Балка высотой 240 мм
Балка высотой 240 мм: технические характеристики, сортамент и применение в электротехнических конструкциях
Балка высотой 240 мм представляет собой стандартизированный металлический профиль, широко применяемый в строительстве и энергетике для создания несущих конструкций. В контексте электротехнической и кабельной продукции, такие балки выступают в качестве ключевых элементов для монтажа оборудования, прокладки кабельных трасс, сооружения опорных каркасов распределительных устройств (РУ), подстанций и кабельных эстакад. Основным нормативным документом, регламентирующим сортамент и технические условия на стальные горячекатаные двутавры (к которым и относится балка 240 мм), является ГОСТ 8239-89, а также стандарты на широкополочные двутавры (СТО АСЧМ 20-93).
Сортамент и геометрические параметры балок высотой 240 мм
Под обозначением «балка высотой 240 мм» подразумевается, что номинальная высота профиля (h) равна 240 миллиметрам. Однако, в зависимости от типа и серии, конкретные геометрические параметры и масса различаются. Основные типы включают в себя:
- Балка нормальная (Б) по ГОСТ 8239-89: Имеет параллельные грани полок и уклон внутренних граней не более 10%. Ширина полки (b) для балки №24 составляет 115 мм.
- Балка широкополочная (Ш) по СТО АСЧМ 20-93: Характеризуется увеличенной шириной полок при той же высоте, что существенно повышает несущую способность на изгиб и устойчивость. Ширина полки для балки 240Ш может достигать 240 мм.
- Балка колонная (К): Обладает приблизительно равными значениями высоты и ширины полки (например, 240К), что обеспечивает высокую устойчивость при использовании в качестве сжатых элементов (колонн).
- Каркасы распределительных устройств (РУ) и подстанций: Балки используются в качестве вертикальных стоек (колонн) и горизонтальных ригелей для сборки каркасов зданий ЗРУ и КРУ, а также для монтажа опорных конструкций под силовые трансформаторы, реакторы, выключатели. Для колонн часто выбирают балки типа «К» или «Ш».
- Кабельные конструкции: Это основная область применения. Балки служат несущими элементами для создания одно- и многоярусных кабельных эстакад, лотков и полок. К их полкам удобно крепить кабельные кронштейны, траверсы или непосредственно лотки/перфорированные полки. Высота 240 мм обеспечивает достаточную жесткость для перекрытия пролетов 6-12 метров в зависимости от нагрузки.
- Опорные конструкции для шинопроводов: При прокладке тяжелых магистральных и распределительных шинопроводов (шинопроводов) балки 240 мм используются в качестве основных несущих трасс, к которым через специальные держатели крепятся шинные блоки.
- Усиление проемов и монтаж технологических площадок: При устройстве технологических проемов для ввода кабельных потоков или установки оборудования балки применяются в качестве перемычек. Также из них монтируют технологические площадки для обслуживания высоковольтного оборудования.
- Собственный вес конструкции.
- Вес кабелей, шинопроводов, оборудования.
- Ветровые и снеговые нагрузки (для наружных эстакад).
- Динамические нагрузки (при наличии).
- Значения ориентировочные, требуют точного расчета по СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».
- Высокая стандартизация и доступность на рынке.
- Оптимальное соотношение несущей способности и массы для своей высоты.
- Удобство монтажа и универсальность крепления дополнительных элементов.
- Хорошая устойчивость форм при изменении температуры.
- По сравнению со сварными двутаврами, горячекатаные имеют ограниченный сортамент.
- Нормальные балки (Б) имеют относительно низкую устойчивость при кручении и изгибе в плоскости слабой оси.
- Требуют защиты от коррозии при эксплуатации на открытом воздухе или в агрессивных средах.
- Сварные составные двутавры, которые позволяют получить оптимальное сечение под конкретную нагрузку.
- Стальные трубы квадратного или прямоугольного сечения (например, 250×250 мм), обладающие высокой устойчивостью при кручении и одинаковой жесткостью в обеих плоскостях.
- Железобетонные балки (для капитальных сооружений).
- В легких конструкциях – использование двух швеллеров №20-24, установленных полками внутрь или наружу.
Таблица 1. Основные параметры балок высотой 240 мм (выборочно)
| Обозначение профиля | Высота h, мм | Ширина полки b, мм | Толщина стенки s, мм | Толщина полки t, мм | Масса 1 м, кг | Момент инерции Jx, см⁴ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 24Б1 (№24) | 240 | 115 | 5.6 | 9.5 | 27.3 | 3460 |
| 24Б2 (№24М) | 240 | 115 | 5.6 | 9.8 | 27.9 | 3550 |
| 240Ш1 | 240 | 180 | 6.0 | 10.2 | 41.5 | 7480 |
| 240Ш2 | 240 | 200 | 6.5 | 11.0 | 47.1 | 8730 |
| 240К1 | 246 | 240 | 10.0 | 17.0 | 83.5 | 11600 |
Материалы и производство
Балки высотой 240 мм изготавливаются методом горячей прокатки из углеродистых и низколегированных сталей обыкновенного и повышенного качества. Наиболее распространенные марки стали: Ст3сп/пс5 (по ГОСТ 535-2005), 09Г2С, 345, 345К. Выбор марки стали зависит от условий эксплуатации: для несущих конструкций в отапливаемых помещениях обычно применяется Ст3, для ответственных конструкций и работы при отрицательных температурах – низколегированные стали. После прокатки балки могут подвергаться дополнительной обработке: дробеструйной очистке, антикоррозионному грунтованию, огнезащитному покрытию или горячему цинкованию для повышения срока службы в агрессивных средах.
Применение в электроэнергетике и при монтаже кабельных систем
В электротехнической сфере балка 240 мм находит применение благодаря оптимальному сочетанию несущей способности, доступности и удобства монтажа.
Расчетные нагрузки и монтаж
Выбор балки конкретного типа (Б, Ш, К) и проверка ее на прочность осуществляются на основании статического расчета. Расчет учитывает:
Ключевыми расчетными характеристиками являются момент инерции (Jx, Jy), момент сопротивления (Wx, Wy) и радиус инерции (ix, iy). Для балки 240 мм нормального сечения (24Б1) момент сопротивления Wx составляет около 289 см³, что позволяет выдерживать значительные изгибающие моменты. Монтаж балок осуществляется с помощью сварки или болтового соединения на фланцах. При болтовом соединении используются высокопрочные болты класса 8.8 или 10.9. Для крепления кабельных лотков и кронштейнов к полке балки применяют болты с шестигранной головкой, винты-саморезы по металлу или специальные захваты.
Таблица 2. Сравнение несущей способности балок 240 мм (условный пример для пролета 6м при равномерно распределенной нагрузке)
| Тип балки | Допустимая нагрузка (q), кН/м* | Типичное применение в энергетике |
|---|---|---|
| 24Б1 | ~15-18 | Кабельные эстакады с умеренной нагрузкой, каркасы внутренних РУ. |
| 240Ш1 | ~30-35 | Основные несущие трассы для тяжелых кабельных потоков, шинопроводов. |
| 240К1 | ~40-45 (на сжатие) | Колонны открытых распределительных устройств (ОРУ), несущие стойки. |
Преимущества и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается балка 24Б1 от 240Ш1?
Балка 24Б1 – нормальный двутавр с шириной полки 115 мм. Балка 240Ш1 – широкополочный двутавр с шириной полки 180 мм. При одинаковой высоте (240 мм) балка 240Ш1 имеет значительно больший момент инерции и момент сопротивления (в 2-2.5 раза), что делает ее гораздо более жесткой и несущей способной на изгиб. Однако она тяжелее и дороже.
Как правильно выбрать марку стали для балки, используемой на открытой кабельной эстакаде?
Для ответственных наружных конструкций, работающих при отрицательных температурах, рекомендуется применять балки из низколегированной стали, например, 09Г2С или 345, которые сохраняют ударную вязкость до -40°С. Обязательным является нанесение комплексного антикоррозионного покрытия (грунт-эмаль по системе) или горячее цинкование.
Каков максимальный пролет для балки 240Ш2 при устройстве кабельной эстакады?
Максимальный пролет определяется расчетом на прогиб и прочность. Ориентировочно, для балки 240Ш2 при нагрузке от кабелей и собственного веса конструкции порядка 20-25 кН/м, допустимый пролет может составлять 9-12 метров. Однако точный расчет должен учитывать все факторы нагрузки и предельный прогиб (обычно не более L/200 для кабельных эстакад).
Допускается ли сращивание балок 240 мм по длине и как это правильно делать?
Да, сращивание допускается. Оно выполняется с помощью сварки стыковых швов с полным проваром или фланцевого болтового соединения. Стык должен располагаться в месте с минимальным изгибающим моментом (обычно ближе к опоре). Сварные стыки должны выполняться по технологическому регламенту с контролем качества швов (визуальный, УЗК). Болтовые соединения выполняются на накладках с использованием высокопрочных болтов с контролируемым натяжением.
Какие существуют альтернативы горячекатаной балке 240 мм?
Альтернативами могут служить:
Выбор альтернативы обосновывается технико-экономическим расчетом.