Как правильно сваривать двутавровые балки. Варианты соединения двутавров

Двутавровая балка – это металлоконструкция с двумя горизонтальными полками, соединенными вертикальной перемычкой. В разрезе образуется перевернутая буква Н. Такое строение обеспечивает повышенную прочность при расположении изделия в любом пространственном положении. Выпускаются балки методом горячего проката или при помощи сварки из заранее подготовленных элементов.

Для производства металлопроката используется низколегированная или углеродистая сталь. Двутавровые балки прочны, стойки к нагрузкам, поэтому конструкции из них стабильны и долговечны. Этот прокат применяют для постройки жилых, административных, индустриальных зданий. Балки идут на сборку ферм, перекрытий. Их используют как элементы несущих конструкций, кровли. У этих изделий высокая несущая способность, жесткость, стойкость к деформированию, ударной нагрузке, скручиванию.

Виды двутавровых балок

Производители выпускают два типа двутавровых балок – горячекатаные и сварные. Чаще всего для строительства используют горячекатаный прокат. Двутавры прочны и надежны за счет монолитности.

Балки подразделяются на несколько видов длиной 4…15 м:

1. Нормальные балки («Б») применяют при строительстве зданий, эстакад, мостов. Материал необходим для вагоностроения и машиностроения.
2. Широкополочные («Ш») отличаются от нормальных более широкими полками. Прокат применяют в металлических конструкциях, подверженных высоким нагрузкам.
3. Колонные двутавры («К») имеют более толстую полку и стенки. Из них монтируют опорные конструкции и колонны.
4. Свайные балки («С») отличается полками, расположенными параллельно или под углом. Такой прокат используют, чтобы армировать шахты.
5. Специальные двутавры («ДБ» или «ДК») изготавливают по специальным чертежам.

При производстве двутавровых балок методом горячего проката выполняют разогрев прямоугольного профиля до 1200 °C и пропускают через прокатный стан для придания необходимой формы. Разогретый металл более пластичен, поэтому скорость производства проката довольно высока. После нескольких этапов проката заготовка принимает необходимую форму и размер.

В некоторых случаях необходимо соединение двутавровых балок, в том числе, изготовленных из разных сплавов, чтобы придать конструкции дополнительную прочность. Для этого используют соединение при помощи болтов или сварки. Прочность любого сооружения зависит от того, насколько надежно соединены двутавры.

Преимущества и недостатки двутавровых балок

Двутавровые балки популярны и востребованы в строительстве современных сооружений, так как этот металлопрокат отличает определенные преимущества:

1. Прочный, надежный двутавр выдерживает большие нагрузки, поэтому создание металлоконструкций из этого проката идеально для зданий любого типа.
2. Универсальный прокат используют для конструкций разных форм, используемых в любых частях сооружений, в том числе, в инженерных системах.
3. За счет стандартной формы и размеров балки просто монтировать и устанавливать на стройплощадке.
4. Эксплуатационные характеристики двутавров значительно выше альтернативных металлоконструкций. Они более экономичны, легки, прочны.
5. Для производства балок используется сталь высокого качества, поэтому прокат долговечен, отсутствует коррозия. Двутавры не теряют свои характеристики даже после длительных нагрузок.
6. Двутавры пожаробезопасны, огнестойки, поэтому необходимы для создания металлических конструкций в зданиях, где основным критерием являются требования безопасности.

Недостатки:

1. Размер проката ограничен, поэтому затруднено применение в некоторых проектах, где необходима нестандартная форма или размер.
2. Соединения должны быть герметичны, чтобы влага не проникала внутрь. Потребность в дополнительной осторожности при проведении монтажных работ и обслуживании.
3. У двутавров нет изоляционных свойств, поэтому их применение при возведении объектов с повышенным требованием к звуко- и теплоизоляции будет проблематично. Появится необходимость в применении дополнительных технологий и материалов, чтобы здание соответствовало требуемым характеристикам.
4. Несмотря на производство балок из коррозионностойкого материала возможно возникновение проблем из-за нарушения защитного покрытия. Для предотвращения образования коррозии необходимо регулярно инспектировать и обслуживать конструкции.

За счет положительных качеств двутавры широко используют при строительстве различных сооружений. Но при этом не стоит забывать об отрицательных сторонах при эксплуатации и разработке проектов.

Применение

Двутавровые балки прочны, универсальны, поэтому необходимы для разных строительных сфер:

• Двутавровые балки необходимы при возведении надземных путей, мостов. Материал способен выдержать высокую нагрузку на большом расстоянии.
• Прочный прокат позволяет создавать большие пролеты, не используя несущие стойки в металлоконструкциях.
• Из двутавров создают несущие конструкции промышленных сооружений, чтобы поддерживать тяжелое оборудование, станки, механизмы.

Применение в строительных сферах двутавров упрощает работу, экономит материалы. Надежные и эффективные конструкции можно получить только с применением двутавровых балок.

Способы соединения

При сборке различных металлоконструкций может понадобиться соединение металлических двутавров. Есть два способа соединить балки: сваркой и с помощью болтов или заклепок.

Болтовое соединение

Если двутавровые балки необходимо соединить встык, для крепления используют болты, чтобы соединение было разборным. Для конструкций без сильной нагрузки используют обычные болты, а для нагруженных – болты особой прочности. Расстояние между отверстиями не должно превышать трех диаметров болта. Соединение должно быть доступно для монтажа или демонтажа.

Чтобы при прилегании не было зазоров, торцы обязательно подвергают фрезерной обработке. На стыки полок и стенок с обеих сторон устанавливают прямоугольные накладки, сверлят отверстия, устанавливают болты и затягивают гайки.

Такое соединение двутавров необходимо в сооружениях, которые будут демонтировать. Его используют в конструкциях, где высока вибрация, так как легче контролировать прочность. Такое соединение может быть неразъемным, если используются заклепки.

Преимущества крепления болтами:

• сборка не требует особых навыков;
• остаточное напряжение на стыках отсутствует;
• легкий контроль качества соединения;
• устойчивость к ударам и вибрационной нагрузке.

Есть и недостатки:

• периодическая проверка крепежа и подтяжка болтов, что не всегда можно выполнить;
• работа трудоемка и занимает много времени;
• износ и коррозия обычных болтов.

Для высотных конструкций с затрудненным доступом такой вариант соединения не подойдет. Для болтового соединения лучше усиленный крепеж из нержавейки.

Сварное соединение

В многоэтажных зданиях и промышленных объектах необходимо соединение двутавровых профилей в единое целое. Прочность соединений обеспечивается соблюдение технологических нормативов и ГОСТ. Любая ошибка, допущенная при сварке, может нарушить прочность и устойчивость металлоконструкции. Любой шов потенциально снижает прочность на 5–7% за счет уязвимости зоны вокруг шва.

При сварке двутавровых балок необходимо соблюдать технологию. Нужно аккуратно работать с оборудованием для сварки, а также грамотно выполнить предварительный разогрев. Требуется выбор правильного шва. При допущенной ошибке возможна потеря прочности на 20%. Поэтому необходимо соблюдать нормативы и ГОСТ.

Металлические балки обычно соединяют электродуговой сваркой, так как можно подобрать необходимые электроды, которые будут соответствовать требованиям. При таком методе необходимо обязательно прогревать электроды и тщательно подготавливать металлопрокат. Двутавровые балки сваривают короткой дугой с умеренной мощностью. Чтобы электрод горел медленно, устанавливают прямую полярность, причем для оптимальной сварки скорость не должна превышать 20 м/ч. Однако необходимо также учитывать вид соединений.

У сварного соединения двутавров существуют определенные преимущества:

1. Шов, полученный в результате сварки, надежен, долговечен, стоек нагрузкам.
2. Возможность создания компактных конструкций разного вида и формы при экономии металлопроката.
3. Универсальный метод, позволяющий выполнять сварку однотипных балок, соединение с другими видами проката, что позволяет использовать двутавры в разных сферах.
4. Экономия рабочего времени за счет высокоскоростной работы.
5. В отличие от крепежа болтами сварочный шов не требует частой проверки.
6. Если швы выполнены на профессиональном уровне, то имеют аккуратный вид, что значимо для внешнего вида зданий.

Наиболее распространены несколько видов соединений, выполняемых при помощи сварочного оборудования.

Встык

Для удлинения металлических балок используют стыковое соединение. Для этого сначала необходима подготовка кромок, которые нужно состыковать. Выполняют обработку фрезой, чтобы монтажный стык выровнялся, зазор стал равномерен, а шов полностью был проварен. Также необходимо снятие фаски с поверхности.

Стыковое сварочное соединение выполняют одним из двух вариантов: с применением прокладки или накладок.

При сварке первым способом для прокладки используют прямоугольник, вырезанный из стального листа одинаковой толщины с полками. Размер прямоугольной прокладки должен быть на несколько миллиметров больше, чем балочное сечение.

Работу выполняют в следующей последовательности:

1. Двутавры необходимо положить на ровную поверхность, чтобы свариваемые части находились на одной оси.
2. После этого необходимо выравнивание торцов с использованием торцовки.
3. Далее необходима нарезка фасок на кромках. Угол фасок должен точно соответствовать 45°. Это обеспечит прочность и глубину шва.
4. Затем двутавры вместе с прокладкой надежно крепят к станине при помощи струбцин. Далее делают прихватку обеих частей с прокладкой. Сперва делают соединение полок, потом – стенок.

Также можно приваривать двутавровые балки, не снимая фаски. Для этого при помощи точечной сварки соединяют элементы, причем зазор должен быть равен двум диаметрам электрода. Затем необходима проверка геометрии стыка и заполнение зазора.

Преимущества этого способа – небольшие трудозатраты и простое выполнение. В этом случае кромки не нужно тщательно и длительно подготавливать.

Второй способ сварки двутавров встык – использование накладок, что делает такое соединение высокопрочным. Обычно такие соединения обязательно применяют на строительных объектах. За счет стыкового соединения с использование накладок получается равнопрочный стык. Чтобы выполнить одно соединение металлических балок, необходимо 4 прямоугольные накладки – по две на полки и на стенку.

Металлические двутавры сваривают в такой последовательности:

1. Выполняется торцовка балок, затем делают зачистку каждой плоскости кромок. Далее необходима нарезка фасок. Для максимально надежного шовного соединения угол нарезанных фасок должен быть 45°.
2. Дальше необходимо скрепление торцов на станине. Причем между торцами не должно быть зазора. Затем выполняют прихватку и делают проверку расположения осей.
3. Выполняют сварку полок, после этого сваривают стенки.
4. Далее при помощи шлифовальной машинки выполняют зачистку шовного соединения. Затем снова укладывают двутавры на плоскость станины и выполняют крепление накладок струбцинами.
5. На последнем этапе необходима сварка всех накладок по периметру.

Основным достоинством стыковочного шва при помощи накладок заключается в общей длине шва, которая намного больше, чем при сварке с применением прокладки. Эта технология отличается большей надежностью. Металлоконструкции, которые получены с использованием накладок, способны выдержать высокую деформационную нагрузку. Поэтому сооружения, построенные с использованием двутавров, сваренных таким способом, наиболее стабильны.

Несмотря на прочность сварных металлоконструкций, их не используют в сооружениях, где предполагаются значительные нагрузки на стыковые двутавровые балки. Запрещено устанавливать двутавры со стыковым соединением как несущее перекрытие или кровельное основание.

Под прямым углом

Если необходимо соединить двутавровые балки под прямым углом, используют определенную технологию:

1. На основном двутавре делают вырез равнобедренного треугольника под углом 45°. Причем стороны треугольника должны проходит между стенкой и краем полки..
2. Обрезку верхней полки присоединяемой балки выполняют так, чтобы угол основного двутавра и форма выреза полностью соответствовали.
3. На нижней полке балки, которую необходимо присоединить, делают обрезку так, чтобы угол на стыке стенок были расположены под 90°.
4. Далее при помощи шлифовальной машинки выполняют зачистку торцов и снятие фаски.
5. Далее при помощи струбцин крепят подготовленные балки. Причем просвет между ними должен быть минимален.
6. После этого выполняют прихватку сварочным аппаратом. Затем необходима проверка геометрии и контурная сварка. В начале соединяют полки, потом – стенки.

Точно по такой же технологии сваривают металлические двутавровые балки под разными углами. Однако необходимо выполнять поправку на форму вырезов.

Чтобы усилить конструкцию и увеличить прочность, после того как балки сварены, с нижней стороны стыкового соединения необходима приварка металлической накладки. При выполнении сварочных работ металл стыков нельзя перегреть. В противном случае у него увеличится хрупкость и уменьшится стойкость к влаге и механическим нагрузкам.

Если сварка ведется не автоматическим способом, возможна неравномерная ширина и высота шва из-за передвижений сварщика. Задувание ветра в зону сварки приводит к взаимодействию расплавленного металла с окружающей средой и образованию пор. Вот почему сварку лучше вести трактором с дополнительным слоем флюса, защищающим сварочную ванну.

Выбор способа соединения двутавровых балок зависит от конкретных условий проекта, нагрузок и требований к конструкции. Для обеспечения надежности и долговечности важно учитывать все факторы и соблюдать технологические нормы.

Возврат к списку