Při stavbě průmyslových zařízení je nutné používat pouze spolehlivé a odolné materiály, které budou schopny odolat všem zatížením. Jedním takovým materiálem je I-nosník. S jeho pomocí můžete stavět patra budov. Existuje několik hlavních typů nosníků, takže musíte vědět, který produkt a za jakých podmínek lze použít.
V tomto článku se podíváme na to, co je I-beam, jeho typy a oblasti použití. Budeme analyzovat způsoby výroby a také to, jak rozměry I nosníku ovlivňují nosnost budoucí konstrukce.
Co je to paprsek I
Jedná se o druh kovového výrobku, který má průřez ve tvaru písmene „H“. Má dvě police (horní a spodní), které jsou vzájemně spojeny stěnou. V závislosti na účelu mohou být geometrické rozměry polic a stěn různé. Název tohoto prvku má velmi dlouhou historii a pochází z latinského slova „taurus“, které se do ruštiny překládá jako „býk“. Jiný název pro tento válcovaný kov je dvourohý.
Hlavním materiálem pro výrobu je ocel s různými přísadami. Ocel může být vysoce uhlíková nebo nízkolegovaná. Existují dva různé způsoby výroby, na které se podrobně podíváme o něco později.
Po poměrně dlouhou dobu byly výrobky používány pouze pro výstavbu průmyslových prostor. V poslední době se však nosníky I aktivně používají pro uspořádání podlah soukromých domů a vícepodlažních obytných budov.
Specifický tvar H díky rovnoměrnému rozložení zatížení umožňuje dosáhnout maximálních pevnostních charakteristik. Při montáži kovových konstrukcí pro různé účely poskytuje nosník vysokou tuhost. Díky tomu se stává velmi populární ve stavebnictví. Tvar H je schopen absorbovat jak vertikální, tak příčné i horizontální zatížení.
Hlavní vlastnosti a výhody
Ve srovnání s jinými stavebními materiály má nosník řadu důležitých výhod. Sekce ve tvaru H poskytuje vysokou pevnost, která bude 7krát větší ve srovnání se čtvercovým profilem. Díky svému tvaru je konstrukce pevnější a stabilnější. I-nosník je schopen přenášet různá zatížení. Jeho odolnost vůči kroucení je několik setkrát větší než u běžné kovové trubky. To vše umožňuje použití tohoto prvku ve velmi obtížných podmínkách s konstantním zatížením.
I-beam GOST nepodléhá smršťování a různým
deformace, které se mohou objevit v průběhu času při konstantním zatížení. Každý lineární metr výrobku vydrží průběžně až 500 kilogramů. Hmotnost výrobku je přitom relativně malá (6,8 kilogramů na metr). To umožňuje jejich instalaci na poměrně dlouhé trasy bez použití dalšího stavebního vybavení. Výrobky lze v případě potřeby ořezávat, snadno se zpracovávají, svařují a přepravují.
Cena ocelových nosníků bude o něco vyšší než u jeho dřevěných protějšků, ale pevnost, spolehlivost a životnost budou desítkykrát delší. Pokud tedy chcete postavit vysoce kvalitní budovu se spolehlivými podlahami, určitě použijte I-nosník.
Základní klasifikace ocelových I-nosníků
Stavební materiál má svou specifickou klasifikaci a značení, které je uvedeno v příslušné dokumentaci. První dvě čísla ukazují základní výšku celého profilu. Udává se v centimetrech. Další v názvu jsou písmena, která označují produkty podle účelu:
- Písmeno “B”. Jedná se o standardní nosník, který se používá pro instalaci většiny budov a konstrukcí pro různé účely. Prvky mají poměrně dobrou pevnost, takže je lze použít pro podlahy s velkým zatížením;
- Písmeno “K”. Tyto výrobky mají paralelní police a jsou určeny pro vertikální nosné konstrukce. Police jsou poměrně silné, takže je lze použít při stavbě vícepodlažních obytných budov;
- Písmeno “Ш” znamená širokou přírubu. Používá se především na stavbu mostů, schodišť a také na některé typy podlah. Díky širokým policím se výrazně zvyšuje nosnost konstrukce. Před použitím této odrůdy bude nutné provést všechny výpočty a získat technické zdůvodnění;
- Písmeno “D”. Jedná se o doplňkový typ I-nosníku, což je něco mezi standardními a širokopřírubovými produkty. Ve stavebnictví se používá zcela výjimečně, především pouze pro řešení specifických problémů;
- Písmeno “M”. Nejnovější typ ocelového I-nosníku, který se používá pro instalaci závěsných drah. Zde mají police na obou stranách mírný sklon. Úhel sklonu není větší než 12 stupňů. V případě potřeby jsou v průmyslových prostorách instalovány závěsné kolejnice.
Všechny technické charakteristiky, indikátory, přesné geometrické rozměry a sklon polic pro každý typ jsou předepsány v odpovídajícím GOST 8239-89. Každý výrobek je označen speciální barvou s uvedením čísla objednávky a čísla výkresu pro výrobu. Nezapomeňte zkontrolovat přítomnost této informace na koncové straně I-paprsku.
2 hlavní výrobní metody
Výrobky tohoto typu jsou vyráběny z různých jakostí oceli (legované přísadami a nízkouhlíkové). Výrobní postup se provádí podle technologických fází, které jsou předepsány v GOST. Veškeré geometrické rozměry, sklony a dovolené odchylky jsou přísně regulovány státními normami kvality.
Existují dva technologicky odlišné způsoby výroby I-paprsků:
- Metoda válcování za tepla. Ocelový předvalek se zahřeje na určitou teplotu, díky čemuž je kov tažný. Dále je tažen přes válce na specializovaném zařízení, aby získal specifický tvar H;
- Metoda svařování. V tomto případě se připraví několik přířezů vhodné velikosti, které se následně svaří dohromady. Svařování se provádí na automatických linkách.
Výrobky válcované za tepla jsou rychlejší na výrobu a absence svaru je činí vhodnějšími pro použití v náročných výrobních prostředích. Existují dva typy přesnosti válcování: vysoká třída (označená „A“), běžná třída (označená „B“).
Nyní se podívejme na jednotlivé způsoby výroby podrobněji.
Metoda horkého válce
Toto je hlavní a preferovaný způsob výroby. Vyznačuje se vysokou produktivitou a umožňuje získat produkty vysoké třídy přesnosti. Výroba probíhá v hutních provozech, které disponují všemi potřebnými stroji. Hotový výrobek nemá sváry ani jiné spojovací prvky, díky čemuž je odolnější vůči zatížení a jakémukoli mechanickému namáhání. Stavební konstrukce budou poměrně tuhé, takže nebude nutná instalace dalších výztuh.
Mezi nevýhody tohoto způsobu výroby patří poměrně velká hmotnost. To je způsobeno skutečností, že tloušťka stěny po celé délce výrobku musí být stejná bez jakýchkoli odchylek nahoru nebo dolů. Další nevýhodou je omezená velikost. Proto je nutné válcovaný kov rozřezat na kusy, což vede ke vzniku velkého množství odpadu.
Svařovaný I-nosník
Podstatou této metody je, že se připravují přířezy polic a stěn určitých velikostí, které se následně svařují. Svařování se provádí na obou stranách. Tento postup se provádí na speciálních strojích, které kontrolují kolmost polic vůči stěně a také vzájemnou těsnost obrobků.
Ve srovnání s kovem válcovaným za tepla má svarový spoj menší pevnost, proto jsou v některých místech I nosníku vyrobeny další výztuhy. Díky tomu se snižuje tloušťka stěny, což vede k odlehčení konstrukce při zachování nosnosti. To vše výrazně snižuje náklady na hotový výrobek, a to bude ekonomicky výhodné pro celý projekt stavby.
Jednou z nejdůležitějších výhod svařované výroby je, že I-nosník je vyroben podle technických specifikací, které odrážejí individuální rozměry každého zákazníka. Tímto způsobem můžete vyrobit správné množství stavebního materiálu s požadovanými rozměry a vyhnout se odpadu. V technických specifikacích můžete specifikovat i další přání, která jsou z technické stránky oprávněná. Profil můžete vyrobit například perforovaný nebo s přídavnými přírubovými spoji.
Výrobní postup se provádí následovně:
- Nejprve se připraví polotovary. K tomu jsou ocelové plechy vhodné tloušťky řezány na určité velikosti;
- Poté se hrany obrobků opracují na bruskách. To se děje tak, aby k sobě těsně přiléhaly a byly dobře svařeny;
- Dále jsou obrobky instalovány na svařovacím stroji v určité poloze a upevněny, aby se zabránilo posunům a odchylkám od kolmé polohy;
- Nyní je proveden postup pro svařování obrobků na obou stranách;
- Po svaření se na dalším stroji provede oříznutí a v případě potřeby dodatečné rovnání.
Hlavní nevýhodou svařované výroby je rychlost a objem vyráběných výrobků. Válcovací výroba umožňuje vyrobit poměrně velký objem I-nosníků v krátkém čase.
Kde se používá I-beam?
Oblasti použití ocelových nosníků jsou velmi široké. Nachází se v různých oblastech ekonomiky. Díky svému širokému záběru se dá využít k různým účelům. Zde jsou hlavní oblasti použití produktu:
- Ve stavebnictví (průmyslové a soukromé stavebnictví) pro výrobu podlah, kovových rámů a vertikálních podpěr;
- Pro výrobu mostních podpěr;
- Při výstavbě železničních tunelů dostatečně dlouhé délky, jakož i podzemních silničních tunelů;
- Dráhy pro průmyslové jeřáby;
- Při stavbě střech průmyslových budov a konstrukcí;
- Výstavba jam a různých bunkrů, které budou umístěny pod velkou vrstvou zeminy;
- Výstavba různých rozsáhlých architektonických a inženýrských staveb.
Ve stavebnictví je velmi důležité používat prvky, které mají nízkou hmotnost, ale zároveň velkou pevnost. Za takové prvky lze snadno považovat I-paprsky. Při správném výběru požadovaného provedení můžete postavit kvalitní stavbu, která bude mít dlouhou životnost.
I-nosník nebo I-nosník je druh válcovaného kovu, což je dlouhý profil s průřezem ve tvaru písmene „H“. Je tvořen dvěma rovnoběžnými policemi a stěnou, která je spojuje. Tato sekce funguje dobře pod vlivem ohybového zatížení, proto se používá jako nosníky a sloupy ve stavebnictví.
Charakteristiky I-nosníku válcovaného za tepla
Ve stavebnictví a strojírenství se používá několik typů I-nosníků. V závislosti na jejich geometrických vlastnostech je lze rozdělit do dvou velkých skupin:
- I-nosník, vnitřní okraje polic jsou nakloněny vzhledem k vnějším;
- I-nosník, vyrobený s rovnoběžnými hranami polic.
Nosník se sklonem příruby
Výkres profilu I nosníku se sklonem vnitřních hran polic
Tento typ výrobku se vyrábí v souladu s požadavky GOST 8239. Historicky byl jako první zvládnutý, protože rolovací regály se sklonem 6-12% jsou technologicky jednodušší než bez sklonu. Výrobky jsou označeny slovem „I-beam“ a číslem I-beam, které zobrazuje výšku výrobku (velikost stěny) v centimetrech.
Podniky vyrábí I nosníky od č. 10 (výška h = 100 mm, šířka pásnice b = 55 mm, tloušťka stěny s = 4,5, jmenovitá tloušťka pásnice t = 7,2 mm) do č. 60 (v = 600 mm, b = 190 mm, s = 12 mm, t = 17,8 mm). Délka výrobků je 4-12 m.
Výrobky mohou být vyrobeny z uhlíkových ocelí běžné kvality, jako je St3sp (technické požadavky v souladu s GOST 535), vysoce kvalitní konstrukční a slitinové třídy (technické požadavky na vysokopevnostní válcované výrobky v souladu s GOST 27772 nebo GOST 19281). Vyrábí se válcované výrobky se zvýšenou (B) a normální (C) přesností. Výrobek je regulován rozměrovou odchylkou, průhybem stěny, zešikmením police, polohou a rozměry přírub, délkovým zakřivením, otupením hran a dalšími parametry.
Kromě toho kategorie se sklonem vnitřních hran produktových polic zahrnuje I nosníky speciální řady podle GOST 19425, které jsou určeny pro vyztužení hřídele hřídele (označené číslem udávajícím výšku v cm a písmeno „C“) a pro uspořádání závěsných drah (udává se hodnotou výšky výrobku v cm a písmenem „M“). Podle této normy se vyrábí následující standardní velikosti nosníků:
- od 14 C (v = 140 mm, b = 80 mm, s = 5,5 mm, t = 9,1 mm) do 36 C (v = 360 mm, b = 140 mm, s = 14 mm, t = 15,8, XNUMX mm) ;
- od 18M (h = 180 mm, b = 90 mm, s = 7 mm, t = 12 mm) do 45 M (h = 450 mm, b = 150 mm, s = 10,5 mm, t = 18 mm).
Nosník s paralelními přírubami
Výkres profilu nosníku I s rovnoběžnými hranami přírub
I-nosník s paralelní přírubou je považován za ekonomičtější z hlediska poměru hmotnosti a nosnosti výrobku. Vyrábí se podle požadavků GOST 26020 s délkou až 24 m.
K dispozici jsou tři velké skupiny standardních velikostí:
- normální I-nosníky jsou označeny číslem (výška v cm), písmenem „B“ a číslem standardní velikosti (lze vyrobit několik standardních velikostí stejné výšky, mírně se lišící v rozměrech polic a stěn). Z hlediska poměru výšky k šířce police (v/b cca 2) je tento typ podobný nosníkům se sklonem vnitřních hran polic. Standardní velikosti jsou k dispozici od 10B1 (v = 100 mm, b = 55 mm, s = 4,1 mm, t = 5,7 mm) do 100B4 (v = 1013 mm, b = 320 mm, s = 19,5 mm, t = 32,5 mm) ;
- širokopřírubové I-nosníky jsou označeny podle stejného principu, ale jsou označeny písmenem „Ш“. Tento typ má poměr výšky a šířky police h/b asi 1,5, to znamená, že lépe odolává kroucení a je hospodárnější při vysokém zatížení nosníku. Standardní velikosti jsou k dispozici od 20 × 1 (v = 193 mm, b = 150 mm, s = 6 mm, t = 9 mm) do 70 × 5 (v = 718 mm, b = 320 mm, s = 23 mm, t = 36,5 mm) ;
- Nosníky sloupu I mají stejný princip značení, ale jsou označeny písmenem „K“. Tento typ má poměr výšky a šířky příruby h/b asi 1 a jak název napovídá, lze jej efektivně použít pro konstrukci sloupů. Standardní velikosti jsou k dispozici od 20K1 (v = 195 mm, b = 200 mm, s = 6,5 mm, t = 10 mm) do 40K5 (v = 431 mm, b = 400 mm, s = 23 mm, t = 35,5 mm) ;
- Nosníky I doplňkové řady jsou označeny ve tvaru písmene „D“ před písmenným označením typu nosníku, například 27DB1 nebo 40DSh1.
Je třeba poznamenat, že Rusko také používá standard STO ASChM 20-93, vydaný sdružením Chermetinform. Tento dokument obsahuje téměř stejné standardní velikosti jako v GOST 26020 s malými rozdíly v geometrických parametrech.
Technologie výroby za tepla válcovaných I-nosníků
Princip válcování za tepla
Trámy válcované za tepla jsou vyráběny metodou válcování za tepla, která je široce používána pro jiné typy tvarových a dlouhých výrobků. Podstatou této metody je postupná deformace obrobku (většinou bloku obdélníkového průřezu) z obdélníku do profilu tvaru H stlačováním dvojicemi hnacích válců sdružených do válcovací stolice. Válcovací stolice zase vytvářejí válcovací linku, ve které ocel dostává svůj konečný tvar.
Každý válec má speciální prstencové drážky nazývané kalibry. Během rotace je kov vtahován do měřidel, stlačován a mění svůj tvar. V několika fázích se ocel přerozděluje mezi police a stěnu, zrno se drtí a pevnost kovu se zvyšuje. Předehřátím obrobku na 1100-1200°C je kov tažný, což umožňuje jeho válcování s větší redukcí, a tím zajišťuje vysokou produktivitu procesu a kvalitu válcování. Kvůli ohřevu dostal proces svůj název – válcování za tepla.
Schéma deformace obrobku do I-profilu
Válcování I-paprsku za tepla si poprvé nechal patentovat Alphonse Halbow (1849) ze společnosti Forges de la Providence, která tuto metodu začala vyvíjet. Profil I-beam se stal oblíbeným zejména při aktivní výstavbě mrakodrapů, protože umožňoval vytvářet relativně lehké a odolné konstrukce. Hlavním výrobcem, který propagoval tento typ stavebních materiálů, byl závod Bethlehem Steel (právním nástupcem je známá společnost ArcelorMittal)
Nyní se proces provádí na lineárních a univerzálních kolejových a trámových frézách. Mezi hlavní výrobce v Rusku lze uvést následující podniky:
Ale to není celý seznam výrobců I-beam. Kompletní seznam výrobců je uveden na této stránce.
Charakteristika a technologie výroby svařovaného I nosníku
Vzhled svařovaného I nosníku proměnné výšky
Svařovaný I-nosník má geometrické charakteristiky podobné I-nosníku s rovnoběžnými hranami přírub. Výrobu těchto výrobků obvykle provádějí malé továrny na kovové konstrukce a další kovodělné podniky. Obrobek je ocelový plech, který je svařován automatickým svařováním pod tavidlem. Výroba svařovaných I nosníků je samozřejmě malosériová nebo kusová, což ovlivňuje její cenu.
Metoda má následující výhody:
- kromě výrobků s rozměry v souladu s GOST 26020 lze vyrobit jakýkoli typ I-nosníků podle výkresů zákazníka;
- existují technologie výroby I nosníků s vyztuženými prvky, kdy jsou v určitých oblastech zesíleny stěny nebo pásnice – to umožňuje vyrábět nosníky pro konkrétní projekty s vypočteným zatížením;
- Lze vyrobit i bimetalový I-nosník, jehož prvky jsou vyrobeny z různých jakostí oceli.
Aplikace I-paprsku
Památník stavitelům mrakodrapů v New Yorku, stolování na I-paprsku.
I-nosník, vyznačující se dobrou odolností proti ohybovému zatížení, nachází hlavní uplatnění ve stavebnictví. Používá se pro uspořádání trámů v soukromých domech, pomocných budovách, při výstavbě občanských, průmyslových a infrastrukturních zařízení, při stavbě mostů a dalších oblastech. I-beam hraje důležitou roli při navrhování silně zatížených budov a konstrukcí, například při stavbě mrakodrapů a dalších výškových budov.
I-nosník v provedení závěsného jeřábového nosníku
Strojírenství je dalším velkým odběratelem nosníků I. Speciální typ nosníků I se používá pro zabezpečení důlních děl a při úpravě visutých drah pro navijáky a jiná zvedací a přepravní zařízení v továrních areálech, myčkách automobilů, dílnách a dalších průmyslových areálech.
