Балка – самый популярный вид металлоконструкции, о котором слышал каждый. Разберемся, какие виды балок в строительстве существуют, чем они отличаются и для чего используются.
Что такое балка
Балка — это длинный элемент несущей конструкции, созданный для работы на изгиб и имеющий две точки опоры. Основное назначение любой балки – распределить вертикальную нагрузку. Разумеется, любая балка создает нагрузку сама по себе, но это давление компенсируется вертикальными элементами, на которые опирается балка. Когда все нагрузки грамотно рассчитаны и взаимно скомпенсированы, конструкция получается устойчивой и безопасной.
Виды балок и их назначение
Если рассматривать строительные балки, то они могут быть не только стальными. Очень распространены железобетонные и деревянные конструкции. Железобетонные балки состоят из бетона, усиленного внутри арматурой. Это недорогой заменитель стальной балки, чаще всего применяющийся в жилищном строительстве или при возведении цехов в производственных помещениях. Они подходят для тех случаев, когда нагрузка по весу стандартна, легко просчитывается и вряд ли может быть резко экстремально увеличена.
Деревянная балка используется обычно в малоэтажном, коттеджном строительстве, а также – при возведении хозяйственных и подсобных помещений. Деревянные балки – это достаточно легкие конструкции.
Стальная балка- это элемент несущей конструкции, созданный при помощи метода горячего или холодного проката разных марок сталей. Важнейшее преимущество такой балки – отличное распределение веса при большой нагрузке и изгибании. Они применяются там, где существует очень высокая весовая нагрузка, например, при сооружении эстакад, подвесных путей, шахт и т.д.
По виду сечения строители выделяют:
• Тавровые (Т-сечение) и двутавровые (Н-сечение) конструкции.
• Прямоугольные балки (в сечении – прямоугольник).
• L-и V – балки.
Самые востребованные в строительстве, двутавровые балки, стандартизованы и выпускаются строго по ГОСТам.
Самое главное при работе с балками – точно рассчитать их сопротивление прогибанию, то есть, вычислить, какой максимальный вес будут способны выдержать конструкции, чтобы в них не произошло деформации. Будущих инженеров этому учат в рамках дисциплины «сопротивление материалов» или «сопромат». Для расчетов нужно учитывать длину балки (чем короче, тем больше можно нагружать), материал, площадь (чем больше площадь, тем лучше распределяется вес и балка лучше сопротивляется на изгиб), способы крепления балки. От точности этих расчетов зависит безопасность и жизнь людей.
Металлообработка и металлургия развиты сегодня очень хорошо: ассортимент выпускаемой продукции из металла велик. Чтобы разобраться, какими бывают изделия из металла, мысленно разделим их на группы. Обсудим прокатную продукцию.
Немного из истории металлопроката
Металлопрокат – это вся продукция, производимая путем горячей, холодной или теплой прокатки. Прокатка представляет собой прохождение металла через прокатный стан – устройство с двумя вращающимися валками. Считается, что первый прокатный стан был создан в 18 веке. С его помощью производили листовое железо. В движение они приводились водяными колесами, а позже – паровой машиной. Кроме листового железа, с развитием технологий прокатное производство стало выпускать броню и рельсы.
Виды прокатной продукции
Металлопрокатное производство — это важная отрасль экономики во многих странах. На нем базируется машиностроение, производство труб и т.д. целом прокатную продукцию делят на три большие группы: канатные трубы, заготовки и заготовки для деталей машин (сверло, ось и т.д.)
Сортамент металлопроката бывает трех видов:
• Листы. Они могут быть холодно-и горячекатанные. Различаются размерами, толщиной, химическим составом металла.
• Трубы. Трубы могут быть круглыми в сечении, либо могут иметь другую форму. Различают трубы бесшовные, либо со сварным швом.
• Сортовой прокат. Это трубы различного сечения (треугольные, квадратные), уголки, швеллеры, профиль и т.д.
Прокат может производиться из металлических слитков, которые, прежде чем отправиться на прокатный стан, специальным образом выравниваются. Вторая технология – непрерывное литье, когда в специальной машине на прокатный стан поступает жидкий металл прямо из ковша. Обычно для прокатного производства используют стали – черные, углеродистые, нержавеющие легированные, сплавы на основе стали, сплавы алюминия и меди. Прокатная продукция востребована в машиностроении, строительной отрасли, медицине, нефтегазовой сфере. Перечислим только некоторые виды прокатной продукции:
• арматура;
• балка;
• металлическая лента;
• лист, круг, квадрат;
• полоса, проволока;
• рельс;
• труба (разнообразного сечения);
• уголок;
• швеллер;
• шестигранник.
После прокатки изделия дополнительно обрабатываются – красятся, цинкуются, что придает им новые полезные свойства.
За тысячи лет существования человечество изобрело множество способов обрабатывать металл. Свойства металлов столь разнообразны, что позволяют буквально превращать один материал в совершенно другой. Вопрос, для чего нужна обработка металла, многогранен: попробуем разложить все по полочкам.
В широком понимании обработка металлов нужна для того, чтобы создать из них какие-то изделия. Все способы обработки металлов делят на большие группы.
Обработка металлов давлением
Это способы обработки, при которых на металл воздействуют механической силой. На заготовку самыми разными способами воздействуют внешние силы, благодаря чему она переживает пластическую деформацию – принимает нужную человеку форму, вид, иногда даже – слегка меняет внутреннее строение. Для чего нужны основные виды обработки металлов давлением:
• Прокатка – прохождение заготовки между вращающимися валками. Так получают листы, фольгу, ленты, плиты, металлический профиль.
• Прессование – выдавливание из заготовки детали нужной формы и профиля. Так получают детали очень большой массы и размера, в частности, для судо-и авиастроения.
• Ковка, штамповка – нагретый металл ударяют бойком, придавая ему нужную форму. При ковке заготовка лежит свободно, а при штамповке – в специальной форме, штампе. Ковка применяется для штучных изделий а штамповка широко распространена в машинстроении.
• Волочение – заготовки протягиваются через отверстие, в результате чего их толщина уменьшается, а длина увеличивается. Так из кусков стали получают проволоку, пруты, трубы.
Термическая обработка металлов
Это обработка металлов и сплавов при помощи температуры. Целью всех этих манипуляций является изменение свойств самого металла, изменение кристаллической решетки вещества. Металлы, в зависимости от цели и состава, нагревают до определенных температур, а затем охлаждают разными способами: в воде, масле, на воздухе и тд. В результате материал получается более твердым, либо более пластичным, мягким, хрупким – смотря какие свойства ему нужны. К термической обработке относят: отжиг, закалку, отпуск, нормализацию.
Химическая обработка металлов
Данный способы обработки нужны для придания дополнительных свойств изделию – например, твердости и устойчивости к коррозии. Это распыление (какого-либо вещества), погружение (в раствор какого-либо вещества), травление и т.д.
Мы перечислили лишь самые основные способы обработки металлов, в реальности их намного больше. Все они необходимы для того, чтобы из руды или простого листа металла создать изделие – нужной формы, вида, функционала. Это целая наука, изучению которой в университете посвящают несколько лет.
Работать с металлом голыми руками не получается: даже в глубокой древности люди создавали оборудование и различные приспособления, чтобы плавить металл, придавать ему форму, создавать из него предметы обихода. Что нужно для обработки металла на современном предприятии, каков необходимый минимум?
Техническая база
Сегодня существует огромное количество оборудования для металлообраотки – в одной статье все это не описать. Оборудование зависит от того, какие операции по металлообработке будут производиться на предприятии. Основные виды необходимого оборудования:
• Станки. Станки могут быть как ручными, так и полуавтоматическими и автоматическими, с ЧПУ. Один станок может выполнять только один вид работ, а может быть и многозадачным и универсальным. Обычно на станках заготовкам придают форму. Существуют токарные, фрезерные станки, сверлильные, расточные, резьбонакатные, шлифовальные, пружинонавивочные, гравировальные – их огромное множество! В названии машины обычно и указано его основное «умение».
• Машины для различных операций. Это могут быть прессы для прессования, гильотинные ножницы, плазменные, лазерные и гидроабразивные резаки, волочильные станы, прокатные станы, гибочные станки и машины и т.д.
• Оборудование для термической обработки: ванны, печи.
Именно это оборудование позволяет сделать из простого листа металла или чушки-заготовки полностью готовую деталь или изделие, которое сразу можно будет использовать.
Интеллектуально-кадровая база
Между тем, техника решает далеко не все. Для успешной работы по обработке металла необходимы квалифицированные кадры. Работники металлообрабатывающих производств должны иметь среднее-техническое образование, а мастера и инженеры — высшее. Современные станки с программным управлением работают как будто бы сами, однако они требуют от операторов знаний и опыта – ведь от того, как машине поставлена задача, зависит итоговый результат. Работа на ручных станках требует еще и физического мастерства.
Работники должны знать и неукоснительно применять в работе ГОСТы и опираться на разработанные нормативы. В ГОСТах закреплено все: и виды конструкторской документации, и пределы отклонений на деталях, и особенности наружного покрытия изделий, их маркировки. Соответствие ГОСТам всегда обеспечивает качество и востребованность вашей продукции на рынке.
Эти термины – «швеллер, балка, уголок» — очень часто звучат вместе, а все потому, что это основные и самые популярные виды металлоконструкций. Как правило, все они относятся к фасонному металлопрокату и применяются для создания жестких каркасных несущих конструкций.
Интересно, что все эти изделия готовые, то есть, они сразу идут в работу. Другая прокатная продукция, как правило, является лишь заготовкой для создания других вещей.
Швеллер
Швеллер представляет собой стандартный металлический профиль П-образный в сечении. Он может быть равнополочным (когда «полочки» равны друг другу по длине) и неравнополочным (соответственно, не равны), сами полочки могут быть параллельны друг другу либо с небольшим уклоном.
По способу изготовления швеллеры могут быть горячекатанными, специальными (выпускаются для определенных отраслей производства), гнутыми. Если углы швеллера четкие и ровные – он прокатан, а если скругленные – он получен в результате гибки листа.
Швеллеры востребованы при сооружении каркасов и опор, перекрытий, пандусов, при изготовлении ограждающих конструкций, лестниц, дверей и окон. Считается, что он плохо работает на изгиб, поэтому лучше использовать его там, где нужна устойчивость к боковым нагрузкам.
Балка
Длинномерный элемент строительных конструкций, который «работает» на изгиб. Самый популярный вид балки – двутавровая, напоминающая букву Н в сечении. Именно эта форма, с тонким перекрытием между «полками» позволяет балке хорошо принимать нагрузку на изгиб.
Горячекатанные двутавровые балки – стандартизованная вещь, выпускаемая серийно. Для решения каких-то нестандартных задач применяются сварные или клепанные двутавры. Боковые полочки двутавра, равно как и у швеллера, могут быть параллельными или с уклоном.
Тавровая балка в сечении напоминает букву Т. Балки создаются для нужд строительной сферы, для создания жилых и производственных зданий, укрепления мостов, шахт и т.д.
Уголок
Стальные уголки – это длинные детали, имеющие Г-образное сечение. Обычно он применяется там, где есть динамическая нагрузка, то есть, в машиностроении, при создании транспортных средств (поездов, автомобилей).
Для создания фасонного проката используют обычно конструкционную сталь. Часто применяют нержавеющую или оцинкованную с высоким содержанием углерода.
