном расстоянии друг от друга. При той же несущей способности двутавровые балки имеют значительно меньший вес. Принимая на себя расчетную нагрузку, такие балки позволяют сделать всю конструкцию еще более легкой.

Использование ферм

При необходимости существенно облегчить балку и сохранить ее несущую способность, особенно на длинных пролетах, изготавливают фермы. Между горизонтальными элементами балки приваривают детали под углом 45 градусов, образующие зигзагообразную линию.

Чаще всего этот метод используется при организации пролетов большой длины. В такой ситуации обычный швеллер не сможет принять нагрузку на изгиб без деформации, а ферма эффективно выполнит возложенные на нее функции.

Фермы варят из уголков и швеллеров меньшего размера, чем горизонтальные плоскости. Они увеличивают жесткость конструкции и устойчивость на изгиб. Эта работа трудоемкая, но в большинстве ситуаций она позволяет существенно сэкономить на

• уменьшении массивности опор;
• снижении затрат на фундамент;
• стоимости материала для сооружения балок.

Расчеты параметров балок и ферм проводятся специалистами с использованием сложных формул. Здесь важно точно определить размер и характер нагрузки, длину и высоту фермы, учесть характер покрытия поверхности, опорой для которой является балка.