Балка высотой 100 мм
Балка высотой 100 мм: технические характеристики, сортамент и применение в электротехнических конструкциях
В профессиональной терминологии балка высотой 100 мм относится к категории стального горячекатаного двутавра с номером профиля 10 (по ГОСТ 8239-89 или СТО АСЧМ 20-93). Данный профиль является одним из наиболее востребованных в электротехнике и энергетике благодаря оптимальному соотношению несущей способности, массы и габаритов. Он применяется для создания жестких силовых каркасов, опорных конструкций для электрооборудования, траверс, консолей и в качестве элементов опорных конструкций кабельных эстакад и галерей.
Сортамент и геометрические параметры
Балка 100 мм представлена несколькими типами, отличающимися шириной полок, толщиной металла и, как следствие, массой и моментом сопротивления. Основные типы:
- Двутавр с уклоном внутренних граней полок (ГОСТ 8239-89): Классический профиль, где грани полок имеют уклон 6-12%.
- Двутавр с параллельными гранями полок (серия Б, Ш, К по СТО АСЧМ 20-93): Широко применяется в строительных конструкциях. Для электротехники наиболее актуальны серии Б (нормальная) и Ш (широкополочная), обладающие повышенной устойчивостью.
- Горячее цинкование: Наиболее долговечный метод, обеспечивающий защиту от коррозии на 25-50 лет в зависимости от класса толщины покрытия. Критически важен для конструкций, расположенных на открытом воздухе.
- Окрашивание антикоррозионными эмалями: Применяется для внутренних помещений (ЗРУ, КРУ) или по оцинкованной поверхности для дополнительной защиты и цветового обозначения.
- Грунт-эмаль 3 в 1: Используется для восстановления защиты при монтаже на месте или ремонте.
- Траверсы для опор воздушных линий (ВЛ) 6-10 кВ: Используются в качестве несущих элементов для изоляторов и крепления проводов на промежуточных и анкерных опорах. Широкополочные балки (10Ш1) предпочтительны из-за большей устойчивости к кручению.
- Рамы и каркасы для силовых трансформаторов, реакторов, распределительных щитов (РУ, КРУ): Балка служит основой для сварных станин, обеспечивая необходимую жесткость и точность установки оборудования.
- Консольные опоры для прокладки кабелей: Балки, закрепленные на стенах или колоннах, используются для поддержки кабельных лотков и коробов.
- Несущие элементы кабельных эстакад и галерей: Балки высотой 100 мм применяются в качестве прогонов, укладываемых на основные балки большего сечения. На них непосредственно монтируются кабельные лотки. Допустимый пролет при равномерно распределенной нагрузке составляет 3-4 метра, в зависимости от типа профиля и нагрузки.
- Стойки и опорные колонны: Из балок, соединенных в пространственные сечения, собираются вертикальные опоры для многоярусных эстакад.
- Опорные рамы для кабельных барабанов при раскатке кабеля.
- Элементы подъемных устройств и кран-балок в ремонтных зонах электроцехов.
- Каркасы для ограждений электрооборудования и токоведущих частей.
- Момент сопротивления (Wx, Wy): Определяет способность балки сопротивляться изгибающим нагрузкам. Основной параметр для расчета прочности.
- Момент инерции (Ix, Iy): Определяет жесткость балки (величину прогиба).
- Радиус инерции (i): Важен для расчета на устойчивость сжатых элементов.
- Болтовое соединение: С использованием монтажных планок (косынок) и фланцев. Применяются высокопрочные болты классов 5.8, 8.8. Требуется точное сверление отверстий.
- Сварное соединение: Наиболее распространенный метод при изготовлении рам и каркасов в цеховых условиях. Важно контролировать тепловложения, чтобы не вызвать коробление профиля.
- Резьбовые закладные элементы: Для последующего крепления оборудования (трансформаторов, щитов) на балки предварительно привариваются пластины с резьбовыми отверстиями или анкерные болты.
- Для двутавра 10Б1: рекомендуемый пролет 2.5 — 3 м.
- Для двутавра 10Ш1: рекомендуемый пролет 3.5 — 4 м.
- Определяется вес 1 погонного метра кабельного лотка (из паспорта изделия).
- Определяется суммарный вес кабелей, которые будут уложены в лоток (по справочникам масс кабелей).
- Суммируются эти два значения, умножаются на коэффициент запаса (1.1 — для веса конструкций).
- Учитывается временная нагрузка (для обслуживания — обычно не менее 200 кг/м², но распределяется на количество несущих балок).
- Полученная погонная нагрузка (в кг/м) подставляется в формулу расчета балки на изгиб для выбранной схемы опирания (консольная, однопролетная, многопролетная).
| Тип профиля (Обозначение) | Высота h, мм | Ширина полки b, мм | Толщина стенки s, мм | Средняя толщина полки t, мм | Масса 1 м, кг | Момент сопротивления Wx, см³ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 (ГОСТ 8239-89) | 100 | 55 | 4.5 | 7.2 | 9.46 | 39.7 |
| 10Б1 (СТО АСЧМ 20-93) | 100 | 55 | 4.1 | 5.7 | 8.59 | 34.8 |
| 10Ш1 (СТО АСЧМ 20-93) | 100 | 68 | 4.3 | 7.6 | 13.0 | 52.9 |
| 10К1 (СТО АСЧМ 20-93) | 99 | 74 | 4.5 | 8.4 | 15.0 | 60.3 |
Материалы изготовления и защитные покрытия
Балки изготавливаются преимущественно из углеродистых и низколегированных сталей марок Ст3сп/пс, 09Г2С по ГОСТ 535-88. Для эксплуатации в условиях агрессивных сред (наружные электроустановки, цеха с высокой влажностью, химические производства) балки подвергаются защитной обработке:
Применение в электротехнике и энергетике
Балка 100 мм является конструктивным элементом множества энергетических объектов.
1. Конструкции для крепления электрооборудования
2. Кабельные конструкции
3. Монтажные и технологические конструкции
Расчетные параметры и выбор балки
Выбор балки 100 мм для конкретной задачи основывается на расчете прочности и жесткости. Ключевые параметры:
| Тип профиля | Момент инерции Ix, см⁴ | Максимальный изгибающий момент Mx (при R=230 МПа), кН*м | Примерная допустимая равномерно распределенная нагрузка q при пролете 3 м, кг/м |
|---|---|---|---|
| 10 (ГОСТ 8239-89) | 198 | 0.913 | ~405 |
| 10Б1 | 174 | 0.800 | ~355 |
| 10Ш1 | 264 | 1.217 | ~540 |
При расчете нагрузки на кабельную эстакаду необходимо суммировать вес кабелей, лотков, снеговую и ветровую нагрузку. Коэффициент запаса прочности принимается не менее 1.3-1.5.
Монтажные особенности и соединения
Соединение балок между собой и с другими элементами конструкций осуществляется:
При монтаже необходимо предусмотреть антикоррозионную защиту мест повреждения заводского покрытия (срезы, сварные швы, царапины).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается двутавр 10 по ГОСТ 8239-89 от двутавра 10Б1 по СТО АСЧМ 20-93?
Двутавр 10Б1 имеет параллельные грани полок и несколько тоньше стенку и полку, чем классический двутавр №10. Это приводит к немного меньшей массе (8.59 кг/м против 9.46 кг/м) и моменту сопротивления (34.8 см³ против 39.7 см³). Профиль серии Б оптимизирован под современные расчетные нормы и часто более экономичен. Для замены одного профиля другим в существующей конструкции необходим перерасчет несущей способности.
Какую балку 100 мм выбрать для траверсы ВЛ 10 кВ: обычную или широкополочную?
Для траверс ВЛ, работающих на изгиб от тяжения проводов и имеющих точки подвеса за одну полку, предпочтительнее широкополочные балки (10Ш1). Они обладают значительно большим моментом сопротивления относительно вертикальной оси (Wy), что обеспечивает лучшую устойчивость против скручивания и поперечного изгиба. Обычный двутавр №10 в этом случае может потребовать установки дополнительных раскосов.
Каков максимальный пролет для балки 100 мм в качестве прогона кабельной эстакады?
Максимальный пролет зависит от типа профиля и полной расчетной нагрузки (кабели + лотки + снег + ветер). Для ориентировочной нагрузки 300-400 кг/м:
Окончательный расчет должен проводиться по СП 16.13330.2017 с учетом коэффициентов надежности.
Обязательно ли цинковать балки для закрытого РУ?
Для отапливаемых закрытых распределительных устройств (ЗРУ) с нормальной средой допускается применение балок с лакокрасочным покрытием. Однако оцинкованные балки имеют преимущество, так как не требуют периодического подкрашивания в течение всего срока службы, устойчивы к случайным повреждениям и обеспечивают защиту в случае возникновения конденсата или протечек. Цинкование повышает первоначальную стоимость, но снижает затраты на обслуживание.
Как правильно рассчитать нагрузку на балку от кабельного лотка?
Расчет проводится в следующем порядке:
Рекомендуется использовать специализированное ПО для расчета строительных конструкций.
Заключение
Балка высотой 100 мм представляет собой унифицированный, технологичный и надежный элемент для создания несущих конструкций в электроэнергетике. Широкий сортамент (от классического двутавра №10 до широкополочных профилей серии Ш) позволяет инженеру-конструктору выбрать оптимальное решение по критериям прочности, жесткости и экономичности. Ключевыми факторами успешного применения являются правильный расчет нагрузок, учет условий эксплуатации для выбора антикоррозионной защиты и соблюдение технологий монтажа. Данный профиль, благодаря своим сбалансированным характеристикам, остается одним из базовых в номенклатуре металлопроката для энергетического строительства и монтажа.