Найбільш поширеним сталевим елементом, що використовується в будівництві, є двотаврова балка, так звана тому, що горизонтальний переріз балки нагадує велику букву «I» (I-beam англійською). Балку також називають балковою або ригельною. Вона має фланці, прикріплені з обох боків від центрального стрижня.
Інша назва цього типу конструкції – жорстка рама або безперервна сталева рама. Балки бувають різної довжини і мають маркування, що вказує на вагу, яку вони можуть витримати, а також їх розмір. Жорстка каркасна конструкція була розроблена, що не дивно, в таких містах, як Чикаго та Клівленд наприкінці 19-го та на початку 20-го століття.
У цій статті ми опишемо типові методи будівництва жорстких каркасів із двотаврових балок та розглянемо переваги використання двотаврових балок. Ми також розглянемо області застосування двотаврових балок у будівництві та поговоримо про те, у яких випадках вони можуть бути недоречними.
ЩО ТАКЕ СТАЛЕ ДВУТАВРОВЕ БУДІВЛЯ?
У сталевому двотавровому будинку основна рама виготовлена зі сталі та служить опорою для будівлі.
Ферма це елемент, що складається з чотирьох секцій, зібраних на землі.
Є дві колони бічних стін та дві секції балок даху.
Кожна ферма “I” піднімається і кріпиться болтами або вставляється в бетонний фундамент з інтервалом 20-30 футів.
Між фермами встановлюються сталеві прогони та балки у горизонтальному напрямку вгору по стіні та даху. Після встановлення прогонів та балок робітники укладають ізоляцію та обшивку, потім роблять отвори для дверей та вікон.
Двотаврові балки прокочуються, зварюються або видавлюються на металообробному устаткуванні, яке швидко створює балку стандартного розміру. Інший метод виготовлення називається “пластинчаста балка”, яка створюється шляхом склепування або зварювання разом секцій сталевого листа. Слово «жорсткий», як у «жорсткій рамі», відноситься до здатності двотаврової балкової конструкції чинити опір деформації.
ЩО ТАКЕ ЖОРСТКА РАМНА КОНСТРУКЦІЯ?
Жорстка рамна конструкція забезпечує стійкість до обертання, що покращує сприйняття вертикальних навантажень та підвищує довговічність усієї конструкції. Шарнірні з’єднання в твердій рамі можуть бути повністю нерухомими з повністю стримуючими з’єднаннями, які не можуть обертатися, або це можуть бути штирьові з’єднання, які дозволяють членам вільно обертатися.
Слово “жорсткий” використовується тому, що з’єднання балок з колонами класифікуються як жорсткі.
Рама спроектована таким чином, щоб передавати моменти від кінців балок і зусилля, що зсувають на колони без необхідності використання систем кріплення для опору бічним навантаженням.
Стійкість рами забезпечується виключно за рахунок жорстких з’єднань та жорсткості двотаврових балок.
Жорсткі з’єднання являють собою кінцеві пластинчасті з’єднання на всю глибину, які зазвичай створюються за допомогою болтового з’єднання кінцевих пластин балки з колоною. Зварне з’єднання може бути використане і може знадобитися в сейсмічно активних регіонах. Зварні з’єднання забезпечують повну нерозривність моменту, але коштують трохи дорожче за болтові з’єднання. Рекомендується, щоб зварні з’єднання були збірними, а не звареними на місці.
Жорсткі рамні з’єднання передають переміщення кінців балок та зсувні зусилля на колони. З’єднання обертаються як єдине ціле і елементи зберігають однакове кутове співвідношення в будь-який час. Жорстка рама набагато міцніша, ніж стійково-балкова конструкція, і може витримувати вищі вертикальні навантаження.
Без жорсткої рами хмарочоси були б неможливими.
ПЕРЕВАГИ БУДІВЕЛЬ З МЕТАЛЕВИХ ДВУТАВРОВИХ БАЛОК
Сталеві двотаврові балки є високорентабельними та енергоефективними. Підлога не чутлива до вібрації і створює більш комфортні умови для людей. До інших переваг відносяться:
- Великі прольоти
- З’єднання, які краще працюють при зміні навантаження та сейсмічних ситуаціях
- Відсутність обмежень по ширині будівлі
- Можливість сприйняття великих снігових навантажень при ближчому розташуванні ферм
- Доступність та звичність для більшості будівельників
- Стіни не підтримують конструкцію будівлі.
Каркас із явними прольотами передає навантаження на бічні сторони будівлі, дозволяючи будувати широкі відкриті простори, вільні від колон. Ваша будівля на твердій рамі може мати сотні футів відкритого простору, що ідеально підходить для складів, ангарів та сільського господарства.
Жорсткий каркас є досить економічно ефективним для великих не утеплених та утеплених будівель, таких як склади. Ангар для літаків – це ще одна будова, в якій ізоляція може знадобитися, а може не знадобитися. Однак великі двері, вхід та вихід літаків ускладнюють клімат-контроль усієї будівлі.
Будівництво з використанням двотаврових балок зазвичай потребує роботи крана або використання іншого важкого обладнання. Залежно від розмірів будівлі та ступеня попереднього опрацювання проекту виробникам може знадобитися зварювання. Крім того, жорстка рама складніша за деякі інші типи сталевих конструкцій, але оскільки вона зазвичай використовується для великих будівель і спеціальних цілей, складність переважується її стабільністю.
Ви можете подумати, що двотаврова конструкція обмежує вашу будівлю блоковим виглядом, але з різноманітністю обробки та оздоблення, доступною для сталевих будівель, ваша конструкція може виглядати практично як завгодно.
ТИПИ БУДІВЕЛЬ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬ ЖОРСТКУ КАРКАСНУ КОНСТРУКЦІЮ
Жорсткокаркасні будинки використовуються для різних цілей. Конструкція з відкритими прольотами забезпечує відкритий простір без перерв. Відкриті прольоти можуть бути налаштовані на безліч поверхових планів за допомогою внутрішніх панелей. Оскільки жорсткий каркас нечутливий до вібрації, мешканці не будуть чути чи відчувати рух людей чи обладнання по підлозі так сильно, як за іншого типу конструкції.
Насправді, багато будинків, які ви бачите щодня, можуть бути збудовані зі сталевих двотаврових балок:
- Металеві склади
- Роздрібні магазини
- Укриття для обладнання
- Виробничі підприємства
- Церкви
- Багатоповерхові будинки
Жорстка рама особливо застосовна для будівель спеціального призначення, таких як лікарні, білі кімнати, дослідні центри та будівлі, в яких зберігається обладнання, чутливе до вібрації та прогинів.
Жорстка рама або двотаврова балка – одна з найміцніших і найстійкіших форм будівництва сталевих будівель. Вона дозволяє будувати великі, широкопрольотні будинки. Оскільки сталь має таке високе відношення до ваги міцності, можливі дуже високі будівлі. Жорстка каркасна конструкція також є адаптованою та універсальною в дизайні. Зовнішнє оздоблення може відповідати практично будь-якому дизайну, текстурі або зовнішньому вигляду, а розміщення дверей та вікон є надзвичайно гнучким.
Жорстка рама може витримувати високі вітрові навантаження, яким піддаються високі будівлі, оскільки обертальне зусилля спрямоване від балок до колон. З’єднання залишаються правильно орієнтованими за будь-якого повороту, викликаного такими навантаженнями. Ви також отримуєте всі переваги, пов’язані зі сталевими будинками, такі як нижча страхова премія.
Жорстка рама – це дуже поширена форма сталевої конструкції; більшість підрядників та будівельників знайомі з цим типом конструкції. У вас не повинно виникнути проблем з пошуком людини з досвідом, який зможе правильно звести вашу будівлю.
Сталеві двотаврові балки можна побачити навколо. Міський небосхил усіяний будинками, побудованими з використанням сталевих двотаврових балок. Без міцності стали жорстка каркасна конструкція була б неможливою, і без неї наш світ виглядав би зовсім інакше.
