Что такое балка (в рельефе)? Виды и примеры балок

Рельеф, образованный поверхностными водотоками (постоянными либо временными), принято называть флювиальным (от латинского слова fluvio – «течь, протекать»).

Любой водный поток выполняет определенную геологическую работу, а именно: разрушает цельные блоки горных пород (эрозионный процесс), переносит продукт разрушения и откладывает его в новом месте (аккумуляционный процесс). В результате этой работы на земной поверхности образуется множество разнообразных форм рельефа: меандры, промоины, овраги, конусы выноса, шлейфы и прочие.

Флювиальные процессы возможны лишь при определенных природно-климатических и геологических условиях. Самая подходящая местность для формирования флювиальных форм рельефа – это равнинная территория, сложенная «мягкими» горными породами, с достаточным увлажнением и редкой древесной растительностью. Иными словами, это степная или лесостепная природные зоны.

Классический ряд эрозионных форм рельефа, созданных поверхностными водотоками, выглядит так:

  • Борозда (эрозионная).
  • Промоина.
  • Овраг.
  • Балка.
  • Речная долина.

Причем этот ряд является эволюционным. То есть каждая из этих форм со временем переходит в следующую в точно таком порядке.

Что такое балка? Где и при каких условиях она формируется? Далее мы более подробно расскажем об этой форме флювиального рельефа.

Общие сведения об устройстве и назначении

В строительстве балки классифицируются, прежде всего, в зависимости от того на какое количество опор она ложится:

  • «разрезная» – применяется для устройства пролета между двумя опорами, чаще всего такие конструкции используются для межэтажных перекрытий, устройства кровли, мостовых сооружений;
  • «неразрезная», или «многопролетная» соединяет несколько точек, на которые ложится элемент, и конструкция имеет многопролетный вид.

Конструктивно простейшая балка, применяемая в малоэтажном каркасно-щитовом домостроении для устройства чердачного перекрытия, представляет собой цельный брус прямоугольной формы, но для более требовательных сооружений, чем простой дачный домик требуются несколько иные по форме элементы способные выдерживать большие нагрузки:

  • тавровые;
  • двутавровые;
  • швеллер;
  • прямоугольная форма.

Кроме того, особые требования предъявляются и к материалам конструкций:

  • железобетонные;
  • стальные элементы;
  • ригели из легких металлов и сплавов;
  • деревянные конструкции.

Наиболее востребованными в строительстве, при возведении крыш промышленных объектов, применяются профили тавровой или двутавровой формы, они здесь являются основными элементами конструкций кровли. Это связано с тем, что такая форма наиболее эффективно работает при нагрузках на изгиб.

Двутавровые – по своей форме поперечного сечения напоминают букву «Н». Каждый элемент, имеет свое название – вертикальные части такой буквы «Н» называются полки, а соединяющая их черточка именуется стенкой. Благодаря такой форме, профиль способен выдерживать большие нагрузки, чем прямоугольный, по сечению материал. Кроме того, двутавровые конструкции позволяют применять дополнительные методы повышения прочности конструкции:

  • для наиболее ответственных участков кровли применяются двутавровые профили с утолщенной стенкой;
  • для второстепенных участков применяются ригели, внутренние грани полок, которых параллельны друг другу;
  • для повышения жесткости конструкции используются профили с уклоном на внутренних гранях.

Что такое овраг?

Овраг представляет собой ложбину с крутыми незадернованными склонами, образованную временным водотоком. Как и балки, овраги характерны для степей и лесостепей.

Размеры оврагов значительно скромнее, чем размеры балок, обычно их длина ограничивается несколькими десятками и редко достигает несколько сотен метров. Часто овраги возникают при проседании почвы в результате таяния снега или по причине сильных дождей, затем из года в год они увеличиваются в размерах по тем же причинам. Совокупность процессов, способствующих возникновению оврагов, называется эрозией почвы. Эрозия — это разрушение почвы или горной породы ветром и водными потоками. Со временем крупный овраг может превратиться в балку.

Возникновение оврагов наносит вред земледелию и скотоводству, уничтожая и расчленяя поля и луга. Причиной появления оврагов часто являются сельскохозяйственные действия людей, кроме того, их возникновению способствует вырубка деревьев, добыча глины и песка, другая человеческая деятельность. С целью предотвратить возникновение и распространение оврагов применяются лесополосы, водозадерживающие валы, подпорные стенки, водоотводные канавы, запруды и т. д.

Балки в строительстве

Ранее в ходе возведения зданий, различных навесных конструкций, тех же мостов, широко использовалась древесина. Что нашло отражение в летописях, сказаниях, былинах, народном эпосе и сохранившихся памятниках древнего зодчества. Сейчас такое решение используется крайне редко в малоэтажном строительстве, при возведении деревянных жилых домов и построек хозяйственного назначения. В том числе каркасных, особенно в тех местах где есть большие лесные массивы и доступные по стоимости пиломатериалы, тот же брус или бревно.

Железобетонные балки активно применяются в промышленном строительстве и при возведении многоэтажных зданий, в других сферах. Варианта два.

  1. Купить сборную железобетонную балку, в таком случае проверяйте документы, подтверждающие качество и соответствие действующей нормативной базе. Например, ГОСТ 20372-2015 для стропильных, подстропильных балок, ГОСТ 24893-2016 для обвязочных балок и другие.
  2. Сформировать монолитную железобетонную балку непосредственно на объекте строительства. Технология заключается в монтаже арматурного каркаса, установке опалубки и заливке бетоном со строгим соблюдением технологии производства.

Где еще можно использовать такие приспособления

Продолжая тему назначения стальных балок, скажем, что они используются не только как цельные элементы в возведении промышленных, общественных и других типов сооружений. Также, они часто выступают конструкционными частями кровли, могут выступать частями перекрытий между этажей, а также быть основой для эстакад кранового типа. Для создания колонн и перекрытий часто используются и двутавровые варианты. Они используются и в фермах перекрытий из стали. Повсеместное применение именно такого типа балок объясняется тем, сделать их довольно просто, а в работе они относятся к категории очень надежных.

Также популярными считаются изделия, которые делаются из стали низколегированного типа. Химсостав при их создании должен обязательно соответствовать нормам ГОСТ. Отдельно следует сказать о том, что номер балки из металла означает ее условный размер в сантиметрах. Наименьшей цифрой является десять, а наибольшей — сто. Создание балок с иными характеристиками возможно лишь по спецзаказу. Размером же рассматриваемого изделия из стали считается величина между внешними гранями ее полок.

Обычно балка в горизонтальном положении, воспринимает поперечную вертикальную нагрузку, исходящую от веса. Но довольно часто следует учесть влияние целого ряда гипотетических горизонтальных сил поперечного типа. В качестве примера можно назвать, ветровую нагрузку при учете возможного землетрясения.

Такое изделие под нагрузкой, также оказывает воздействие на опоры, которыми могут быть колонны, стены, подвесы либо же те же самые балки. После этого нагрузка переходит дальше и в ряде случаев, она воспринимается различными конструкционными элементами, работающими на сжатие — опорами. Можно также сказать отдельно о случае ферменной конструкции, где стержни опираются на балку, находящуюся в горизонтальном положении.

Также, следует сказать, что прочностные характеристики изделия зависят от следующих физических параметров:

  • материала, из которого она изготовлена;
  • длины;
  • площади, а также формы поперечного сечения;
  • способа, которым она закреплена с другими элементами.

Технология производства горячекатаного двутавра

Принцип горячей прокатки

Горячекатаную балку производят методом горячей прокатки, который широко используется для других видов фасонного и сортового проката. Сущность этого метода заключается в постепенной деформации заготовки (обычно это блюм прямоугольного сечения) из прямоугольника в Н-образный профиль путем обжатия парами приводных роликов, объединенных в прокатную клеть. Прокатные клети, в свою очередь, создают технологическую линию прокатного стана, в которой сталь и приобретает конечную форму.

Читайте также  Пенополистирольных плит

Каждый ролик имеет специальные проточки кольцевого типа, называемые калибрами. В ходе вращения металл затягивается в калибры, сжимается и меняет свою форму. ЗА несколько этапов сталь перераспределяется между полками и стенкой, зерно измельчается, а прочность металла увеличивается. Предварительный нагрев заготовки до 1100-1200°С делает металл пластичным, что позволяет катать его с большим обжатием и, соответственно, обеспечивает высокую производительность процесса и качество прокатки. Из-за нагрева процесс и получил свое название – горячая прокатка.

Схема деформации заготовки в двутавровый профиль

Впервые горячую прокатку двутавра запатентовал Альфонс Хэлбоу (1849 год) из компании Forges de la Providence, которая и стала развивать этот метод. Двутавровый профиль стал особенно популярен во времена активного строительства небоскребов, так как позволял создавать относительно легкие и прочные конструкции. Основным производителем, который продвигал этот вид стройматериалов, стал завод Bethlehem Steel (правопреемником является известная компания ArcelorMittal)

Сейчас процесс ведется на станах рельсобалочного линейного и универсального типа. Среди основных производителей в России можно перечислить следующие предприятия:

Но это не весь список производителей двутавров. Полный список производителей представлен на этой странице.

Тюнинг

Существует ли тюнинг задней балки? В отличие от передней подвески, автовладельцы не сильно заморачиваются над ее доработкой. Однако все же есть способ улучшения характеристик этого приспособления. Наиболее распространенный вариант тюнинга – это установка стабилизатора поперечной устойчивости. Ранее мы уже говорили об отсутствии такового элемента и об излишней неповоротливости автомобилей. Установка же дополнительно этого устройства позволяет снизить боковой крен и улучшить управляемость машины. Как выглядит подобный элемент, читатель может увидеть на фото ниже.

Для монтажа такого стабилизатора не требуется проделывать дополнительные отверстия или приваривать что-либо. Механизм закрепляется на штатные болты крепления устройства, а в некоторых случаях по центру обхватывает и саму балку. Таким образом, конструкция придает дополнительную жесткость не в ущерб комфорту. На данный момент существуют уже готовые комплекты для установки на переднеприводные автомобили марки ВАЗ.

Еще один вид тюнинга – монтаж металлических пластин под ступицу. Делается это с целью получения отрицательного развала. Как правило, это нужно при установке широких дисков в случае, если они не помещаются в арку. Отрицательный развал позволит улучшить управляемость автомобиля. Машина будет лучше входить в повороты. Однако нужно понимать, что после такого тюнинга вся нагрузка будет идти на одну сторону протектора. Ресурс покрышек при этом снижается в два раза.

Виды балок в строительстве

На фото: балки двутавровые в устройстве кровли

Существует большое количество официальных классификаторов элементов строительных конструкций. Ниже будет представлены две наиболее объективные классификационные схемы.

Классификация строительных балок по виду материала

  • Стальная балка представляет собой поперечный или продольный элемент несущей конструкции, выполненный из специальной, углеродистой или низколегированной стали методом горячего или холодного металлопроката. Главное достоинство стальных балок: оптимальная степень прочности при работе на изгиб. Применяются при возведении конструкции, предполагающей повышенную весовую нагрузку или высокую степень опасности: подвесные пути, шахтные стволы и так далее.

  • Железобетонная балка представляет собой строительный элемент линейного типа, применяемый в несущей конструкции с целью перераспределения веса и повышения устойчивости всей конструкции и состоящий из композиционного материала: бетонная матрица, усиленная стальной арматурой. Железобетонные балки являются более дешевым аналогом стальных балок и применяются на объектах со стандартной весовой нагрузкой: жилищное строительство, возведение зданий промышленного типа.

  • Деревянная балка представляет собой элемент несущей деревянной или иной облегченный конструкции, выполненный из древесины. Широко применяется для возведения жилых и хозяйственных сооружения из дерева.

Классификация строительных балок по типу торцевого сечения

  • Сечение прямоугольного типа. Целесообразно в использовании в пролетах с малой длиной.
  • Сечение «L»-типа. Применение целесообразно при конструировании фасадов сооружений.
  • Стандартные и двускатные тавровые балки (сечение «T»-типа). Оптимально подходят для пролетов средней длины. В
  • Балка двутавровая. Имеют повышенную устойчивость и используются для длинных пролетов.
  • Сечение «V»-типа. Используются в качестве дополнительного элемента для усиления несущей конструкции.
  • Сечение «VT»-типа. Использование в качестве прогонов.

Двутавровые балки в свою очередь делятся на подкатегории:

  • Балка двутавровая с параллельными гранями полок. Стандарты и размеры представлены ГОСТом 26020-83.
  • Стандартная двутавровая балка с углом наклона граней полок от 6 до 12%. Стандарты и размеры представлены ГОСТом 8239-89.
  • Специальная двутавровая балка, стандарты и размеры представлены ГОСТом 19425-74. Делятся на два подтипа с маркировкой: «M» — двутавровая балка имеет угол наклона граней до 12%; «C» — двутавровая балка имеет угол наклона граней до 16%.

Отдельно необходимо рассмотреть такой элемент несущей конструкции, как ригель (иногда имеет наименование: ригельная балка). Ригель в подавляющем большинстве случаев бывает железобетонным и в отличие от стандартной балки является неотъемлемым элементом рамы (балка – это самостоятельный элемент конструкции). Ригель широко используется при устройстве опалубки.

Важные рекомендации, которые стоит учитывать, выбирая балки

Повторно можно заявить, что балка в строительстве, это один из главных элементов сооружения. Основной фактор при отборе балок для несущих элементов – значение максимальной нагрузки при влиянии вертикально направленных поперечных сил.

В районах, где присутствуют нестабильные климатические условия и высокая степень движения грунта, представляющая сейсмологическую опасность, расчет работы поперечных горизонтальных сил обязателен.

Для облегчения подбора данных, чтобы впоследствии сделать заявку, балки распределены по буквенным маркировкам: Б, Ш, К. Соответственно:

  • Б – стандартные.
  • Ш – широкополочные.
  • К – колонные двутавровые балки.

Следовать рекомендациям необходимо для гарантии конструкциям долговечности и надёжности при возведении зданий.