Руководство по строительству металлических балок и модульных стальных мостов

Типы металлических балок, используемых в строительных проектах

Каркасы зданий сочетают в себе несколько катаных и готовых форм, каждая из которых подходит для определенного пролета, пути нагрузки или детали соединения. Выбор неправильного профиля является одной из наиболее частых причин заказов на внесение изменений во время монтажа стальных конструкций.

Сборные пластинчатые балки, сваренные из фланцевых и стеновых пластин, а не прокатанные на стане, преобладают в конструкциях с большими пролетами, где стандартная глубина каталога заканчивается. Этот профиль чаще всего используется для главных балок модульных стальных мостов, поскольку производители могут регулировать толщину полки по секциям, чтобы она соответствовала диаграмме изгибающих моментов, вместо использования постоянного поперечного сечения для всего пролета.

Расчет несущей способности и пролета

Допустимый пролет для данной балки зависит от трех факторов: предела текучести стали, момента сопротивления профиля и сочетания приложенных нагрузок (статическая нагрузка плюс временная нагрузка, с добавлением ветровой или сейсмической нагрузки, где это необходимо). Как правило, инженеры рассчитывают балки перекрытия на глубину, примерно равную пролету, разделенному на 20, для типичных офисных временных нагрузок в 50 фунтов на квадратный фут, а затем проверяют прогиб под пролетом, разделенным на 360, для отделок, чувствительных к движению.

На приведенной ниже диаграмме показано соотношение для обычной серии W-образных балок при равномерной нагрузке на перекрытие, показывая, как допустимый пролет увеличивается с глубиной балки при фиксированной нагрузке 50 фунтов на квадратный фут.

Эти цифры рассчитаны для стали марки A992 класса 50 со стандартными интервалами распорок и являются иллюстративными, а не заменяют штампованные расчеты конструкции. Более глубокие секции не масштабируются линейно в зависимости от веса. : переход от W10 к W30 примерно утроит допустимый пролет, в то же время удваивая вес на фут, поэтому на крышах с длинными пролетами и настилах мостов предпочитают более глубокие и легкие по отношению к пролету секции, а не штабелирование нескольких неглубоких балок.

Марки стали и выбор материалов для балок

Выбор марки влияет как на стоимость, так и на размер секции. Четыре класса охватывают большую часть строительных работ и работ по изготовлению модульных стальных мостов.

• Углеродистая сталь A36: предел текучести 36 000 фунтов на квадратный дюйм, наиболее распространенная марка для уголков, пластин и второстепенных элементов, где экономия веса имеет меньшее значение, чем стоимость.
• A992 Марка 50: предел прочности 50 000 фунтов на квадратный дюйм, марка по умолчанию для проката W-образной формы в США с начала 2000-х годов, обеспечивающая примерно на 39 процентов большую прочность, чем A36 при аналогичной цене за единицу.
• A572 Марка 50/60/65: высокопрочная низколегированная сталь, используемая для пластинчатых балок и тяжелонагруженных элементов мостов, выдерживает давление до 65 000 фунтов на квадратный дюйм.
• Устойчивая к атмосферным воздействиям сталь (тип A588): образует стабильный оксидный слой, который исключает повторные циклы окраски, широко используется для открытых модульных стальных балок мостов в сельской местности и на автомагистралях.

Снижение веса за счет выбора сорта по всему проекту. На складском каркасе площадью 30 000 квадратных футов замена основных балок с A36 на Grade 50 обычно сокращает общий тоннаж стали на 12–18 процентов, что снижает как затраты на материалы, так и время крана, даже несмотря на то, что цена за тонну Grade 50 немного выше.

Системы защиты от коррозии и покрытия

Конструкционная сталь без покрытия теряет примерно от 0,001 до 0,005 дюйма толщины сечения в год в типичной промышленной среде на открытом воздухе, поэтому выбор покрытия рассматривается как проектное решение, а не второстепенная мысль, особенно для открытых балок и модульных стальных мостовых балок, которые расположены рядом с водными переправами.

Горячее цинкование является выбором по умолчанию для балок длиной менее 40 футов, которые подходят для погружного резервуара, в то время как применяемые на месте эпоксидно-полиуретановые системы покрывают более длинные пластинчатые балки и собранные модульные стальные секции моста, которые превышают размеры резервуара.

Методы изготовления, сварки и соединения

Заводское изготовление металлической балки следует фиксированной последовательности, и порядок имеет значение, поскольку не последовательность сверления или сварки приводит к искажениям, исправлять которые постфактум будет дорого.

1. Резка фланцев и стенок по длине с использованием плазменной или газокислородной резки с ЧПУ, с допуском на резку, как правило, плюс-минус 1/16 дюйма.
2. Подгонка и прихватка стенки к фланцам, проверка прямоугольности перед началом полной сварки.
3. Полная сварка, обычно дуговая сварка под флюсом для длинных прямых участков пластинчатых балок, при которой наплавленный металл наплавляется быстрее и с меньшим количеством дефектов, чем ручная дуговая сварка защитным металлом.
4. Сверление или пробивание отверстий под болты для монтажных пластин и соединительных уголков, расположенных по заводскому шаблону, чтобы гарантировать монтаж на месте.
5. Проверка и выпрямление развала, поскольку длинные балки предварительно изогнуты вверх, чтобы противодействовать прогибу под собственной нагрузкой после нагрузки.
6. Подготовка поверхности и нанесение покрытия перед отправкой.

Для полевых соединений на каркасах зданий обычно используются высокопрочные болты (класса A325 или A490), а не сварка на месте, поскольку болтовые соединения быстрее устанавливаются, их легче проверять на предмет надлежащего крутящего момента, а также они предсказуемо работают как в каркасах зданий, так и в соединениях модульных стальных мостов.

Сравнение затрат: стальные балки, бетон и древесина

Стоимость материала за тонну отражает лишь часть истории; установленная стоимость за квадратный фут каркасной площади — это число, которое фактически определяет выбор балок в большинстве проектов.

Сталь наиболее решительно выигрывает в проектах с длинными свободными пролетами, сжатыми графиками или необходимостью гибкого ремонта в дальнейшем, поскольку удаление несущей стены или добавление проема выполняется легко при использовании стального каркаса на болтах и гораздо более разрушительно при использовании монолитного бетона.

Рекомендации по техническому обслуживанию и проверке

Документированный интервал проверки продлевает срок службы балок, значительно превышающий первоначальные проектные предположения, особенно для открытых балок и модульных стальных мостовых конструкций, подверженных транспортным нагрузкам и циклическим погодным условиям.

Приоритетные вопросы во время любой проверки включают момент затяжки болтов в стыковых соединениях, толщину пленки покрытия на концах балки, где вода имеет тенденцию скапливаться, а также любые видимые потери сечения в точках опоры, где балка контактирует с фундаментом или опорой.

Часто задаваемые вопросы