Двутавровая балка

Достоинства, недостатки и размеры

Металлоемкость – важнейший фактор, чем она ниже, тем легче изделие и соответственно это влияет уже на общий вес конструкции.

Изготовленные двутавровые профили, любого способа изготовления, имеют не только положительные стороны, но и отрицательные.

Главным преимуществом сварного двутавра является возможность производства балки с индивидуальными параметрами, которые указывает клиент во время заказа. При этом очень важный фактор для предприятия – это практически безотходное производство, ведь при частных заказах, задаются данные, по которым уже идет раскрой металлического листа, без остатков.

К отрицательным сторонам можно отнести пользование сверх нормы арматуры, для формирования ребер жесткости. Также идут дополнительные затраты по ее изготовлению. Но вместе с тем ребра жесткости помогают снизить уровень толщины стенки и тем самым уменьшить ее металлоемкость.

Чем легче балка, тем меньше затрачено металла на производство, и цена готового изделия становится ниже.

Преимущество горячекатаных профилей:

1. Основным достоинством служит то, что такой вид балок имеет единую монолитную структуру.
2. Отсутствие шовных соединений.
3. Автоматизация производственного процесса. Это дает возможность не использовать арматуру по типу ребер жесткости.

Существуют два основных недостатка – это значительная металлоемкость и соответственно увеличенный вес всего сооружения. И параметры балки, ведь прокатные станки могут производить балки только со стандартными размерами.

Размеры и сортамент

У каждого производителя в соответствии с ГОСТ и своими производственными мощностями, обусловлен свой сортамент изделия.

Главные критерии, определяющие сортамент:

1. Параметры высоты стенки.
2. Параметры ширины полок.
3. Полная или частичная симметрия.
4. Параметр толщины стенок и полок.

Готовая продукция всегда сертифицирована и соответствует всем нормам, предусмотренным ГОСТом. Здесь четко описываются все геометрические параметры и классификации изделия – это и есть сортамент.

Особенности изготовления двутавровых профилей

Двутавровые профили производят согласно утвержденным нормативным документам. ГОСТом 26020-83 определяются моменты, связанные с изготовлением профилей с параллельными гранями. Аспекты изготовления профилей специализированного назначения регламентированы ГОСТом 19425-74. Особенности выполнения профилей с наклоненными гранями обозначены в ГОСТе 8239-89.

Производство двутавровой балки осуществляется посредством сварки трех основных элементов, в результате получаются поясные швы

Изготовление своими руками двутавровой балки из металла практически невозможно. Процесс производства осуществляется на специализированном оборудовании методом горячего прокатывания. Заготовкой для изделия служат блюмы, которые обрабатываются при температуре около 1200 ℃. Специфическая форма профиля повышает прочность и жесткость изделия, а также позволяет выдерживать повышенную нагрузку и равномерно распределять ее по всей поверхности конструкции.

Существует и другой способ производства двутавровых профилей – сварочный, когда три элемента профиля соединяют с помощью сварки. Данный процесс полностью автоматизирован. Сварные двутавры имеют меньшее поперечное сечение в сравнении с монолитными балками. Также здесь можно сочетать различные марки стали, укрепляя только «нужные» участки, что, в свою очередь, позволяет уменьшить общую стоимость профиля.

Двутавр 10: размеры, характеристики, сфера применения

Двутавровый профиль №10 – самый миниатюрный представитель данных конструкций. Несмотря на небольшую массу, изделие довольно жесткое. Такой профиль отличается повышенной устойчивостью к нагрузкам, высокой надежностью и стабильностью геометрических характеристик на период эксплуатации.

Двутавровый профиль №10 имея небольшой вес, достаточно устойчив к ударным и весовым нагрузкам

Двутавр 10 используется как прочное перекрытие каркасов при строительстве малоэтажных конструкций, укреплении сооружений или для возведения опоры, а также изделие применяется в оформлении вертикальных колонн. Параметры данного профиля невелики. Полная высота двутавра составляет 100 мм. По ширине профиль достигает 55 мм. Стенка имеет толщину 4, 5 мм, а полка – 7,2 мм. Весит метр двутаврового профиля в этой модификации 10 9, 46 кг. Десятый двутавр может быть изготовлен длиной от  4 м до 12 м.

По положению граней выделяют наклонные и параллельные двутавры. Они имеют соответствующую маркировку, где «У» – профиль с уклоном граней и «П» – балка, в которой грани расположены параллельно.

Технические показатели, размер и вес двутавра 20

Двутавр № 20 – это профиль, выполненный таким же горячекатаным способом, как и другие балки этого типа. Он имеет форму в виде перевернутой буквы «Н». Двутавровый профиль № 20 производится согласно положению ГОСТа 26020-83, регламентирующего размер и вес двутавра 20, а также в соответствии с госстандартом 19425-74 и 8239-89.

Полная высота профиля составляет 200 мм, показатель его ширины – 100 мм. Стенка профиля имеет толщину 5, 2 мм, а перемычка – 8, 4 мм. Вес 1 метра двутавра 20 равен 21, 04 кг.

Как вариант такой двутавр может быть изготовлен из сварных балок

Важно отметить, что он имеет более широкую сферу применения

Двутавровая балка № 20 предназначена для строительно-монтажных работ и укрепления секций корпуса здания

Классификация профилей и возможные размеры двутавровой балки 20

Двутавры № 20 могут различаться расположением граней полки. Есть профили с уклоном и параллельные. Грани с уклоном бывают обычные (с углом 6-12%), т.е. без дополнительной маркировки, и с особым расположением. Второй вариант различается по типу маркировки: М и С. Маркировка «М» предполагает использование изделия при устройстве навесных систем сложного типа. Профиль, обозначенный буквой «С», используется при возведении сооружений сложной геометрии или при формировании специфических конструкций.

Статья по теме:

Двутавровый профиль, у которого грани параллельны, маркируется как «Б», «К» или «Ш». Выше упоминалось, что маркировка с буквой Б – это обычный профиль. К данному виду относится двутавр 20б1, размеры которого следующие: общая ширина балки – 100 мм и полная высота профиля – 200 мм. Стенки такой конструкции по толщине составляют 5, 6 мм, а его полка — 8, 5 мм. Весит погонный метр профиля 20Б1 22,4 кг.

Балки можно крепить болтами, заклёпками или сваривать сварочным аппаратом

Отметка «К» обозначает колонный профиль, подразумевает использование в ситуациях, когда невозможно применение железобетонных колонн. Профиль с маркировкой «Ш» вполне может выступить самостоятельным компонентом в строительстве. Так, размеры двутавра 20ш1 по ГОСТу следующие: высота – 193 мм, а его ширина равна 150 мм. Показатель толщины стенки балки составляет 6 мм, перемычки – 9 мм. Метровая двутавровая балка этого типа имеет массу 30,6 кг.

Возможные размеры и вес двутавровой балки – таблица

Размеры двутавра 20 в длину могут варьироваться от 4 м до 12 м. Размер бывает мерный, немерный, кратный мерному и мерный с остатком, где остаток – это профиль длиной, превышающей 3 м.

Таблица позволяет наглядно сравнить размерные характеристики каждого варианта двутавра:

Классификация двутавровых балок по ГОСТу

Для двутавровых балок разработаны ГОСТы на основе теоретических и экспериментальных исследований по выявлению наиболее рациональных типов фасонных профилей и частоты их градации.

С возрастанием ширины пролета увеличивается высота стальных балок:

• прочность при шестиметровом пролете обеспечивает двутавр № 20 с высотой профиля 200 мм;
• при уменьшенном до 4 м расстоянии между стенами можно использовать двутавр № 16 с высотой 160 мм.

Классический двутавр с уклоном внутренних граней полок 6-12% (ГОСТ 8239-89) применяются главным образом в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в составных сечениях колонн. Работа в качестве сжатых элементов (стоек, колонн) не эффективна ввиду малого момента инерции. Балки обозначаются в сортаменте по номерам, соответствующим высоте профиля в сантиметрах.

Двутавры с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93) выпускаются трех основных типоразмеров:

• Нормальные балочные двутавры (Б), выпускаются высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм. Применяются для эксплуатация под средними нагрузками;
• Широкополочные двутавры (Ш), имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм. Могут использоваться для разрезки по продольной оси для получения таврогово профиля. Тавр укладывается на один пролет. Целый двутавровый профиль – на один или несколько пролетов. Эти металлоизделия очень массивны. Плюсом их использования является возможность использования в качестве самостоятельного элемента без применения усиливающих деталей;
• Колонные двутавры (К), их использование эффективно в колоннах зданий. Они имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 и максимальные размеры 400х400 мм. Это наиболее массивные профили. Имеют широкие, утолщенные полки и стенки. Применяются при устройстве большепролетных конструкций.

Сортамент двутавра по ГОСТ 8239-89

Балка это конструкция сплошного сечения, длина которой превышает размеры сечения. Балочные конструкции работают на изгиб. Горячекатанные балки применяют в конструкциях зданий, мостах, эстакадах и др. Наиболее рациональным является принимать сплошные сечения при пролетах до 20 м, свыше — сварные сечения.

Форма сечения балок является симметричный двутавр. Строительный сортамент в зависимости от нагрузки и пролета рекомендует применять балки двутаврового сечения и швелеры, прокатные и составные – сварные, на болтовых соединениях. Для профилей, рекомендованных сортаментом балок, прочность и устойчивость элементов сечения обеспечена. Исключением являются лишь гнутые профили. Общая устойчивость балки обеспечивается приваренным сверху настилом, который крепится по всей длине. Поэтому подбор сечения производят, используя уравнения прочности.

Сортамент балочного металлопроката — это перечень двутавров, выпускаемых металлургическими предприятиями Украины, в котором указывают размеры профиля, площадь поперечного сечения. Основными данными сортамента стальной балки являются размерные характеристики двутавровой балки: высота двутавра, толщина и ширина его отдельных элементов в соответствии с требованиями ГОСТов.

Сортамент двутавровых балок имеет различные типоразмеры двутавров и формы профилей (см. таблицы). Все балки разделяются на двутавры с параллельными гранями полок (нормальные, широкополые, колонные), двутавры с уклоном полок (обычные, специальные). Для унификации балки стальные имеют маркировку и номер, с помощью которого легко узнать по расчетным таблицам типоразмер двутавра и удельный вес.

Скачав сортамент двутавров можно сделать онлайн расчет веса балки зная общую длину и вес погонного метра двутавров. Перечисленные в справочнике данные являются справочными значениями, стандартизованы и занесены в ГОСТы:

1. ГОСТ 8239-89 «Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент».
2. ГОСТ 19425-74 «Балки двутавровые и швеллеры стальные специальные. Сортамент».
3. ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент».

В данных стандартах приведены размеры, площадь поперечного сече­ния и масса 1 м двутавра, а также допускаемые отклонения от номинальных размеров. В стандартах на профили (балки, двутавры), применяемые для изготовления раз­личных конструкций, кроме размеров площади поперечного се­чения и массы одного погонного метра, приведены также справоч­ные величины: момент сопротивления, момент инерции, радиус инерции и др.

Сортамент двутавров балочных изготавливается из углеродистой и низколегированной стали марок 3ПС-1, 3СП/ПС-5, 09Г2С-12. Размеры и вес должны соответствовать требованиям ГОСТ 8239-89. Двутавры бывают высотой 10 см, 12 см, 14 см, 16 см, 18 см, 19 см, 20 см, 24 см, 27 см, 30 см, 36 см, 45 см (см. таблицу). Допуски на отклонения линейных размеров балок от номинальных, отклонения формы и расположения поверхностей, а также шероховатости поверхности следует производить универсальными методами и средствами (рулетки по ГОСТ 7502, штангенциркули, линейки по ГОСТ 427 и ГОСТ 17435)

Перед тем, как купить двутавровую балку очень важно убедиться, чтобы прокат был качественный, имел очень малую погрешность от стандартных размеров

Классификация по точности размеров двутавров, веса 1м:

• высокой точности — А
• обычной точности — В.

В соответствии с сортаментом двутавры изготовляются длиной от 4 до 13 м:

• мерной длины (размер двутавра по длине — фиксированная величина);
• кратной мерной длины (например 6 метров и 12 метров двутавра в одной пачке);
• мерной длины с остатком до 5% массы партии;
• немерной длины.

Преимущества и недостатки

Применение двутавров обеспечивает следующие преимущества:

• оптимальная геометрия сечения позволяет обеспечить минимальный расход материала при максимальной несущей способности, что значительно облегчает конструкцию;
• для металлоконструкций изделии характерны длительный период эксплуатации и высокие прочностные характеристики;
• эксплуатационные характеристики четко определены соответствующими ГОСТами, что облегчает проектирование несущих металлоконструкций;
• конструктивные особенности горячекатаных изделии обеспечивают возможность их применения в металлоконструкциях повышенной сложности, работающих в экстремальных условиях;
• при равной несущей способности, удельный вес двутавра значительно меньше, чем удельный вес любого равнопрочного профиля.

На фоне таких достоинств, недостатки двутавров выглядят не убедительно:

• двутавровые балки плохо переносят скручивание;
• горячекатаный прокат имеет ограниченное количество габаритных размеров;
• сварные балки нередко нуждаются в дополнительном армировании;
• двутавры из конструкционных углеродистых сталей легко поддаются коррозии, что вынуждает прибегать к дополнительной обработке металлоконструкций.

Гофрированные балки: отличная экономия

Хотя гофро0балка и выглядит интересно, в России такую конструкцию начали применять еще в 30-х годах прошлого века. Тогда нечто подобное задействовали в деревянных конструкциях. Сегодня же такие балки варят в нескольких металлургических заводах страны.

Теперь этот вид балки представляет собой сварную легкую конструкцию из профлиста, который приварен к стальным полкам. Причем сами полки здесь из горячего проката, а профлист – холоднокатанный.

Посмотрите, как выглядят такие балки:

К идее гофрирования стенок таких балок пришли с целью экономии, если говорить грамотным языком – снижения металлоемкости строительства. Естественно, гофрированная стенка может быть тоньше обычной металлической (всего 1,5-1,8 мм), т.к. у нее уже есть поперечные ребра.

Которые, ко всему, еще и повышают крутильную жесткость самой балки! А, значит, позволяет избавить от главного недостатка, который свойственен двутавру. Здесь напряжение развивается только у поясов, падает почти до нуля, а все касательные напряжения равномерно распределяются по высоте стенок.

Сама гофра может быть как волнистой, так и треугольной (такая считается более технологичной). Еще более прочная балка не с вертикальными гофрами, а горизонтальными.

В общей сложности гофры располагаются к верхнему поясу под углом 45-50°, с расчетом соотношения высоты волны к ее длине от 1/5 до 1/20.

По сравнению с обычными двутавровыми горячекатаными балками гофробалки выходят экономнее на 20-40%. Мало того, что такие балки весят меньше, само профилирование придает большей жесткости при вращении, а потому в монтаже таких балок используется меньше специальных подъемных приспособлений в виде дополнительных уголков и связей. Это значительно упрощает монтаж.

Гофробалки хороши в качестве кровельных прогонов с пролетом от 9 м и как несущее основание в многоэтажках с пролетами до 24 метров.

Единственный существенный недостаток таких конструкций в том, что они довольно трудоемки в изготовлении. Но, благодаря тому, что у таких балок нет ребер жесткости, уменьшается расход металла и длина сварных швов.

Вес специальной двутавровой балки

Специальная балка – это элемент конструкции, используемый для создания различных сооружений. Как правило, обычно они участвуют в процессе строительства пролетов небольшой длины.

Существует несколько видов сооружений, для которых, чаще всего, применяются эти элементы:

• Эстакады;

• Монорельсовые пути;
• Строительные колоны;
• Склады;
• Гаражи;
• Подвалы;
• Производственные постройки.

Что касается веса специальных балок, то стоит заметить, что они в несколько раз больше содержат металла, чем стандартные конструкции. Это значительный плюс в связи с тем, что их нет необходимости дополнительно увеличивать при помощи элементов.

Из-за отсутствия швов от сварки также уменьшается количество дефектов.

Виды двутавров

Современная промышленность представляет огромное многообразие двутавров. В зависимости от формы сечения их подразделяют на следующие категории:

1. Горячекатаный стальной двутавр ГОСТ 8239-89. Представляет собой Н-образный профиль, полки которого образует со стенкой угол 8-12 градусов. Наиболее часто употребляется как опорная кран-балка для тельферных линий.
2. Двутавры нормальные. Их сортамент полностью представлен в таблице ГОСТа 26020-83. От предыдущего типа профиля его отличает параллельность граней полок между собой. Это упрощает процесс изготовления с одной стороны, а с другой, хотя и незначительно, снижает сопротивляемость деформации профилем. В конструкторской документации его принято обозначать буквой «Б».
3. Двутавр широкополочный ГОСТ 26020-83. Ширина полок в данном профиле увеличена почти в 1,5 раза по сравнению с вышепредставленными видами двутаврого сортамента. Такое увеличение формы сечения положительно сказывается на прочности, жесткости и долговечности балки. В среднем она способна выдержать на 40% большей нагрузки по сравнению с нормальным двутавром. Маркируется буквой «Ш».
4. Колонные двутавры отличаются еще большей шириной полок. Толщина стенки также увеличена. Точные размеры двутавра приведены в ГОСТ 26020-83. Такая модификация позволяет повысить значение прочности почти на 100%. Употребляется в особо ответственных конструкциях. Обозначается буквой «К».

Помимо формы сечения сортамент прокатного профиля включает в себя различную номенклатуру материалов, из которых изготавливают двутавровые балки. Наиболее применяемыми из них являются:

• Углеродистые стали обыкновенного качества. Механические свойства и химический состав соответствуют ГОСТ 380-2005. По степени раскисления подразделяются на спокойные, кипящие и полуспокойные. Восемьдесят процентов рынка представлены именно этими сталями в силу их оптимального соотношения цены, технологических и прочностных характеристик.
• Строительные стали ГОСТ 27772-88. Отличаются более высокими требованиями по отношению к содержанию вредных примесей. Основной сортамент данных сталей представлен такими марками как С235, С245 и С255.
• Низколегированные прокатные стали. Полный список механических характеристик размещен в основной таблице ГОСТа 19281-89. Данные стальные сплавы дополнительно легированы марганцем, кремнием и алюминием, что делает их более устойчивыми по отношению к динамическим нагрузкам.
• Стали для мостостроения ГОСТ 4784-97. Еще более прочный сплав. Обладает повышенным сопротивлением к воздействию циклических нагрузок. Применяется в особо ответственных конструкциях.
• Алюминиевые сплавы ГОСТ 4784-97. Сюда входят различные их марки: Амг5, Д16 и прочие. Применяются в тех случаях, когда приоритетом для конструкции является легкость. Также сортамент двутавров из данного материала отличается более высокими эстетическими и коррозионностойкими свойствами.

Параметры

Как уже было указано ранее, на значение жесткости двутавра наибольшее влияние оказывает размер и форма сечения, которые характеризуются такими параметрами как:

• Высота и толщина стенки;
• Ширина и толщина полки;
• Момент сопротивления и момент инерции – величины, которые показывают сопротивляемость геометрии формы к деформации. Их значение можно найти в таблице справочника по весам материалов или другой технической литературе;
• Радиус скругления.

Величина данных параметров подбирается исходя из следующих технических условий:

• Расстояние между опорными концами;
• Тип нагрузки;
• Усилие на балку сконцентрировано в одной точке или распределено по ее поверхности;
• Значение нагрузки;
• Тип материала, из которого изготовлена балка.

Область применения

Главной отраслью потребления двутавра до сих пор остается строительство. В основном его применяют в качестве пролетных балок в промышленных и гражданских помещениях

Двутавр является важной частью арочных перекрытий, мостовых и козловых кранов

Также балка активно используется при строении мостов и в производстве некоторой специальной техники: экскаваторы, землекопы и прочие. В автомобилестроении двутавры применяются как элемент каркасов большегрузных машин – грузовиков. А также они служат опорной частью железнодорожных вагонов.

ГОСТ 26020-83 — Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок

Теоретическая масса 1 погонного метра балки по ГОСТ 26020-83

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.