Двутавр: описание, виды, характеристики, фото, видео, размер, вес, маркировка, таблицы

Металлические балки

Любые металлические двутавры изготавливаются в строгом соответствии с требованиями ГОСТ и ТУ, поэтому они имеют регламентированную форму и состав. Благодаря этому, имея нужную документацию, можно легко рассчитать необходимые размеры и параметры двутавров, необходимых для конкретной конструкции.

Геометрическими характеристиками являются:

• Высота – это расстояние между двумя плоскими площадками, называемыми полками, в сечении двутаврового профиля.
• Ширина – это длина полок двутавра.
• Толщина стенки – это толщина средней плоскости находящейся между полками. Этот параметр является одним из наиболее важных, так как от толщины стенки напрямую зависит несущая способность и прочность двутавра.
• Средняя толщина полки. Полки двутавра не прямоугольные, а имеют неправильную форму. К концам полки они сужаются, а в середине полки, к месту примыкания ее к стенке, расширяются вовнутрь. Поэтому средняя толщина полки рассчитывается по следующей формуле: ширина полки минус толщина стенки деленная на четыре.
• Радиус внутреннего закругления – это параметр закругления полки в месте ее примыкание к стенке. Благодаря тому, что полка примыкает к стенке не под прямым углом, а по радиусу возрастают ее прочностные характеристики. Радиус закругления полки. Так как на концах полки не требуется такая толщина и основная нагрузка идет к центру балки на стенку, то полки двутавра сужаются по радиусу.
• Уклон внутренней части полки. Полка также может идти под определенным углом по внутренней части, расширяясь к центру.

От этих параметров напрямую зависят технические характеристики двутавра, поэтому все они прописаны в ГОСТе и должны быть выполнены в строгом соответствии с ними.

Двутавр

Двутавровая балка, или в просторечии двутавр, наряду со швеллером и стальным уголком является одним из основных видов металлопроката, используемых в строительстве, изготовлении стальных конструкций как несущих, так и вспомогательного назначения. Благодаря оптимальному соотношению «вес двутавра – продольная жесткость» прокат широко используется в качестве основных конструкционных элементов для мостовых пролетов, ферм, опорных сборок и железобетонных плит перекрытия.

Нормативные документы на двутавр

Двутавр представляет собой композицию из центральной вертикальной плоской балки и двух опорных полок, верхней и нижней.

Технология изготовления проката такова, что в ней нет сварных швов, поэтому изначально в конструкции нет остаточных напряжений и пластических деформаций.

Поэтому упрощается расчет строительных конструкций на несущую способность, достаточно правильно определить условия приложения нагрузки. Остальные данные, момент сопротивления, длину и массу — из таблицы сортамента.

На сегодня двутавр выпускается в нескольких исполнениях по следующим стандартам:

• Двутавровый пролет общетехнического и специального назначения в соответствии с ГОСТом №19425-74;
• Балки стальные горячекатаные ГОСТу № 8239-89;
• Двутавровые балки стальные специального назначения в определении ГОСТов №535-88 и №19425-74.

К сведению! Кроме государственных стандартов, многие металлургические предприятия выпускают двутавр по собственным техническим СТО, которые могут отличаться от норм, установленных ГОСТом.

Прочность и несущая способность конструкционного элемента зависит от веса проката, размеров полок и взаимных пропорций профиля. Проще всего определить вес 1 метра двутавра из таблицы, приведенной в сортаменте или любых машиностроительных справочниках.

Как правило, нормативной считается длина балки, равная 13 м, но на практике длину проката определяют заказчики, поэтому металлобазы и заводы-производители могут для нужд логистики и перевозки реализовать более широкий диапазон размеров. Чаще всего тяжелые двутавровые прогоны покупаются отрезками 10 м и 4 м.

Более легкие балки нарезаются отрезками, кратными 4 м.

Масса двутавровой балки

Если планируется закупка проката для малобюджетного строительства, например, эллинга или складского помещения, будет полезным знать массу балки в стандартном отрезке.

Сразу стоит оговориться, что специалисты транспортных компаний оперируют тоннами, а проектировщики – длинами двутаврового проката.

Поэтому на вопрос, сколько весит двутавр 30 метрический, в первом случае ответ будет — 27 метров в тонне, во втором — 36,5 кг, подразумевая массу одного метра.

Насколько отличаются погонные массы балок соседних размерных рядов? Вес 1 метра двутавра 27 составит всего 31,5 кг. Для следующего размера №33- масса 42 кг, а вес двутавра 40 – уже 57 кг.

Получается, что с увеличением размера прогона масса и момент сопротивления растет значительно быстрее, чем геометрическая высота. Для сравнения приведем соотношение масс и размеров балок, широко используемых в домашнем строительстве:

• Двутавр 12 вес 1 метра составляет 11,5 кг, момент сопротивления – 39,7 см3;
• Двутавр 14 вес 1 метра -13,7 кг, момент – 81,7 см3;
• Двутавр 16 вес 1 метра – 15,9 кг, момент сопротивления составляет 109 см3;
• Двутавр 18 вес 1 метра – 18,4 кг, момент относительно подошвы профиля – 143 см3.

Масса двутавровых балок строительной группы, используемых в промышленности, при возведении силовых каркасов, перекрытий многоэтажных зданий и мостов:

• Двутавр 20 вес 1 метра 21кг, момент сопротивления — 184 см3;
• Двутавр 24 вес 1 метра 27 кг, момент сопротивления — 289 см3;
• Двутавр 30 вес 1 метра 36,5 кг, момент сопротивления — 482 см3;
• Двутавр 40 вес 1 метра 57 кг, момент сопротивления — 953 см3.

Человек наблюдательный сразу заметит, что номерное обозначение проката фактически соответствует его высоте. Размерный ряд составлен так, что каждый последующий профиль увеличивает момент инерции или момент сопротивления на 10%. Размерный ряд высот двутавровых балок от 10 до 40 идет с шагом в 3 мм, для профиля выше 40 см шаг увеличивается до 5 мм.

Конструкция двутавровой балки и особенности ее устройства

Устройство двутавра приведено на схеме. Для определения свойств и характеристик в ГОСТе и сортаменте используются как минимум четыре дополнительные характеристики:

• Расположение полок – параллельное или с уклоном;
• Размеры горизонтальных полок двутавра относительно вертикальной стойки;
• Вес 1 метра двутавра и нормативная длина проката;
• Класс точности изготовления профиля, повышенная точность маркируется литерой «А», рядовая или обычная – литерой «В».

Кроме того, сортаментом выделена в отдельные категории высота и ширина вертикальной перемычки.

На первый взгляд, эти параметры тоже имеют достаточно весомый вклад в прочность и жесткость профиля, на самом деле их приводят только для того, чтобы знать геометрические размеры балки при проектировании конструкции.

Существенного дополнения вертикальная перемычка не вносит, мало того, в некоторых заказных марках проката стальные балки изготавливаются с большим количеством отверстий в вертикальной перемычке.

Особенности устройства двутавровой балки

Основным документом, определяющим конструкцию проката, является ГОСТ 19425-74. Государственный стандарт описывает все используемые в строительстве марки двутавровых балок.

Понятно, что одну и ту же балку не используют для строительства опор или в качестве подвесных направляющих для шахтного оборудования.

В соответствии с требованиями нормативного документа все профили разделяют на несколько категорий:

• Балки нормального исполнения с параллельным расположением полок, в обозначении проката используется литера «Б»;
• Узкополочный профиль, применяется для изготовления составных пролетов большой длины, в обозначении присутствует литера «У»;
• Широкополочные плоскопараллельные балки с увеличенными размерами верхних и нижних полочных элементов, литера «Ш»;
• Специальные виды профиля: «Д» — дополнительные, с шириной, занимающей промежуточное значение между нормальной и широкой серией.

Кроме перечисленных видов, существуют также колонный профиль – «К», с максимальной шириной полки, равной высоте вертикальной перемычки, и «М»- специальные двутавровые балки, используемые в качестве подвесной системы опор вагонеток.

Понятно, что особенности конструкции влияют на такие характеристики, как масса одного метра и момент сопротивления. Для упрощения ситуации сравним изменение в массе двутавровых балок нестандартного исполнения.

Например, вес 1 метра двутавра 20б1 равен 21,3 кг, а вес 1 метра двутавра 20ш1 с широкими полками почти на 30% больше- 30,6 кг. Аналогично двутавр 25ш1, вес 1 метра равен 44 кг, а в нормальном исполнении вес 1 метра двутавра 25б1 –всего 25,7 кг.

Разница более чем существенная.

Для иллюстрации можно посмотреть нестандартного двутавра категории «М» — двутавр 24м, вес 1 метра составляет 38кг, двутавровая балка аналогичной высоты, но в нормальном исполнении весит всего 27кг.

Что такое прочность двутавра

Двутавровая балка была задумана, как конструкционный или строительный элемент с оптимальным распределением напряжений в профиле.

Почему так важно знать все приведенные элементы двутавра? От геометрии, размеров и взаимного расположения горизонтальных и вертикальных элементов зависит основная характеристика двутавра — момент сопротивления.

Условно ее можно представить, как площадь сечения двутавра, умноженную на расстояние от основания до геометрического центра Н-образной фигуры.

Понятно, что наибольшим моментом сопротивления будет обладать профиль не с самой большой массой, а тот, у которого площадь сечения отнесена на максимальное расстояние от нижней полки. Вот поэтому двутавровые балки такие разные.

Основной вклад в прочность балки на изгиб принадлежит горизонтальным полкам. Классический способ применения заключается в том, чтобы заставить ее работать на изгиб с максимальным нагружением горизонтальных элементов.

Для иллюстрации можно воспользоваться приведенной выше таблицей и сравнить момент сопротивления двутавра в вертикальном и горизонтальном направлении.

Можно увидеть, что при изгибе относительно оси X двутавровый прокат оказывает сопротивление почти в два раза сильнее, чем при нагрузке вокруг оси Y.

Исключение составляют профили категории «Ш» и «К». Для широкополочных двутавровых балок момент сопротивления по обеим осям имеет приблизительно сопоставимое значение. Такой профиль устанавливается в конструкциях, где условия нагружения более сложные, чем простой изгиб. Широкополочный двутавр способен воспринимать сложную пространственную нагрузку без потери устойчивости.

Прокат категории «К», или колонные профили вообще выпадают из общего ряда двутавровых балок.

Их используют в первую очередь в качестве опорных элементов – свай или колонн, поэтому для оценки несущей способности применяется в первую очередь момент инерции, характеризующий устойчивость профиля при осевой нагрузке.

Размеры полок и вертикальной перемычки подобраны так, чтобы при нагрузке по продольной оси профиля двутавровая балка была нагружена равномерно и не выгибалась дугой.

Балки серии «К» могут использоваться в качестве несущих колонн при возведении больших складских помещений, в малоэтажном строительстве, особенно если здание приходится устанавливать на участке со сложным рельефом и большим уклоном. В этом случае колонны связываются напрямую с элементами свайного фундамента.

Отдельно стоит вспомнить двутавр категории «М», один из самых востребованных в частном строительстве. По сути, двутавровая балка применяется в качестве опорного монорельса для подвесного транспорта.

Нижняя полка изготавливается увеличенной толщины и с минимальным размером галтелей. Такие балки удобно использовать для сборки любых домашних конструкций, они легче и прочнее двутавра обычного исполнения.

Такой профиль идеально подходит для изготовления потолочного перекрытия в гаражах, сараях, хозяйственных и подсобных помещениях, где требуется высокая прочность потолочной плиты. Двутавровые балки укладываются на стены с шагом 80-100 см, а промежутки между прокатом заполняются бетонными плитами или отрезками асбестоцементных труб.

Что надо учитывать при расчёте двутавровой балки

Для минимизации отходов и облегчения конструкции необходимо грамотно выполнить расчет. Такие расчетыможно выполнить самостоятельно, а можно заказать в проектном бюро.

Расчет выполняют на основании следующих данных:

• длина пролета, в котором планируется использовать балку;
• размер нагрузки — нормативной и расчетной;
• расчетное сопротивление, по умолчанию его принимают равным 210 МПа;
• необходимо рассчитать момент осевого сопротивления.

Получив результаты расчетов можно подобрать необходимый тип профиля по таблице сортамента двутавров.

Но, проектировщик должен учитывать и то, что двутавровые балки очень плохо работают на скручивание, в сравнении с балкой круглого сечения.

Классификация двутавровых балок

В основу классификации положены несколько параметров: материал изготовления, способ производства, конструктивные особенности. Способов производства всего два: горячий прокат, сварка. Учитывая особенности формы, выделяют балки стандартного профиля, широкополочные, колонные балки.

Каждый вид имеет свое обозначение:

• Б — нормальная (стандартная) двутавровая балка; рассчитана на средние нагрузки; используется на железнодорожном транспорте, строительстве крупных зданий, специальных сооружений, мостовых переходов, укрепления тоннелей, эстакад;
• Ш — широкополочная балка; предназначена для повышенных нагрузок; долговечность изделий обусловлена формой, расположением полос; профиль имеет повышенный показатель жесткости, механической прочности, сопротивления деформации сжатия, изгиба;
• К — балка колонного типа; имеет большую толщину полос, соединительной перемычки, значительное поперечное сечение, вес; используется как центральный элемент при сооружении вертикальных колонн, опорных конструкций;
• М — монорельс; имеет наклонные боковые полосы; используют его в системах перемещения грузов по воздуху внутри заводских цехов;
• С — специальная балка, в которой боковые полосы расположены параллельно или под углом; востребована для армирования шахтных стволов, проходок;
• У — узкополосная балка; ширина боковых полос уменьшена; пригодны для опорных конструкций с небольшой нагрузкой;
• Д — дополнительная категория; изготавливают такие балки в небольшом количестве по индивидуальным чертежам.

Производство сварного двутавра

Сварные изделия производятся из листового металла. Качество готовой балки зависит от используемого для еепроизводства сварного оборудования. Во время производства проводятся следующие операции:

• Раскройка стальных листов на станках с ЧПУ (реже для этого используется оборудование для термической резки).
• Сварка заготовок на автоматизированных линиях с использованием гидравлических прижимов.
• Правка изделия для придания прописанной геометрии.

ВАЖНО: Двутавры, изготовленные с применением устаревшего оборудования из малоуглеродистых марок стали, приводят к тому, что такие строительные элементы имеют низкие эксплуатационные характеристики. Изготовленные на современном оборудовании сварные балки не уступают по своим свойствам горячекатаным аналогам. При правильной технологии их изготовления они помогут добиться необходимых условий для строительства всех видов зданий и конструкций.

Использование сварки при производстве таких металлических изделий позволяет изготовить балки с различной шириной и толщиной полок. Заказчик может получить сварной двутавр определенной длины, с уже готовыми для крепежа конструкции отверстиями и вырезами.

Двутавровые швеллеры обладают универсальными характеристиками:

• Оптимальная для расхода материала форма.
• Высокие показатели по прочности.
• Параметры прописаны в стандартах и ТУ.

Недостатками горячекатаных металлоконструкций такого рода являются:

• Низкая устойчивость к скручиванию (этот показатель по сравнению с балкой круглого сечения ниже в 400 раз).
• Сложность изготовления больших размеров и их дефицит на рынке.
• Большая металлоемкость производства.

Большинство размеров горячекатаных двутавров можно приобрести в день покупки. Сварные элементы чаще всего производятся под заказ. Поэтому приходится выжидать время пока изготовитель закончит работу над вашими балками.

Достоинства и недостатки двутавровых балок

Давайте перечислим основные особенности двутавровые балок. А их немало!

Благодаря особой конструкции, балка в форме «Н» на практике оказывается в 7 раз прочнее стандартной квадратной балки с такой же площадью сечения, и при этом в 30 раз жестче. Удивительно, не правда ли?

В то же время двутавр, обладающий открытым сечением (как уголок или швеллер), имеют малую устойчивость к скручиванию, в 400 раз меньше, чем круглая труба. Поэтому на двутавровую балку, которая будет использоваться, обязательно рассчитывают нагрузку, постоянную и переменную.

Постоянная предполагает вес материала в виде балок, утеплителя, пола и потолка, а переменная – вес людей и оборудования на перекрытии. В результате таких точных просчетов прочность двутаврового основания не вызывает сомнения.

В процессе эксплуатации размеры двутавровых балок остаются стабильными и не подвержены усадке. Несущая способность таких балок – до 500 кг на погонный метр, и при этом один погонный метр весит всего около 6,8 кг.

Благодаря всему этому такие балки подходят для довольно длинных прогонов, до 24 метров, и для их монтажа не нужны специальные грузоподъемные механизмы (хотя с ними, конечно же, все работы идут быстрее).

К слову, от ферм двутавровые балки выгодно отличаются тем, что их легко подрезать при необходимости, тогда как с фермами такого не провернуть.

Балки достаточно легкие и удобные, без проблем транспортируются:

Плюс использование таких балок влияет на то, насколько дорогую и тяжелую технику нужно будет привозить на место строительства, при каких температурах разрешено работать и сколько будет весить само перекрытие.

Что касается цены, то отметим, что стандартное перекрытие из досок, конечно же, обходится дешевле. Но стоит учитывать, что для самих досок дополнительно нужны промежуточные опоры, обрешетка и многие другие дополнительные детали. Кроме того, такое основание периодически нуждается в ремонте, ведь речь идет о древесине.

Подведем итог: двутавровые балки отлично подходят в качестве стропил, прогонов и балок перекрытий, а также элементов каркаса в малоэтажном строительстве.

В каких элементах конструкции применяется?

Такие металлические изделия с каждым днем открывают новую сферу использования. Спрос на них побудит производителей совершенствовать процесс создания балок. Сегодня они используются не только в многоэтажном, но и в частном строительстве.

Двутавровые конструкции хорошо переносят сопротивление на изгиб. Их целесообразно включать в конструкции несущих элементов:

• Колонн.
• Элементов перекрытия.
• Подвесных путей.
• Конструкции рам вагонов, автомобилей и специальной техники.
• Каркаса шахт и тоннелей.

В конструкциях средненагруженных ферм используется широкополочный двутавр. Для того чтобы снизить себестоимость постройки без уменьшения прочности сооружения необходим точный расчет и выбор балок. Доверить такую процедуру необходимо профильным архитектурным или конструкторским фирмам. Специалисты этих бюро проведут расчет согласно:

• Нормативной нагрузке (используется соответствующий ГОСТ).
• Количества элементов, использующихся в одной балке.
• Усредненное значение сопротивления (согласно марке стали).

При использовании перекрытий из балок такого профиля в качестве опоры служат железобетонные, металлические или кирпичные колонны и стены. Монтаж опалубки и возведение опор производится с использованием измерительного оборудования. Двутавры монтируются на опоры так, чтобы они заходили на опору минимум на 20 см.

При необходимости стыковки элементов используется требование СП 16.13330.2011. В нем прописывается три способа такой процедуры:

• Сваркой встык заранее профрезерованных торцов.
• Накладок на болтовых или сварки.
• Фланцев и болтов.

Двутавровая балка соединяется с колонной болтами. Установка производится с помощью временных соединений, которые затем заменяются основными. После установки такой балки ее необходимо защитить от коррозии. Для этого используются специальные лакокрасочные составы. Пока основное крепление не будет установлено, эксплуатировать балку запрещено. Конструкции с использованием таких элементов отличаются высокой надежностью и долговечностью.

Виды

Двутарвы различают по назначению. Есть 5 видов профилей, которые обладают своими размерами:

1. Узкополочные балки, ширина которых меньше, чем у обычных. Они маркируются буквой «У».
2. Стандартные обычные двутавровые балки имеют маркировку «Б».
3. Балки с широкими полками, которые маркируются буквой «Ш».
4. Что-то среднее между обычным и широкополочным двутавром – среднеполосный двутавр, который маркируется буквой «Д».
5. Последняя – колонная балка. Ее особенность в том, что ширина полки примерно идентичная с высотой профиля. Обозначается буквой «Ш».

Обратите внимание! Цифра, которая стоит после буквы, указывает на размер профиля в данной серии (толщина полки и стенки). Если профилеразмер один, то цифру не указывают.
Теперь что касается размеров. Начнем со специальных двутавров, ниже приводится таблица размеров:

Теперь что касается обозначений. Например, двутавр 24М имеет размеры 240:110:8,2;14,0. Что это означает?

1. h – это высота двутавровой балки.
2. b – ширина полки двутавра.
3. s – толщина, которую имеет стенка.
4. t – средняя толщина полки.

Обратите внимание! Номер двутавра выбран не просто так. Например, двутавр 36М имеет размеры 360:130:9,5:16,0. Название профиля соответствует высоте двутавровой балки.

Особенности

Главная особенность двутавра – это ее форма. Благодаря ей он обладает уникальными физическими и техническими характеристиками. Такая форма весьма удобна в использование – ведь она имеет две параллельные плоские грани (полки).

Поэтому ее применение весьма широко. Она применяется как при возведении вертикальных (опоры, стены), так и горизонтальных конструкций (перекрытия). Еще одной особенностью двутавра, зависящей от формы, являются ее физические характеристики. Она обладает высокими показателями прочности к динамическим и статическим нагрузкам.

К примеру, металлический двутавр в семь раз прочнее и в 30 раз жестче, чем аналогичный по весу прямоугольный или квадратный профиль. А ее жесткость напрямую зависит от длины и толщины стенки.

Сфера использования металлических изделий

Для начала рассмотрим, где именно их можно использовать. За счет своей особенной формы профиля, двутавровая балка намного жестче и крепче других профилей такого сечения. Жесткость лучше в 30 раз, а прочность в 7 раз. Не зря они используются для следующих целей:

1. Возведение зданий, мостов, трубопроводов, промышленных складов, для постройки самолетных ангаров, а также других конструкций. Все сводится к тому, что металлоемкость намного эффективней и лучше, чем у обычных горячекатаных балок. Почему? За счет подбора требуемого веса и размера и сечения.
2. Вторая сфера использования – в качестве элементов перекрытия зданий. К тому же они незаменимы, если нужно возвести колонны, подвесные пути и дорожные эстакады. Но, чаще всего двутавры используются для монтажа каркасов с большими пролетами в промышленном производстве.

В чем их преимущества? Начнем с того, что они намного прочнее других профилей и могут выдерживать колоссальные нагрузки. К тому же готовая конструкция будет иметь меньший вес. На фундамент оказывается меньшая нагрузка, поэтому можно сэкономить немало средств. Радует и большой ассортимент марок изделий. Есть выбор: купить продукцию из высокопрочной стали (они больше напряжены), или же из малоуглеродистой стали (они меньше напряжены). Данная особенность весомо отражается на стоимости, купить их можно дешевле.

Еще некоторые положительные моменты использования

• огромный запас прочности. Несмотря на свою кажущуюся хрупкость, прочность изделий намного выше за счет продуманной конструкции;
• идеальная геометрия продукции. Все габариты обусловлены в СНИП и ГОСТ. В ходе эксплуатации они не будут прогибаться и не изменят своих параметров. По словам производителей, даже спустя 100 лет, они останутся такими, как в первые полгода;
• за счет своей конструкции, прифили очень удобно и просто транспортировать;
• в отличие от аналогов, установка балок выполняется намного проще.

А еще существенно снижается количество отходов. Их нет вовсе, так как двутавр имеет размеры, которые нужны для строительства. Кроме стандартных габаритов, которые по ГОСТу начинаются от марки 10 и заканчиваются маркой 60, есть возможность сделать индивидуальный заказ, в зависимости от конструкции. По подсчетам специалистов, снижение отходов позволяет сэкономить на строительстве до 15% средств.

Назначение

Металлические двутавровые балки являются основой многих современных конструкций. Они широко применялись в прошлые века, заслужив надежную репутацию. Поэтому их применение можно встретить практически повсеместно.

Они используются при строительстве жилых, производственных и коммерческих помещений, ангаров, различных технических сооружений, машиностроении, автомобилестроении, вагоностроении и так далее.

Благодаря высоким показателям прочности, стойкости к динамическим нагрузкам и несущей способности они также применяются:

• при возведении опор сооружений с высокой нагрузкой (башни, высотные здания, площадки и так далее);
• в строительстве железнодорожных и автомобильных мостов;
• в горнодобывающей промышленности, при строительстве шахт.

Основные критерии выбора двутавра

Для правильного выбора двутавровой балки нужно определиться:

• с материалом изделия – это может быть углеродистая сталь обыкновенного качества, строительная, мостостроительная, низколегированная прокатная сталь или алюминиевые сплавы.
• со способом его изготовления – горячекатаный или сварной;
• с назначением балки – нагружаемые или не нагружаемые конструкции.

Далее нужно определить размеры балки. Для этого используют действующие нормы СНиП и формулы для расчета из сопромата. Также нужно знать и использовать предполагаемые статические и динамические нагрузки, которые должен выдержать объект при его эксплуатации.

Прочность балки зависит от площади поперечного сечения, длины балки, материала, способа фиксации металлоконструкции. Их нужно правильно рассчитать и выбрать.

Преимущества и недостатки

Прежде всего, следует сказать, что по методу производства различают сварные и горячекатаные двутавровые металлические балки. Горячекатаные изготавливаются путем проката стали и придания металлической болванке двутавровой формы.

Сварные получаются путем сваривания трех отдельных плоских элементов, образующих стенку и полки. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками.

Достоинствами горячекатаной являются:

• монолитность;
• отсутствие швов;
• простота и дешевизна производства.

Вследствие чего она обладает более высокими показателями прочности и надежности.

К недостаткам горячекатаной можно отнести:

• Большая толщина стенок. Из-за утолщенности стенок увеличивается масса самого двутавра, а вследствие и всей конструкции в целом. Что может привести к увеличению расходов при строительстве (к примеру, при заливке фундамента, армированного пояса).
• Ограниченность размеров. На российских заводах выпускаются балки с шириной полки не более 400 миллиметров. К тому же выпускаются они определенной длины – 12 метров. И если, к примеру, нужна балка меньшего размера, то придется отрезать лишнее и выбрасывать в отходы. В таком случае ее стоимость возрастает.
• Возможность производства только на крупных предприятиях. Если стройка находится в городе, где расположен такой завод, то это плюс. Но если нет – то в стоимость монолитной балки включаются и транспортные расходы.

Несомненными плюсами сварных является:

• Возможность подобрать нужные размеры. Благодаря этому можно заказать балку нужной длины, шириной полки и высотой стенки. Вследствие чего клиент платит только за то, что ему нужно и практически любых размеров.
• Дополнительные конструкционные особенности. В зависимости от требований заказчика сварная балка может быть изготовлена с разными полками, фланцевыми соединениями, дополнительно усилена ребрами жесткости, перфорирована и иметь биметаллический состав.
• Относительно легкий вес. Сварная балка является более легкой конструкцией, что позволяет сэкономить дополнительные денежные средства при фундаментных работах и возведении стен.

Недостатками сварной являются:

• Наличие швов. Это существенно снижает прочность конструкции. Тем более если сварка имеет дефект. Но при необходимости она может быть усилена ребрами жесткости.
• Использование дополнительных деталей для усиления. Использование арматуры или другого материала при создании ребер жесткости приводит к дополнительным затратам денег и времени, что приводит к увеличению стоимости.

Сортамент двутавров

Размер двутавра напрямую зависит от его назначения, вида и других особенностей. Чтобы понять это, нужно немного вникнуть в сортамент изделий.

Исходя из ГОСТ 19425–74, специальный двутавр делается двух видов:

1. Которым армируют шахтные стволы. Такой профиль имеет о.
2. Балки, которые используются для подвесных путей. Они маркируются буквой «М».

Различают два вида балок, с учетом их точности прокатки:

1. Продукция высокой точности, маркируемые буквой «А».
2. Продукция обычной точности, маркируемые буквой «В».

В зависимости от пожеланий, размер балок может варьироваться от 4 до 13 м. Это касается сварных изделий:

• немерной длинны;
• мерной длины;
• мерной длины + остаток минимум 5% веса партии;
• кратной мерной длины.

В зависимости от требований заказчиков, могут быть изготовлены профили с ограниченной длинной (в пределах немерной), а также длиной, превышающей 13 м.

Сварной двутавр

Сварное двутавровое изделие производится путем проваривания трех базовых компонентов. Сваривание проводят с двух сторон, чтобы изделие было максимально надежным и прочным. Важно следить за тем, чтобы элементы прилегали как можно плотнее и находились строго перпендикулярно друг другу. При сварке возникает необходимость в применении дополнительных элементов для воссоздания ребер жесткости и в этот процесс необходимо вовлекать серьезные трудовые ресурсы, все это нужно принимать во внимание на этапе проектных работ при строительстве. Стоит отметить, что введение дополнительных ребер, для усиления, уменьшает толщину стенки и понижает ее общую металлоемкость, раз уменьшается необходимое количество металла, то снижается стоимость, и сохраняются в неизменном виде все механические свойства.

Для изготовления методом сваривания служит такой материал, как профильный и металлический лист, для поясов может применяться гнутый профиль, швеллера и многое другое.

Достоинства сварного двутавра

• Несомненный плюс, в том, что облегченный вес балочного изделия позволяет уменьшить общий вес металлоизделия, а значит и снизить общую стоимость строительного проекта.
• Важное достоинство сварной балочной продукции — это то, что он производится под заданное техническое задание, и по индивидуальному заказу. Рассмотрим пример, для строительства определенного сооружения необходимо возвести металлоконструкции, где длина балки должна быть, 10,55 метров, то будет сварен профиль именно с такой длиной. Таким образом, заказчик избежит дополнительных отходов, а значит и расходов.
• По техническому заданию для отдельных проектов этот тип профиля может производиться перфорированным, что уменьшает вес конструкции, может иметь усеченную форму, быть с неравными полками, с фланцевыми соединениями или дополнительными ребрами жесткости, из такого металлопроката можно создавать сложные архитектурные строения. Балочный продукт таких форм невозможно получить на металлургическом предприятии.
• Можно сварить металлопродукцию с переменным сечением, это позволит распределить металл таким образом, что на нагружаемых участках конструкции, жесткость будет выше, удешевляя конструкцию без потери качественных характеристик.

Порядок изготовления сварного двутавра

Выделяют следующие основные фазы сваривания:

• раскрой и порезка листа на полосы;
• обработка кромок на станке, что необходимо для улучшения показателей свариваемости;
• позиционирование и фиксирование полос на станке, для избежания сдвигов;
• непосредственно сам процесс сварки;
• торцовка и правка на станке;
• очищение от ржавчины, грязи и масла.

Недостатки сварного двутавра

Несмотря на все вышеперечисленные достоинства, сварное производство никогда не сможет вытеснить с рынка прокатное, так как скорость и объемы производства сварной балки в разы уступают прокатному производству. А скорость же строительных работ по всей стране очень высока, таким образом, спрос на рынке этого типа металлопродукции можно покрыть лишь совместными объемами как сварного, так и прокатного производства.

Как узнать точный вес строительного двутавра?

Необходимо упомянуть о важной составляющей производства металлоконструкций, с технической точки зрения — это расчет веса двутаврового профиля, используемого для каждого проекта. Расчет основывается на номере профиля, который можно найти в сортаменте двутавров, там же можно увидеть массу и площадь поперечного сечения. Стоит обратить внимание, что в таблице указанна масса одного погонного метра.

Для того, чтобы узнать вес двутавровой балки — можно взвесить материал.

Важно понимать, что эту процедуру производят только во время отгрузки строительного двутавра, чтобы узнать сколько точно поставщик отпускает заказчику.

Однако существуют отдельные случаи, когда взвесить балки не возможно в принципе. В этой ситуации помогут математические вычисления. Для этого берут отдельные балки двутавра и рассчитывают умножением длинны на массу одного погонного метра. Важно понимать, что все целый метраж изделия в таких конкретных случаях можно будет узнать, замерив длину. Удельный вес двутавровой металлоконструкции рассчитывают по одному из способов:

1. Смотрят величину характеристик прописанных в таблице государственного стандарта.
2. Рассчитывают вручную.

Стоит знать, что значения погонного метра балки выяснялись вручную расчетными способами. Расчеты применялись для балок с номинальным размером, а плотность металла принималась абсолютно идентичной средней величиной. Реальные материалы часто производятся с размерами, немного различными от базовых. Как раз эта разница и допускается по ГОСТу, и называется предельно возможными отклонениями при производстве.

Несущая способность ↑

Среди всех типов балок двутавровая имеет наибольшую прочность, более того, она устойчива к температурным перепадам. Допустимая нагрузка на двутавр бывает указана на маркировке, как размер. Чем больше число, указанное в его наименовании, тем большую нагрузку может воспринимать балка.

Любой расчет предполагает изначальное знание размеров прокатного или сварного профиля, его длины и ширины. Проясним смысл значения ширины на примере самой популярной балочной опоры – колонны.

Пример расчета

Предположим, что в сечении колонны лежит квадрат со стороной 510 мм, тогда на нее можно будет опереть профиль, для которого ширина не может превышать 460 мм. Это связано с тем, что двутавр придется приваривать к железобетонной подушке, а для сварочных швов понадобится запас, по крайней мере, в 40 мм.

После определения ширины переходят к выбору профиля и расчету нагрузки, воздействующей на профиль. Она представляет собой совокупность воздействий от перекрытия, а также воздействий временного и постоянного характера.

На заметку

Нагрузку, выражающую величину нормативной нагрузки, собирают на длину 1 м профиля.

Но, расчет несущей способности двутавровой балки предполагает учет другого воздействия. Чтобы получить расчетную нагрузку, рассчитанное нормативное воздействие умножается на так называемый коэффициент прочности по нагрузке. Остается к результату прибавить уже подсчитанную массу изделия и найти его момент сопротивления.

Полученных данных достаточно, чтобы из сортамента подобрать профиль, необходимый для изготовления сварного профиля. Как правило, с учетом прогиба конструкции рекомендуется выбирать профиль выше на два порядка.

Важно

Сварная металлическая конструкция должна использовать примерно 70–80% от максимально допустимого прогиба.

Виды двутавров

Двутавровую балку можно найти в двух ее вариациях — горячекатаных и сварных. Каждый из этих двух видов предлагает свои преимущества и недостатки.

Рассмотрим каждую группу подробнее.

Горячекатаные двутавры

Когда нужно изготовить двутавр, самый простой способ это осуществить — воспользоваться станами горячей прокатки. При помощи заготовок, подвергая материал сдавливающему действию многочисленных валков, заготовка в итоге удлиняется, а затем приобретает узнаваемый Н-образный профиль.

Теперь рассмотрим преимущества и недостатки использования материала.

Сварные двутавры

Технология производства сварных двутавров несколько отличается: из листовой заготовки требуемой толщины нарезаются полосы. Затем из них сваривается Н-образная конструкция необходимой конфигурации.

Сварочные швы должны быть тщательно проверены на предмет прочности и качества. Для этого они проходят ультразвуковой контроль, шлифуются, и изделие покрывается защитным слоем.

Сварным двутаврам отдают предпочтение, когда необходимо:

● получить чистую поверхность изделия;

● изготовить балки с разной шириной/толщиной, не прописанных в ГОСТах;

● использовать различные виды стали для определенных целей (придать особые свойства, уменьшение веса конструкции, а также для снижения стоимости).

Материалы для изготовления двутавровой балки

Каждый из материалов, используемых для изготовления двутавровых балок, имеет свои технические характеристики, область применения, преимущества, недостатки.

Основные материалы следующие:

• Углеродистая сталь; характеризуется небольшим содержанием кремния (Si), магния (Mg), марганца (Mn), отсутствием легирующих добавок; имеет повышенную механическую прочность, твердость; 80% двутавровых балок изготовлены из этой стали;
• Низколегированная сталь для проката; содержание легирующих добавок алюминия, кремния, марганца не превышает 2,5%; хорошо выдерживает динамические нагрузки;
• Сталь для создания мостовых конструкций; имеет самую высокую механическую прочность, легко переносит циклические воздействия;
• Железобетон; из него изготавливают стропильные балки с большим пролетом, перекрытия для крупных зданий, подвесные пути, мостовые конструкции;
• Алюминий применяют, когда необходимо уменьшить вес конструкции, снизить влияние коррозии; материал особенно удобен для сооружения легких временных конструкций: навесов, шатров, куполов;
• Древесина; двутавровая балка сборная; состоит из двух брусьев, соединенных ориентированно-стружечной плитой; из деревянных двутавров монтируют каркасы зданий, перекрытия между этажами, стропила, мансарды, балконы; балки выдерживают большую нагрузку, имеют гладкие поверхности, их легко монтировать.

Сортамент

Для строительных нужд двутавр — универсальный материал, который может понадобиться для разных целей. Как правило, продукция используется в целом ряде индустрии – метрострой, мостостроение и т.п.

Выпуск двутавровых балок регламентируется ГОСТ 8239, ГОСТ 19425 и др. В них указаны основные размеры, предельные отклонения, а также правила маркировки изделий.

Горячекатаная балка двутавровая с уклоном полок

Данный вид выделяется среди прочих небольшим внутренним уклона полок относительно стенки — речь идет о диапазоне 6-12%.

В зависимости от качества прокатки изготавливают:

● балки с повышенной точностью – имеется буква «Б» в маркировке;

● балки с обычной точностью – обозначаются буквой «В».

Используются такие балки, например, для подвесных путей в различных конструкциях, работающих на изгиб.

Есть балки из того же материала, но уже с большим уклоном 12-16% (ГОСТ 19425). Согласно ГОСТ, он хорошо выдерживает нагрузки на сжатие, используется для укрепления мощных сооружений, например, стволов шахт, метрополитена. Обозначаются литерой «М».

Следующие три типа горячекатаных изделий объединяет один общий признак – отсутствие уклона полок и их параллельные грани.

Двутавры нормальные

Данный вид труб предлагает характерные классические соотношения размеров, когда полка двутавра по ширине в два раза меньше высоты профиля.

Нормальные двутавровые стальные балки обозначаются буквой «Б». Они хорошо себя зарекомендовали в строительстве в качестве опор или элементов решетчатых колонн. Также они востребованы в машиностроении, где их используют для создания рам грузовых автомобилей и вагонов, и в промышленном секторе, где из них создают подкрановые пути для электромостовых кранов и другие металлоконструкции.

Двутавры широкополочные

Ширина полок увеличена почти в два раза, что отражается в маркировке использованием буквы «Ш». Его показатели прочности и жесткости также значительно выше, чем у стандартного.

Благодаря этим свойствам широкополочный двутавр применяется для изготовления таких конструкций:

● опорные, стропильные балки;

● рамы для вагонов, прицепов;

● обвязки фундаментов и пр.

Двутавры с уклоном внутренних граней полок ГОСТ 8239-89 (взамен ГОСТ 8239-72), сортамент

ГОСТ 8239-89 распространяется на горячекатаные двутавры, внутренние грани полок которых располагаются под углом к стенке балки. Они выпускаются в соответствии с размерным рядом:

• высота 100-600 мм;
• ширина полок 55-190 мм
• угол наклона граней полок 6-12%

Цифра в сортаменте двутавра по ГОСТ 8239-89 показывает точную высоту балки в см, буквы обозначают точность проката:

• Б — повышенная точность;
• В — обычная точность.

Двутавры с уклоном внутренних граней полок ГОСТ 8239-89 (взамен ГОСТ 8239-72)

Благодаря специфической форме сечения, двутавр с уклоном полок работает в основном на изгиб, что позволяет ему выдерживать большие нагрузки. Применяется в несущих конструкциях промышленных сооружений, мостов, в гражданском строительстве и т. п.