Una trave ad H in acciaio strutturale è una sezione di acciaio laminata a caldo o saldata con un profilo a forma di H, formato da due larghe ali parallele collegate ad un'anima verticale. Le sue ampie flange distribuiscono i carichi lateralmente e resistono alla deformazione su due assi, motivo per cui è la sezione predefinita per colonne di edifici in acciaio, telai primari e travi industriali pesanti. Specificarne uno in pratica significa dare quattro dimensioni in millimetri, una qualità di acciaio, uno standard e un peso teorico al metro.
Cos'è una trave ad H in acciaio strutturale?
Una trave H in acciaio strutturale è un elemento a profilo aperto la cui sezione trasversale ricorda la lettera maiuscola H. L'elemento verticale è l'anima e i due elementi orizzontali sono le flange. Le travi ad H sono prodotte laminate a caldo come un unico pezzo o costruite saldando insieme tre piastre di acciaio. La geometria che definisce è la larghezza della flangia, che è quasi uguale all'altezza della sezione e conferisce all'elemento un'elevata rigidità sia nell'asse forte che in quello debole.
Caratteristiche principali di una trave strutturale ad H:
- Le superfici parallele delle flange semplificano le connessioni bullonate e la saldatura rispetto alle sezioni a I rastremate.
- Le flange larghe forniscono stabilità laterale e riducono la lunghezza effettiva di instabilità delle colonne.
- La sezione trasversale simmetrica funziona in modo efficiente in condizioni di compressione, flessione e carico combinato assiale e momento.
- Le travi H metriche standard variano da circa 100 mm a 1000 mm di altezza della sezione.
Trave H vs. Io raggio: differenze chiave e come scegliere
Il modo più veloce per distinguere le due sezioni è la flangia: una trave ad H ha larghe ali parallele, mentre una trave a I ha ali più strette con una superficie interna rastremata. Quella geometria controlla il modo in cui ciascuna sezione trasporta il carico.
| Proprietà | H Beam | I Beam |
|---|---|---|
| Forma a flangia | Largo e parallelo | Faccia interna più stretta e affusolata |
| Forma della sezione trasversale | H | I |
| Altezza della sezione rispetto alla larghezza | Valori simili | Altezza molto maggiore della larghezza |
| Direzione primaria del carico | Bidirezionale | Unidirezionale |
| Ruolo tipico del membro | Colonne, travi di trasferimento | Travi del pavimento, arcarecci |
| Produzione | Laminato o saldato | Laminato a caldo |
Utilizzare una trave ad H quando l'elemento deve resistere al momento o alla compressione in due direzioni, come una colonna di un edificio o una trave di trasferimento sotto un muro pesante. Utilizzare una trave a I per una campata semplice che si piega principalmente in una direzione, come una trave del pavimento o una traversa di un ponte, dove un peso proprio più leggero riduce i costi. Per le applicazioni su pilastri, una trave ad H richiede in genere meno acciaio di una trave a I di pari capacità, rendendola la scelta più economica.
Come leggere le designazioni delle dimensioni del raggio H
Una designazione metrica della trave ad H elenca quattro dimensioni: altezza della sezione per larghezza della flangia per spessore dell'anima per spessore della flangia, il tutto in millimetri. H 300×300×10×15 significa una sezione alta 300 mm con ali larghe 300 mm, anima da 10 mm e flangia da 15 mm. Quando si confrontano le sezioni, controllare prima lo spessore e la larghezza della flangia perché determinano la maggior parte della capacità di flessione; lo spessore dell'anima controlla la capacità di taglio e la resistenza all'instabilità locale.
Tabella di riferimento per dimensioni e peso della trave H
Il peso teorico è l'area della sezione trasversale in metri quadrati moltiplicata per la densità dell'acciaio strutturale, 7850 kg/m³. Le tolleranze della fresatrice causano piccole variazioni, quindi considerare i valori seguenti come riferimento preliminare alla progettazione.
| Designazione (mm) | Altezza sezione (mm) | Larghezza flangia (mm) | Spessore del nastro (mm) | Spessore flangia (mm) | Peso (kg/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| H 100×100×6×8 | 100 | 100 | 6 | 8 | 17.2 |
| H 150×150×7×10 | 150 | 150 | 7 | 10 | 31.1 |
| H 200×200×8×12 | 200 | 200 | 8 | 12 | 49.9 |
| H 300 × 300 × 10 × 15 | 300 | 300 | 10 | 15 | 94.0 |
| H 400×400×13×21 | 400 | 400 | 13 | 21 | 172.0 |
| H 500×200×10×16 | 500 | 200 | 10 | 16 | 89.6 |
| H 600×200×11×17 | 600 | 200 | 11 | 17 | 106.0 |
Norma comuni e qualità di acciaio per travi ad H
Le travi ad H sono prodotte secondo diversi standard regionali, quindi adeguare lo standard al codice di progettazione utilizzato nel luogo di costruzione.
| Regione | Standard | Gradi comuni | Note |
|---|---|---|---|
| Europa | EN10025 | S235JR, S275JR, S355JR | S355JR è l'impostazione predefinita per le strutture in acciaio saldate |
| Stati Uniti | ASTM A992/A572 | Gr.50 | A992 copre forme a flangia larga |
| Cina | GB/T11263 | Q235B, Q355B | HW si adatta alle colonne; HM si adatta alle travi; HN è adatto a montature leggere |
| Giappone | JISG3101 | SS400, SM490A | SS400 è il grado strutturale generale |
Conferma i requisiti di energia da impatto per le regioni fredde e controlla se il certificato dello stabilimento è rilasciato secondo l'ultima edizione standard. Un rischio comune nell'approvvigionamento è presupporre che prodotti chimici identici provenienti da stabilimenti diversi funzionino allo stesso modo, quindi è necessario richiedere sempre un certificato di prova con valori di resistenza allo snervamento, resistenza alla trazione, allungamento e impatto.
Applicazioni di travi ad H per gamma di dimensioni
La pratica gamma di dimensioni delle travi ad H si adatta direttamente alla scala dell'edificio.
Dall'H 100 all'H 200
In questa gamma, le travi ad H compaiono nei soppalchi, nei telai in acciaio bassi, nei cosciali delle scale, nei supporti delle macchine e nelle strutture residenziali prefabbricate. Il loro peso leggero mantiene bassi i costi di trasporto e movimentazione della gru.
Dall'H 250 all'H 400
Questa è la gamma di punta per edifici industriali a un piano: colonne e travi primarie, travi per vie di corsa per gru, traverse di ponti e piattaforme per impianti.
Da H 400 a H 600 e oltre
Le sezioni pesanti di questa classe formano le colonne di grattacieli, i telai principali delle officine siderurgiche, le sale turbine e i grandi telai dei portali. Sono inoltre specificati nelle attrezzature portuali e nelle torri di trasmissione.
Travi ad H laminate e travi composte e considerazioni sulla saldatura
Le travi ad H laminate a caldo sono economiche quando le dimensioni richieste rientrano nel programma di produzione standard dello stabilimento. Quando un progetto richiede una profondità non standard, un tipo di acciaio più elevato come S460 o Q460 o un rapporto specifico tra anima e flangia, i produttori utilizzano una trave ad H composta: tre piastre saldate insieme con due saldature d'angolo longitudinali continue.
Poiché queste saldature percorrono l'intera lunghezza del fascio, la velocità e l'uniformità della saldatura determinano sia costi che distorsioni. La saldatura ad arco sommerso è il metodo preferito dai grandi produttori di strutture metalliche rivolgersi sempre più alla saldatura automatizzata per queste lunghe cuciture. Un manipolatore di saldatura a colonna e braccio SAW mantiene un arco e una velocità di traslazione costanti, riducendo le rilavorazioni rispetto alla saldatura manuale.
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Come selezionare la dimensione giusta della trave H
Inizia la selezione con la busta di carico, non con una dimensione indovinata. Applica il codice di progettazione nella tua regione, quindi segui questi passaggi:
- Elencare tutti i carichi permanenti, attivi, del vento e sismici che agiscono sull'elemento.
- Determinare la lunghezza non supportata e le condizioni di controvento per ciascun asse.
- Calcolare il modulo di sezione e il momento di inerzia richiesti per gli elementi flettenti, oppure l'area lorda e il raggio di rotazione richiesti per gli elementi compressi.
- Accedi alla tabella delle dimensioni standard e scegli la sezione più piccola che soddisfi i limiti di resistenza, deformazione e deformazione locale.
- Verificare la sezione selezionata rispetto ai controlli assiali e di flessione combinati.
- Controllare lo spessore dell'anima e della flangia per i dettagli della connessione, in particolare per le connessioni con piastra terminale o momento.
- Conferma la disponibilità delle piastre e i requisiti di saldatura se prevedi di sostituire una sezione laminata con una composta.
Un errore comune nell'approvvigionamento è ordinare una sezione più pesante del necessario perché più grande sembra più sicuro. Una trave più pesante aumenta il carico proprio, il costo della fondazione e il budget dell'acciaio e può persino aumentare la deflessione a causa del suo stesso peso. Basare l'acquisto sul risultato del calcolo, non sull'intuizione visiva.
Domande frequenti
Ecco le risposte alle domande che gli ingegneri e gli acquirenti di acciaio pongono più spesso sulle travi strutturali ad H.
Qual è la differenza principale tra una trave ad H e una trave a I?
La differenza principale è la geometria della flangia. Una trave ad H ha ampie flange parallele, che le conferiscono una maggiore rigidità attorno all'asse debole, mentre una trave a I ha flange coniche più strette ed è progettata principalmente per la flessione unidirezionale. Scegli una trave ad H per pilastri e collegamenti a momento bidirezionali; scegliere una trave a I per campate semplici del pavimento e del tetto.
Quanto peso può sostenere una trave ad H in acciaio strutturale?
La capacità di carico dipende dalle dimensioni della sezione, dalla lunghezza della campata o della colonna, dal tipo di acciaio, dalle condizioni di supporto e dal rinforzo laterale. Una singola colonna H 300 × 300 × 10 × 15 può trasportare centinaia di kilonewton in normali condizioni di costruzione, ma la cifra esatta deve essere ricavata da una verifica di instabilità. Calcola sempre con lo standard pertinente invece di fare affidamento su una regola pratica.
È possibile saldare le travi ad H in acciaio strutturale?
SÌ. Le travi ad H laminate a caldo vengono normalmente saldate utilizzando la saldatura ad arco di metallo schermato, MIG, con nucleo animato e ad arco sommerso. Utilizzare un metallo d'apporto adatto al grado di base, osservare i requisiti di preriscaldamento per le flange spesse e proteggere il giunto in condizioni climatiche fredde.
Una trave ad H composta è resistente quanto una trave laminata a caldo?
Una trave ad H costruita raggiunge una resistenza equivalente quando i gradi della lamiera sono corretti, le saldature d'angolo longitudinali sono dimensionate per il trasferimento del pieno carico e la qualità della saldatura viene verificata mediante ispezione. Il vantaggio principale di una sezione composta è la libertà di specificare altezze non standard e spessori di lamiera ottimizzati che un laminatoio non offre.
Quale qualità di acciaio dovrei ordinare per una struttura esterna?
Per le strutture esposte in climi freddi, scegli un grado con resistenza agli urti garantita come S355J2 o Q355D. Per le strutture interne riscaldate, solitamente sono sufficienti i gradi strutturali standard come S235JR o Q235B. I codici di progettazione locali stabiliscono i requisiti minimi applicabili.
Raccomandazioni finali
Specificare ogni trave ad H con la sua designazione completa, standard, qualità di acciaio e lunghezza e chiedere al fornitore di confermare il peso teorico per metro e le tolleranze dello standard pertinente. Per le sezioni saldate non standard, utilizzare una linea di fabbricazione dotata di apparecchiature di saldatura automatizzate per controllare l'apporto di calore, la rettilineità e la produttività. La regola di selezione è semplice: abbinare la sezione al percorso di carico, verificare con un calcolo e acquistare in base a uno standard riconosciuto.
