сталеві балки
Балка - це стрижневий елемент витягнутої форми, що працює на вигин. Найбільш вигідно використовувати сталеві балки двотаврового і таврового перерізів, швелер теж досить добре працює на навантаження, квадратне і прямокутний перетин у сталевих балок зустрічається вкрай рідко. У будівництві це найбільш поширений елемент, вона використовується в промисловому і цивільному будівництві, в мостобудуванні і в інших специфічних галузях будівництва.
Класифікувати сталеві балки можна по статичній схемі або за типом перетину. Існує три статичних схеми балок - консольна, однопролетная і багатопрогонових. Однопролетная (розрізна) має опори тільки по краях, в зв'язку з цим її простіше розраховувати на навантаження, а її поведінка в навантаженому стані більш прогнозовано. Багатопрогоновий (нерозрізна) має проміжні опори, в порівнянні з однопрогоновою вона економічніша, але включаючи її в конструкцію необхідно виключити можливу просідання опор або можливість перевантаження. І розрізні, і нерозрізні балки можуть бути консольними. Консолі - це кінці балки, що звисають по краях її крайніх опор, вони теж сприймають навантаження, ніж розвантажують пролітні перетину.
Перетин балки може бути прокатним і складовим, причому елементи перетину складовою можуть з'єднуватися зварюванням, болтами або клепкою. Найбільш часто використовувані складові балки - зварні, в ній розрахунком визначається не тільки товщина стінки і поясів або довжина звисів, а й довжина зварного шва. Кількість і діаметр болтів і заклепок в складових балках теж визначається розрахунком.
При навантаженні балки в її центральній частині напруги практично не виникають - по центру вони дорівнюють нулю і з'являються і зростають в міру віддалення від нього. Таким чином, центральна частина балки на навантаження не працює, у зв'язку з цим найбільш вигідним перетином є двотавровий. Перетин тим економічніше, чим менше товщина її стінки, розташованої між сприймають навантаження поясами.
Прокатні балки підбираються по сортаменту і застосовуються там, де ширина прольоту не перевищує довжину заводського вироби. Номер прокатного профілю завжди підбирається виходячи з певної розрахунком міцності, причому ця площа може бути трохи більше розрахункової, але ні в якому разі не менше. Іноді фактична площа значно перевищує розрахункову, тому прокатні балки більш материалоемки. Проте, в застосуванні прокатних балок є свої плюси, наприклад, немає необхідності зміцнювати їх стінки ребрами жорсткості по всій довжині, це необхідно тільки в зонах опор і в місцях прикладання зосереджених сил. Вони можуть застосовуватися в цілях економії матеріалів, а так само в тих випадках, коли неможливо підібрати необхідний перетин по сортаменту. Останнім часом крім звичайного металопрокату деякі заводи випускають тонкостінний профіль. Профіль цього включають в швидкобудуюємі будівлі, де він сприймає все навантаження.
Бістальние балки виготовляються з двох різних марок сталі, при цьому зазвичай найбільш напружений ділянки поясів виконуються зі сталі підвищеної міцності, а розвантажені ділянки поясів і стінка - маловуглецевої сталі. Вони застосовуються для зниження матеріаломісткості. Як і звичайні складові, їх виготовляє завод металоконструкцій за наданими замовником кресленнями.
Балки замкнутого перерізу мало схильні до пошкоджень при транспортуванні і стійкі при монтажі, їм не властива згинально-крутильна втрата стійкості, зате для них характерна більш висока несуча здатність при роботі на кручення і на вигин у двох площинах. Але широкого поширення вони свого часу не отримали через трудомісткість виготовлення і низькою технологічності. Вони використовуються там, де необхідна жорсткість в поперечному напрямку, якщо в якості робочого навантаження передбачаються крутний момент або вигин у двох площинах, якщо мають місце великі поперечні сили і обмежена будівельна висота.
Особливість балок з гнучкою стінкою така, що при навантаженні поясів спочатку плоска дуже тонка стінка починає згинатися, а після зняття навантаження деформації зникають. Якщо ж продовжувати навантаження, в ній спочатку виникають пластичні деформації. При подальшому навантаженні вона втрачає несучу здатність. Якщо гнучка стінка не зусилля привареними або НЕ привареними до неї ребрами жорсткості, навантаження необхідно докладати строго центрировано, інакше пояса балки можуть закрутитися. Ребра можна розташовувати як з однієї, так і з двох сторін. Найбільш часто застосовуються балки, стінка яких посилена ребрами, адже саме ребра дозволяють збільшити крутильне жорсткість і зменшити товщину її стінки.
Застосування балок з гофрованої стінкою так само дозволяє знизити витрати сталі. Товщина стінки приймається в межах 2 - 8 мм. Перед зварюванням поясів зі стінкою, остання гофрують. Трикутні гофри технологічні і прості, але стінки з хвилястими гофрами більш стійкі. Перетин гофра може бути відкритим, тобто виходити на край листа, але можуть бути і глухими, що не виходять на край листа. Глухі гофри балочной стінки отримують виштамповкою. Гофрування стінки дозволяє зменшити кількість ребер жорсткості, але ускладнює приварення до поясів. Найбільш бажано їх виготовлення в заводських умовах. Область застосування балок з гофрованої стінкою набагато ширше, ніж мають гнучку стінку, оскільки вони набагато більш стійкі. Вони непогано працюють на кручення, тому такі балки можна застосовувати навіть в підкранових конструкціях. Залежно від обриси епюр згинальних моментів, їх пояса можуть мати змінну довжину і досить велику ширину. Такий підхід до їх виготовлення дозволяє значно економити сталь.
Особливість роботи балки, як елемента працюючого на навантаження, така, що чим вище перетин, тим більше його несуча здатність. Збільшити висоту балки і одночасно знизити її матеріаломісткість можна шляхом створення перфорованої стінки. Для цього стінка швелера або двутавра розрізається зигзагоподібно в поздовжньому напрямку, далі обидві її половини поєднуються виступами і зварюються. Само собою, хвилі зигзага вирізаються з рівномірним кроком, причому різати прокатний швелер або двутавр можна і вручну, газовим різаком, або за допомогою гідравлічного преса. При такому підході вилучається приблизно 35 - 40% стали, що утворює стінку, але для більшості балок це абсолютно безпечно. Вартість балок з перфорованою стінкою знижується на 18 - 20% в порівнянні з прокатними балками, при цьому витрата металу знижується на 20 - 30%. Разрезку стінки можна виконати в різних варіантах. Найчастіше балки з перфорованою стінкою мають симетричне перетин, тобто ширина верхнього і нижнього поясів у них дорівнює. Автоматична розрізання стінки прокатного профілю значно прискорює процес, для цього використовується типова конвеєр, а сама стінка ріжеться по копіру, яким служать два вихідних двутавра.