Наиболее распространенным стальным элементом, используемым в строительстве, является двутавровая балка, так называемая потому, что горизонтальное сечение балки напоминает заглавную букву «I» (I-beam на английском). Балку также называют балочной или ригельной. Она имеет фланцы, прикрепленные по обе стороны от центрального стержня.
Другое название этого типа конструкции — жесткая рама или непрерывная стальная рама. Балки бывают разной длины и имеют маркировку, указывающую на вес, который они могут выдержать, а также их размер. Жесткая каркасная конструкция была разработана, что неудивительно, в таких городах, как Чикаго и Кливленд в конце 19-го и начале 20-го века.
В этой статье мы опишем типичные методы строительства жестких каркасов из двутавровых балок и рассмотрим преимущества использования двутавровых балок. Мы также рассмотрим области применения двутавровых балок в строительстве и поговорим о том, в каких случаях они могут быть неуместны.
ЧТО ТАКОЕ СТАЛЬНОЕ ДВУТАВРОВОЕ ЗДАНИЕ?
В стальном двутавровом здании основная рама изготовлена из стали и служит опорой для здания.
Ферма — это элемент, состоящий из четырех секций, собранных на земле.
Есть две колонны боковых стен и две секции балок крыши.
Каждая ферма «I» поднимается и крепится болтами или вставляется в бетонный фундамент с интервалом 20-30 футов.
Между фермами устанавливаются стальные прогоны и балки в горизонтальном направлении вверх по стене и крыше. После установки прогонов и балок рабочие укладывают изоляцию и обшивку, затем делают проемы для дверей и окон.
Двутавровые балки прокатываются, свариваются или выдавливаются на металлообрабатывающем оборудовании, которое быстро создает балку стандартного размера. Другой метод изготовления называется «пластинчатая балка», которая создается путем склепывания или сварки вместе секций стального листа. Слово «жесткий», как в «жесткой раме», относится к способности двутавровой балочной конструкции сопротивляться деформации.
ЧТО ТАКОЕ ЖЕСТКАЯ РАМНАЯ КОНСТРУКЦИЯ?
Жесткая рамная конструкция обеспечивает устойчивость к вращению, что улучшает восприятие вертикальных нагрузок и повышает долговечность всей конструкции. Шарнирные соединения в жесткой раме могут быть полностью неподвижными с полностью сдерживающими соединениями, которые не могут вращаться, или это могут быть штыревые соединения, которые позволяют членам свободно вращаться.
Слово «жесткий» используется потому, что соединения балок с колоннами классифицируются как жесткие.
Рама спроектирована таким образом, чтобы передавать моменты от концов балок и сдвигающие усилия на колонны без необходимости использования систем крепления для сопротивления боковым нагрузкам.
Устойчивость рамы обеспечивается исключительно за счет жестких соединений и жесткости двутавровых балок.
Жесткие соединения представляют собой концевые пластинчатые соединения на всю глубину, обычно создаваемые с помощью болтового соединения концевых пластин балки с колонной. Сварное соединение может быть использовано и может потребоваться в сейсмически активных регионах. Сварные соединения обеспечивают полную неразрывность момента, но стоят несколько дороже болтовых соединений. Рекомендуется, чтобы сварные соединения были сборными, а не сваренными на месте.
Жесткие рамные соединения передают перемещения концов балок и сдвиговые усилия на колонны. Соединения вращаются как единое целое, и элементы сохраняют одинаковое угловое соотношение в любое время. Жесткая рама намного прочнее, чем стоечно-балочная конструкция, и может выдерживать более высокие вертикальные нагрузки.
Без жесткой рамы небоскребы были бы невозможны.
ПРЕИМУЩЕСТВА ЗДАНИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК
Стальные двутавровые балки являются высокорентабельными и энергоэффективными. Полы не чувствительны к вибрации и создают более комфортные условия для людей. К другим преимуществам относятся:
- Большие пролеты
- Соединения, которые лучше работают при изменении нагрузки и сейсмических ситуациях
- Отсутствие ограничений по ширине здания
- Возможность восприятия больших снеговых нагрузок при более близком расположении ферм
- Доступность и привычность для большинства строителей
- Стены не поддерживают конструкцию здания.
Каркас с явными пролетами передает нагрузку на боковые стороны здания, позволяя строить широкие открытые пространства, свободные от колонн. Ваше здание на жесткой раме может иметь сотни футов открытого пространства, что идеально подходит для складов, ангаров и сельского хозяйства.
Жесткий каркас является достаточно экономически эффективным для больших не утепленных и утепленных зданий, таких как склады. Ангар для самолетов — это еще одно строение, в котором изоляция может понадобиться, а может и не понадобиться. Однако большие двери, вход и выход самолетов затрудняют климат-контроль всего здания.
Строительство с использованием двутавровых балок обычно требует работы крана или использования другого тяжелого оборудования. В зависимости от размеров здания и степени предварительной проработки проекта производителем может потребоваться сварка. Кроме того, жесткая рама сложнее некоторых других типов стальных конструкций, но поскольку она обычно используется для больших зданий и специальных целей, сложность перевешивается ее стабильностью.
Вы можете подумать, что двутавровая конструкция ограничивает ваше здание блочным видом, но с разнообразием отделки и отделки, доступной для стальных зданий, ваша конструкция может выглядеть практически как угодно.
ТИПЫ ЗДАНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ЖЕСТКУЮ КАРКАСНУЮ КОНСТРУКЦИЮ
Жесткокаркасные здания используются для различных целей. Конструкция с открытыми пролетами обеспечивает открытое пространство без перерывов. Открытые пролеты могут быть сконфигурированы во множество поэтажных планов с помощью внутренних панелей. Поскольку жесткий каркас нечувствителен к вибрации, жильцы не будут слышать или ощущать движение людей или оборудования по полу так сильно, как при другом типе конструкции.
На самом деле, многие здания, которые вы видите каждый день, могут быть построены из стальных двутавровых балок.
- Металлические склады
- Розничные магазины
- Укрытия для оборудования
- Производственные предприятия
- Церкви
- Многоэтажные здания
Жесткая рама особенно применима для зданий специального назначения, таких как больницы, белые комнаты, исследовательские центры и здания, в которых хранится оборудование, чувствительное к вибрации и прогибам.
Жесткая рама или двутавровая балка — одна из самых прочных и устойчивых форм строительства стальных зданий. Она позволяет строить большие, широкопролетные здания. Поскольку сталь имеет такое высокое отношение прочности к весу, возможны очень высокие здания. Жесткая каркасная конструкция также является адаптируемой и универсальной в дизайне. Внешняя отделка может соответствовать практически любому дизайну, текстуре или внешнему виду, а размещение дверей и окон является чрезвычайно гибким.
Жесткая рама может выдерживать высокие ветровые нагрузки, которым подвергаются высокие здания, поскольку вращательное усилие направлено от балок к колоннам. Соединения остаются правильно ориентированными при любом повороте, вызванном такими нагрузками. Вы также получаете все преимущества, связанные со стальными зданиями, такие как более низкая страховая премия.
Жесткая рама — это очень распространенная форма стальной конструкции; большинство подрядчиков и строителей знакомы с этим типом конструкции. У вас не должно возникнуть проблем с поиском человека с опытом, который сможет правильно возвести ваше здание.
Стальные двутавровые балки можно увидеть повсюду вокруг. Городской небосклон усеян зданиями, построенными с использованием стальных двутавровых балок. Без прочности стали жесткая каркасная конструкция была бы невозможна, и без нее наш мир выглядел бы совсем иначе.
