Как правильно выбрать двутавровые балки

Критерии выбора двутавровых балок

Двутавровая балка – один из наиболее часто используемых видов фасонного металлопроката. Этот элемент применяется во многих областях строительства. Тем важнее сделать правильный выбор среди большого количества разновидностей балок. Ведь части конструкции, произведенные на их основе, подвергаются высоким механическим нагрузкам и применяются в качестве несущих конструкций.

При выборе двутавровых балок существует множество тонкостей, которые необходимо учитывать, чтобы эффективно решать производственные задачи. Подробнее о параметрах этого металлопроката расскажем далее.

Прочность каждой балки критически важна

Основные характеристики двутавра

Первым значительным критерием при выборе двутавровой балки является технология ее производства. Это может быть горячая прокатка или сварка. В первом случае раскаленную заготовку прокатывают через специальный станок. Сварные балки создают по частям, скрепляя полосы стали определенной толщины и длины. Такая технология позволяет снизить массу балки до 10 % и в точности подогнать ее по длине. Однако в качестве несущих зачастую используется именно горячекатаный двутавр.

Прочность проката зависит от марки стали, из которой он произведен. Она делится на углеродистую и низколегированную. К первому типу сталей относится до 80 % черного металлопроката. Разница в стоимости низколегированной и углеродистой стали не слишком высока. Однако низколегированный прокат имеет сравнительно более высокие характеристики. Такая сталь имеет более низкий коэффициент механического старения, лучше сваривается, обладает повышенной устойчивостью к износам, низким температурам и коррозии.

При покупке двутавра важно верно подобрать габариты:

• Ширину полок. Она может варьироваться от 5,5 до 40 сантиметров.
• Длину. Допустимые значение – 4–24 м. п.
• Высоту балки (или ее номер). Может быть от 10 до 100 сантиметров.

Также необходимо учитывать назначение конкретного вида балки. Производитель обозначает этот параметр буквами:

• «Б». «Нормальные» балки. Используются для сборки опор и решетчатых колонн различных сооружений.
• «К». «Колонные» балки. Устойчивы к сжатию. Используются для создания перекрытий и опорных элементов.
• «Ш». Балки с широкими полками. Выдерживают высокие нагрузки на изгиб. Применяются в качестве несущих.
• «У». Балки с узкими полками. Подходят для создания каркаса сооружения.
• «М». Монорельсовые балки. Используются для сборки подвесных путей, для сборки кранов, опорных стоек.
• «Д». «Дополнительные» балки. Это прокат, который изготавливается на заказ по индивидуальным параметрам заказчика.

Подбор сечения двутавровой балки

От того, насколько верно рассчитаны параметры сечения двутавра, зависит выполнение производственных задач. Это очень важный момент, ведь он определяет безопасность множества людей. Основными параметрами сечения двутавровой балки являются:

• Общая высота.
• Толщина стенки.
• Ширина полки. Измеряется каждая.
• Свес полки. Это ширина ее части от стенки до края.
• Толщина полки с параллельными гранями.
• Толщина полки с уклоном внутренних граней.
• Радиус закругления кромки полки.
• Радиус внутреннего закругления. Это закругление перехода от стенки к полке.

Указанные параметры рассчитываются с учетом СНиП, технологии производства балки, сорта и вида стали. В последнем случае используются знания по сопротивлению материалов. Ведь необходимо определить динамические и статические нагрузки, которые сможет выдерживать определенная балка. Все это сопряжено со сложными инженерными расчетами.

Из двутавров делают такие краны. От расчетов сечения зависит, какие нагрузки выдержит балка

При выборе поставщика двутавровых балок и другого металлопроката стоит учитывать не только выгоду от условий сотрудничества, но и качество продукции. В ряде случаев можно обратиться к производителю за консультацией.

Назначение и применение двутавровой балки

При строительстве дорожных, промышленных, общественных и других крупных объектов необходима надежная арматура. Для обеспечения повышенной прочности в опорных конструкциях применяют стальные двутавровые балки. Они легко справляются с большими нагрузками.

Что такое двутавровая балка

Одним из самых популярных видов фасонного металлопроката признана двутавровая балка, для изготовления которой используется простая углеродистая или низколегированная сталь. Внешне изделие выглядит, как длинномерный профиль из металла со специфическим симметричным сечением – из шейки и двух параллельных полок, напоминающим букву «Н», положенную на бок.

Такая форма придает конструкции дополнительную жесткость и устойчивость, позволяет достичь необходимого распределения нагрузки. Двутавр в несколько раз превосходит по этим параметрам уголки и квадратный профиль. Все параметры производимых балок описаны в государственном стандарте ГОСТ Р 57837-2017.

О производстве балки

Металлургические комбинаты выпускают двутавровые балки в большом сортаменте. По способу изготовления металлоконструкции делятся на две большие группы: горячекатаные и сварные. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.

Горячекатаное производство

Производственный процесс проводится по ГОСТу на рельсобалочных станах проката. Заключается в деформации стального прямоугольного профиля (блюма), нагретого до температуры 1100-1200 0 С. С помощью обжатия приводными роликами заготовке придают необходимую форму.

Преимущества горячекатаных балок:

• монолитность;
• простой процесс изготовления;
• показатели прочности и жесткости выше, чем у сварных балок.

Недостатками таких изделий считаются не совсем ровная поверхность, остатки следов роликов и окалины на поверхности. Оборудование рассчитано на определенные размеры проката и не имеет возможности быстро перестроиться на специальный заказ.

Автоматическая сварка

Этот метод используют небольшие металлообрабатывающие заводы с мелкосерийным производством. Листовую сталь режут на заготовки. Далее на фрезерном станке обрабатывают кромки. Элементы собирают на прихватки, сваривают на сварочном станке с применением флюса. Проверяют с помощью ультразвука. Сварочное производство двутавра имеет свои преимущества:

• Кроме стандартных изделий по ГОСТ можно делать индивидуальные балки по чертежам заказчика.
• Есть возможность изготавливать изделие с усиленными утолщенными участками по специальным проектам.
• Возможно производство биметаллических двутавров с элементами из разных марок стали.

Сварные балки имеют более товарный вид. У них нет окалины и ржавчины после очищения дробеметной установкой. Металлоемкость сварной конструкции ниже горячекатаных, исходя из чего, их цена тоже ниже.

Классификация стальных двутавров

Кроме различия двутавровых балок по способу производства они классифицируются по другим признакам:

• По форме – с наклоненными гранями внутренних полок (от 6 до 12%) и с параллельными гранями. Области применения обоих типов различны.
• По соотношению размеров – нормальные (Б), узкополочные (У), среднеполочные (Д), широкополочные (Ш), опорно-колонные (К).
• По длине – мерной длины, немерной длины, кратной мерной длины.

Металлоконструкции с наклонными внутренними гранями могут быть изготовлены только горячекатаным способом. Их делят на:

• О – обычные, угол наклона по ГОСТ 8239-89 от 6 до 12%;
• М – монорельсы для подвесных путей с углом не более 12%;
• С – специальные с углом наклона до 16%.

Двутавры с наклонными гранями могут производиться обычной точности (В) и повышенной (Б).

Особенности маркировки

Обозначение металлоконструкции основывается на форме поперечного сечения и соотношения геометрических размеров. Основным размером двутавра считается расстояние между наружными гранями полок, т.е. его высота.

Рассмотрим несколько примеров.

С параллельными полками

В соответствии с гомологическим рядом ГОСТа размеры изменяются:

• высота – от 10 до 100 см;
• ширина от 55 до 400 см.

Пример 1

16Б2 – нормальная балка с высотой 16 см, цифра после буквы – профилеразмер данной серии.

Пример 2

26Ш1 – широкополочная двутавровая балка с высотой 255 мм и профилеразмером серии 1.

С уклоном внутренних граней

Выпускаются такие балки согласно размерному ряду:

• высота – 100-600 мм;
• ширина – 55-190 мм;
• угол наклона – 6-12%.

В маркировке ставится число, обозначающее высоту в см. Далее идет буква, указывающая на точность изготовления.

Пример 1

14В – двутавр с наклонными гранями повышенной точности с высотой 140 мм.

Маркируется изделие на торцах с помощью стойкой краски с указанием номера заказа, чертежа и обозначения балки.

Сфера применения

Так как двутавровая балка является несущим элементом и придает любой конструкции прочность и жесткость, то применяют ее повсеместно при строительстве объектов самого разного назначения.

Незаменима данная арматура везде, где необходимо выносить высокие нагрузки при вертикальном поперечном воздействии. Изделие используют при возведении:

• мостов;
• подвесных путей;
• подземных переходов, паркингов;
• железнодорожных тоннелей;
• подкрановых путей;
• стадионов, спортивных бассейнов;
• эстакад.

Двутавровая балка является частью перекрытий между этажами зданий, кровли, играет важную роль при конструировании тяжело-нагруженных зданий, например, небоскребов. Используется двутавр также при сооружении конструкций стен котлованов, монорельсовых дорог.

Преимущества и недостатки

По сравнению с другими видами металлопроката двутавровая балка обладает самыми высокими прочностными характеристиками, благодаря форме сечения, которая распределяет силовые нагрузки по всей металлоконструкции.

К преимуществам двутавра также можно отнести:

• нечувствительность к механическому и атмосферному воздействию;
• противостояние усадке здания;
• небольшой вес по отношению к тем нагрузкам, которые выдерживает металлоконструкция;
• устойчивость к изгибу и сжатию;
• возможность использования сварки при монтаже, что ускоряет процесс строительства;
• постоянство геометрических параметров;
• экономичность – позволяет обойтись без дополнительных элементов укрепления.

Недостатками двутавровой балки считаются:

• Низкая устойчивость к коррозии.
• Плохое противостояние скручиванию.
• Малая огнестойкость. При пожаре может произойти разрушение здания.
• Невозможность использования на больших пролетах.

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.

Двутавровые балки перекрытия – все про «Н»-образный прокат

Двутавровые балки перекрытия с каждым годом обретают все большую популярность благодаря своим неоспоримым достоинствам. Познакомимся с их видами, производством и уделим внимание особенностям расчета элементов.

1 Первое знакомство с двутавром

Что собой представляет двутавр? Это профиль, сечение которого по форме напоминает букву “Н”. Такое решение самым благоприятным образом отразилось на характеристиках изделия. Например, если сравнивать двутавр со стандартными конструкциями квадратного сечения, то его жесткость и прочность выше в 30 и 7 раз соответственно. Наиболее распространенными считаются металлические изделия, однако такие конструкции также изготавливают и из дерева.

Этот профиль очень часто используется при монтаже перекрытия и возведении мостовых сооружений. Кроме того, встретить двутавровые балки можно в автомобильной промышленности, вагоностроении, еще они незаменимы, если речь идет об армировании шахтных стволов. Основными характеристиками этого вида металлопроката считают высоту самого двутавра, ширину, среднюю толщину, а также радиус закругления полок. Еще учитывается и радиус внутреннего закругления. Все эти показатели и определяют дальнейшее применение элемента. Например, для поверхностных путей используют балки серии М с уклоном внутренних граней полок равным 12°. Если речь идет о прокате серии С, применяемом для армирования шахтных стволов, то этот параметр увеличивается и составляет 16°.

2 Особенности классификации и маркировки

Внутренние грани полок двутавра могут располагаться параллельно либо с уклоном. В зависимости от условий применения и соотношения размеров прокат делится на следующие типы. Нормальные, широкополочные и колонные элементы обозначаются символами “Б”, “Ш” и “К” соответственно. Если в маркировке обнаружите букву “Д”, то речь идет о профиле дополнительной серии. Еще широкополочные и нормальные двутавры могут обозначаться сочетанием символов “ДШ” и “ДБ”.

Кроме того, такие конструкции делятся на сварные и горячекатаные. Первые получают путем сваривания стенки и поясов. А вот вторые изготавливают на специальных прокатных станах. Если горячекатаные изделия имеют одинаковые размеры по всей длине, а также полностью состоят из одного и того же металла, то со сварными элементами можно экспериментировать. Их пояса могут состоять из листового или профильного проката, гнутого профиля либо швеллера. При этом характеристики и свойства поясов одного и того же двутавра иногда отличаются, так как состоят из различного металла. Существуют изделия переменного сечения. Это дает возможность более рационально использовать металл и упрочнить конструкцию в местах повышенной эксплуатации.

3 Достоинства и недостатки такого металлопроката

В этом пункте суммируем все плюсы, которыми обладают двутавровые балки. Прежде всего стоит отметить их отменные прочностные характеристики, благодаря которым этот материал можно использовать даже в качестве перекрытия очень длинных пролетов. При этом монтаж элементов не составит огромного труда, да и при необходимости вы всегда сможете обработать поверхность. Такой прокат не подвержен ни деформации, ни усадке. Его по праву можно назвать универсальным, ведь такая балка встречается как в конструкции потолка, так и стен.

Еще достоинства и недостатки элементов во многом зависят от их вида. Например, горячекатаные конструкции монолитные, и нет необходимости применять дополнительную арматуру, даже если речь идет об очень сильных нагрузках. К тому же они более просты в изготовлении и экономичны. Сварной профиль имеет дополнительные ребра жесткости, благодаря которым можно снизить толщину стенок и соответственно себестоимость изделия. Плюс такие элементы изготавливают по индивидуальным заказам, и их размеры устанавливает клиент. Это позволяет минимизировать отходы во время строительства. Также по требованию заказчика конструкция может быть усеченной, равно- либо неравнополочной, иметь перфорацию, фланцевые соединения.

А вот к минусам монолитного проката стоит отнести высокую емкость металла, вызванную утолщением стенок, а также вес и размеры конструкции. Дело в том, что такие двутавровые балки изготавливаются только в соответствии с ГОСТом, а значит, их параметры, в том числе и длина, должны полностью соответствовать размерам, указанным в документации. Поэтому очень часто мы вынуждены самостоятельно резать элемент, а излишки приходится списывать в отходы, что нерационально. Недостатками сварных изделий можно назвать необходимость использования дополнительной арматуры для создания ребер жесткости, что увеличивает трудозатраты.

4 Правила калькуляции двутавров

Как видно, выбор двутавровых конструкций довольно большой, но чтобы использование этого элемента было рационально и конструкция получилась надежной, следует правильно подобрать профиль. В этом пункте мы рассмотрим, как найти подходящий двутавр. Если планируете использовать изделие для перекрытия, необходимо знать такие параметры, как расстояние между стенами и максимальную нагрузку, которая будет приходиться на будущую конструкцию. Далее провести расчет можно с помощью специальных онлайн-калькуляторов либо вычислить параметры самостоятельно.

Заглянув в ГОСТ, вы найдете таблицы, в которых указаны обозначения, размеры, площадь сечения профиля и линейная плотность материала. Также существуют таблицы, где оговаривается масса одного метра изделия. Чтобы узнать вес всего элемента, необходимо умножить массу его метра на длину. А вот для расчета несущей способности двутавровой конструкции нужно уточнить и ширину полок. Причем этот параметр должен соответствовать и сечению несущей колонны. Например, если это квадрат со стороной 510 мм, тогда необходимо подобрать профиль шириной не более 460 мм. Это обусловлено тем, что двутавр нужно будет приваривать и требуется оставить запас для сварочных швов.

Для расчета нагрузки следует сначала узнать нормативное воздействие (нагрузка, приходящаяся на 1 м профиля). Затем это значение умножаем на коэффициент прочности по нагрузке и полученный результат суммируем с массой изделия. Таким образом, мы вычисляем момент сопротивления, а там дело за малым, осталось только подобрать из сортамента нужный профиль.

При этом следует учитывать, что металлическая конструкция может использовать максимум 80% от допустимого прогиба.

Современные технологии значительно упрощают нашу жизнь и если нет никакого желания самостоятельно заниматься расчетами и подбирать нужный вариант по справочникам, то можно воспользоваться онлайн-калькулятором. С ним работать очень просто, необходимо всего-то заполнить пустые поля и программа выдаст оптимальные варианты. Нужно указать конструкцию, в которой будет использоваться двутавровая балка, например, она необходима для перекрытия. Затем уточняете максимальный пролет и шаг установки профиля. Шагом называется расстояние между двумя элементами, расположенными параллельно друг к другу. Рекомендуемая величина составляет 1 м, но в некоторых случаях можно увеличить его до 1,2 м. Также необходимо знать расчетную нагрузку, приходящуюся на квадрат и угол наклона стропил. Теперь вы знаете, какой именно элемент лучше всего подойдет для конкретного перекрытия.

5 Усиление своими руками – делаем безопасно

Безусловно, лучше всего подобрать двутавр с нужной несущей способностью и использовать его, но иногда такой возможности нет и необходимо усилить конструкцию самостоятельно. Этому вопросу мы и уделим внимание. Стоит отметить, что усиление различных узлов происходит неодинаково.

Если на элемент перекрытия приходятся нагрузки на сжатие, растяжение либо изгиб, то необходимо увеличить сечение изделия. Сделать это можно, приварив дополнительные детали к профилю. Однако действовать нужно обдуманно и руководствоваться размерами двутавра, а также направлением сварочных работ. Дело в том, что во время этой операции металл нагревается, и несущая способность элементов может, напротив, снизиться. Для продольных швов максимально возможное понижение этой характеристики не превышает 15%. А вот если речь о поперечном направлении, то несущая способность может снизиться на целых 40%. Так что накладывать швы в поперечном направлении нельзя.

Как подобрать двутавр: формулы и пример

Автор: Константин Вавилов · Опубликовано 21.01.2017 · Обновлено 07.02.2018

Доброго времени суток друзья, в этой статье буду писать о том, как подобрать двутавровое поперечное сечение при плоском изгибе.

Поперечное сечение при плоском изгибе, всегда подбирается по нормальным напряжениям, так как касательные напряжения при данном виде деформации мизерны. Однако, после подбора двутавра, выполняют проверку по касательным напряжениям.

Условие прочности для двутавра

Так вот, условие прочности, при плоском изгибе, будет выглядеть так:

В неравенстве слева, записано максимальное расчетное напряжение, а справа напряжение допустимое.

Максимальное расчетное напряжение, в сопромате, находят двумя способами:

Как отношение максимального изгибающего момента к моменту сопротивления:

Либо по такой формуле:

Где М — максимальный изгибающий момент, y — расстояние от нейтральной линии до крайней точки сечения, J — момент инерции сечения.

Момент инерции и момент сопротивления связаны следующей связью:

Когда какую формулу удобнее использовать?

• Если в условии задачи вас просят найти максимальное напряжение, то используйте формулу с моментом сопротивления. То есть, по этой формуле вы сразу вычислите максимальные напряжения в крайних точках сечения.
• Если вам потребуется найти напряжение в любой другой точке сечения, например, в месте перехода полки в стенку, то используйте вторую формулу.

Подбор двутавра на практике

Ну что же, самое время перейти к практике. Например, посчитали вы балку, построили эпюры и нужно теперь подобрать двутавр удовлетворяющий условию прочности. Для этого вам необходимо:

Проанализировать эпюру изгибающих моментов и определить положение наиболее опасного сечения. Опасным считаем то сечение, в котором изгибающий момент максимален. Скажем, у вас он будет равен 30 кНм.

Далее необходимо определить минимально допустимый момент сопротивления из условия прочности. Допустимое напряжение примем равным 160 МПа:

Нашли момент сопротивления. Далее по сортаменту двутавров (ГОСТ 8239-89) выбираем номер профиля,у которого момент сопротивления будет ближайшим большим к нашему расчетному. Это двутавр № 20а у которого момент сопротивления равен 203 см 3 .

Делаем проверочный расчет. Вычисляем напряжение с табличным значением момента сопротивления:

Так как получили напряжение меньшее, чем допустимое, можно сделать вывод, что подобранный двутавр удовлетворяет условию прочности. В некоторых учебниках, авторы допускают перенапряжение для стандартного металлопроката не больше 5%. То есть, можно было взять и посчитать напряжение для двутавра №20, у которого момент сопротивления чуть меньше, чем наше расчетное значение. И возможно, что перенапряжение бы было меньше 5 %.

Выбор нужного двутавра

А знаете ли вы, что, благодаря своей особой Н-образной форме, металлический двутавр является универсальным металлопрокатом, так как обладает повышенной степенью прочности и надежности. Двутавровые балки способны выдерживать существенные динамические и статические нагрузки и широко применяется при возведении строений в качестве вертикальных опор и горизонтальных перекрытий.

Классификация двутавровых балок по ГОСТу

Двутавровые балки классифицируются по ГОСТам на основе теоретических и экспериментальных исследований. Благодаря исследованиям выявляют наиболее востребованные фасонные профили.

Например, зная, что с возрастанием ширины пролета необходимо увеличение высоты стальных балок, мы можем высчитать двутавр, который обеспечит необходимую прочность строения.

• 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.

Двутавр ГОСТ 8239-89	Двутавр нормальный (Б)	Двутавр широкополочный (Ш)	Двутавр колонный (К)

Классический двутавр с уклоном внутренних граней полок 6-12% (ГОСТ 8239-89) применяют главным образом в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в составных сечениях колонн.

Помните, что балки выбирают по номерам, соответствующим высоте профиля в сантиметрах.

Теперь посмотрим на типоразмеры двутавров с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93):

• нормальные балочные двутавры (Б), выпускают высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм. Я их применяю для эксплуатации под средними нагрузками;
• широкополочные двутавры (Ш), имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм. Подходят для разрезки по продольной оси для получения таврогово профиля. Тавр укладывают на один пролет. Целый двутавровый профиль – на один или несколько пролетов. Эти металлоизделия очень массивны. Их можно эсплуатировать 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. Я использую их в строительстве большепролетных конструкций.

Типовые схемы расположения двутавра

При проведении расчетов для нас важен будет исходный параметр, то есть мне важно знать, как выглядит балка и как крепится. Большинство вариантов сводится к основным схемам:

	шарнирно-опертая балка с равномерно приложенной нагрузкой
	с жесткой заделкой одного конца, сила распределена равномерно
	однопролетная с консолью с одной стороны, с дополнительной опорой, нагрузка равномерно распределена
	шарнирно-опертая, сила сосредоточенная
	шарнирно-опертая, с двумя приложенными силами
	консоль с жесткой заделкой, приложена сосредоточенная сила

Расчет нагрузки

Перед началом расчета нам необходимо узнать силы, действующие на двутавровую балку. В зависимости от продолжительности воздействия, силы могут быть временными или постоянные.
Давайте посмотрим, что это за силы в таблице ниже:

Собственная масса балки и перекрытия. В упрощенном варианте вес межэтажного перекрытия без цементной стяжки с учетом массы балки принимают равным 350 кг/м 2 , с цементной стяжкой – 500 кг/м 2

Зависят от назначения здания

Снеговые, зависят от климатических условий региона

Взрывные, сейсмические. Для балок, работающих в стандартных эксплуатационных условиях, не учитываются. В онлайн-калькуляторах обычно не учитываются

Выделяют два типа нагрузки:

1. Нормативные. Их устанавливают по строительным нормам и правилам;
2. Расчетные равны нормативной величине, умноженной на коэффициент надежности.

Давайте рассмотрим примеры.

При усилии менее 200 кг/м2 коэффициент обычно принимают равным 1,3, при более 200 кг/м2 – 1,2.

Шаг между балками принимают равным 1 м. В некоторых случаях, если это допустимо в конкретных эксплуатационных условиях, в целях экономии материалов я советую увеличивать шаг до 1,1 или 1,2 м.

При расчетах берите во внимание марку стали. Например, для использования в условиях высоких нагрузок и при минусовых температурах востребованы двутавровые балки, изготовленные из низколегированных сталей.

Способы выбора оптимального размера сечения профиля

Наиболее точным вариантом подбора номера и типа двутаврового профиля будет проведение профессиональных расчетов. Именно этот способ я использую при проектировании ответственных крупногабаритных объектов. Для обеспечения надежности строения рекомендую отдавать предпочтение профилю с большим номером.

Для примерного определения размера профиля можно воспользоваться таблицей соответствия номера двутавровой балки максимально допустимой нагрузке:

Подбор сечения двутавра – критерии выбора, правила и секреты

Балка двутавровая или просто двутавр – один из наиболее широко применяемых видов черного фасонного металлопроката. Главное его отличие – сечение в форме буквы «Н». Зачастую возникает необходимость выполнить подбор сечения двутавра. Как это сделать правильно? Читайте далее в нашей статье.

Начнем с общих параметров, чтобы определить основные критерии выбора сечения. Сначала нужно понять что такое двутавр и каковы его основные характеристики. Итак, двутавр это вид изделий, состоящий из двух полок и соединяющей их стенки. Стенку называют шейкой, полки располагаются параллельно друг другу. Именно шейка и полки образуют профиль сечения двутавра, о котором и идет речь. Думаем, понятно.

Несколько важных моментов влияющих на выбор сечения двутавра. Первый – материал изготовления и технология производства. Двутавр может изготавливаться из различных материалов, в статье поговорим о металлопрокате. Второй – технология производства, либо сварная, либо горячекатаная двутавровая балка. И третий – предназначение изделий (нагружаемые или ненагружаемые конструкции).

Подбор сечения двутавра – сортамент, ключевые моменты

Исходя из того что двутавр – две полки, соединенные шейкой, определяются размеры сечения по таким параметрам как:

• общая высота профиля (включая длину шейки и толщину двух полок);
• высота стенки двутавра;
• общая ширина каждой из полок;
• ширина одной части полки от шейки к краю, называется свесом;
• толщина шейки (стенки);
• толщина полки проката с гранями, расположенными параллельно;
• средняя толщина полки проката с уклоном внутренних граней;
• радиус закругления перехода от полки к стенке, он же радиус сопряжения, внутреннего закругления;
• радиус закругления полки (ее кромки).

Вот эти значения и определяют подбор сечения двутавра. Ряд из них указан в маркировке, об этом ниже.

Отметим один важный, ключевой момент. Выбор сечения двутавра напрямую зависит от государства, на территории которого будет применяться двутавровая балка.

Немного истории

Не нам судить, но на территории России возникла интересная, парадоксальная ситуация. Суть вопроса в том что двутавр по наклону внутренних граней подразделяется на две группы. Первая – с параллельными внутренними гранями. Вторая – с уклоном внутренних граней. Характеристики (площадь сечения, масса и другие) и эксплуатационные параметры, предназначение зачастую совершенно разные.

Во времена Советского Союза сортамент первой группы определял ГОСТ 26020-83. Сортамент второй группы устанавливался ГОСТ 8239-89 (еще ранее ГОСТ 8239-72). С мая 2018 года в России действует свой национальный стандарт – ГОСТ Р 57837-2017. Он определяет технические условия, а вот тут внимательно, для двутавра с параллельными гранями полок. И что вполне естественно, заменяет ГОСТ 26020-83. Приказ Росстандарта от 30.11.2018 N 1047-ст. Пункт первый четко указывает что ГОСТ 8239-89 заменен на ГОСТ Р 57837-2017.

В результате двутавр с уклоном внутренних граней в России оказался вне закона, нет такого и все. На рынке такой прокат есть, а использовать в строительстве официально нельзя. Других ГОСТов для двутавра с уклоном внутренних граней в России нет. Если не считать специальный прокат (ГОСТ 19428-74) и изделия из цветного проката. Но ГОСТ Р 57837-2017 – это российский национальный стандарт. В ряде государств СНГ ГОСТ 26020-83 и ГОСТ 8239-89 действуют.

Выбор сечения двутавра – основные расчеты

Помимо сортамента, о нем поговорим детальнее далее, выбор сечения двутавра должен основываться на расчетах. Тут два важных определяющих критерия. Первый – действующие СНиП. Второй – такая наука как «Сопротивление материалов», сокращенно сопромат. Сечение двутавра рассчитывается исходя из его предназначения и предполагаемых статических и динамических нагрузок. То есть тех нагрузок, которые будут воздействовать на конструкцию. Учитывается развитие пластических деформаций в наиболее нагруженном сечении. Лекцию по сопромату читать не будем. Остановимся на основных моментах.

Величина сопротивления

Сечение двутавра зависит от величины нужного момента его сопротивления. Многое находится в зависимости от марки стали, ее расчетного сопротивления и корректирующего коэффициента. Рассчитываются такие параметры как:

• высота сечения, в зависимости от пролета балки, условий наименьшего расхода стали, обеспечения требуемой жесткости;
• толщина стенки;
• геометрические характеристики сечения, исходя из момента сопротивления и момента инерции.

Толщина стенки

Под обеспечением требуемой жесткости следует понимать расчеты с учетом полного использования несущей способности материала. Отталкиваться надо от условий обеспечения предельного прогиба. Толщина стенки рассчитывается с использованием различных методик, включая:

• эмпирическую формулу;
• исходя из условий прочности шейки на срез;
• исходя из условий обеспечения местной устойчивости шейки, без укрепления ее дополнительным продольным ребром жесткости.

Обязательно нужно выполнять проверку сечения двутавра. Наиболее важно на прочность по нормальным напряжениям, возникающим в поперечном сечении балки, и на жесткость. Инженерного образования нет, сопромат – темный лес, требуется выбрать сечение двутавра для несущих, нагружаемых конструкций? Воспользуйтесь услугами квалифицированного инженера или специальным программным обеспечением, введя все исходные данные. Если конструкции ненагружаемые, то при выборе сечения двутавра расчет нагрузок не так критичен.

Сортамент и сечение двутавра – ГОСТ Р 57837-2017

Не будем затрагивать тему двутавра с уклоном внутренних граней полок. Раз уж так повелось на Руси использовать только ГОСТ Р 57837-2017, пусть будет ГОСТ Р 57837-2017. Отметим лишь одно. В прайсах помимо него могут быть указаны все те же ГОСТ 26020-83 и ГОСТ 8239-89. Ах да, есть еще и СТО АСЧМ 20-93, на него тоже ссылаются. Но он отменен на основании информационного письма ТК375/ГР-57837 от 11.04.2018 года.

Разговор у нас пойдет о выборе сечения для горячекатаного двутавра с параллельными гранями полок. Возьмем за основу сортамент этого вида фасонного черного металлопроката. Но прежде о маркировке двутавра. Она состоит из букв и цифр. Первая цифра обозначает высоту профиля в сантиметрах. Этот параметр называется номером, цифра от 10 до 100. Следом идет буква. Она указывает на тип в зависимости от условий работы и соотношение размеров. Именно соотношение размеров в полной мере влияет на сечение двутавра. Оттого на типах двутавра остановимся детальнее далее. И еще в маркировке встречается цифра после буквы. Она указывает на профилеразмер в данной серии (по толщине стенки и полки). Это тоже влияет на сечение.

В качестве примера маркировки 12Б1. Двутавр высотой 12 сантиметров, балочный нормальный, первого профилеразмера.

Какие существуют типы двутавра

О профилеразмерах, соотношении толщины полки и балки, говорить не будем. Это очень важный параметр при выборе сечения двутавра. Но у одного производителя их бывает до 200 и постоянно количество растет. Все зависит от настроек и характеристик прокатного стана. Описать все в рамках одной статьи невозможно. Это каталожные данные, причем по каждому металлургическому предприятию в отдельности.

Теперь о типе двутавра и характерных особенностях сечения. Он делится на несколько групп:

• балочный (о нем ниже);
• колонный, характерная черта сечения – высота равна или близка ширине полок, толщина полок увеличенная;
• свайный, сечение с высотой равной или близкой ширине полок, толщина стенки и полки равны.

Теперь о балочном типе двутавра, их два. Первый – нормальный. Характерная черта сечения – ширина полок меньше чем высота профиля. Толщина стенок минимальная. Второй – широкополочный, с увеличенной шириной полок.

Выбор сечения двутавра – другие виды изделий

Подбор сечения профиля для специального горячекатаного профиля будет отличаться. Во многом это определяется уклоном внутренних граней полок. ГОСТ 19425-74 еще ГОСТом Р 57837-2017 заменить гениальная мысль не пришла в головы (шутка). Если кратко, то существует два основных вида специальной двутавровой балки. Первый – М (подвесная, монорельсовая). Соотношение основания двутавра к ширине полок примерно 2/1 или 3/1. С – для армирования стволов шахт. Сечение отличается значительным уклоном внутренних граней полок.

Обращайте внимание что все еще есть на рынке и двутавровая балка У. Буква указывает на то что это узкополочный прокат. Характерная черта сечения – узкие полки.

И последний тип горячекатаного двутавра – Д. Это обозначает дополнительный. По ГОСТ Р 57837-2017 маркируется как ДК и ДБ. Изготавливается по требованиям заказчика. Какое нужно сечение, такое и сделают под заказ. Особенно актуально когда стоит сложная, нетривиальная инженерная задача при проектировании уникальных металлоконструкций. Среди характерных черт сечения – ширина полки. Она меньше чем ширина полки у широкополочного двутавра. Но при этом ширина полки двутавра Д меньше чем ширина полки у двутавра нормального типа. Хотя бывают и исключения.

Подводя итог скажем так. Подбор сечения двутавра определяется сложными расчетами. Форма профиля зависит от основных параметров проката и определяет его тип. Иногда характеристики типа определяют вид сечения. С особой тщательностью надо выполнять выбор сечения двутавра для нагруженных конструкций. Остались вопросы? Требуется двутавровая балка? Обращайтесь!

Двутавровые балки: почему это надёжно

Возведение многоквартирных и частных домов, промышленных зданий, мостов и прочих конструкций требует применения качественной арматуры. Благодаря ней укрепляются перекрытия и балки, армируются опоры. Производители предлагают большой выбор металлических конструкций для строительства. Разные виды конструкций отличаются по назначению, размерам и прочности. Одним из самых прочных изделий считаются двутавровые балки. Они используются при строительстве даже крупных сооружений, поскольку справляются даже с очень большими нагрузками.

Особенности

Двутавровая балка — это металлическое изделие, которое имеет сечение в форме буквы «Н». Для изготовления продукции используют разные марки стали — как правило, низколегированную или углеродистую, в зависимости от того, каково назначение будущего изделия.

Двутавр применяется в промышленном и гражданском строительстве. С ее использованием армируют:

● межэтажные перекрытия в многоквартирных домах;

● стальные фермы для гражданских и промышленных зданий;

● мосты и прочие объекты, возводимые на прочном стальном каркасе.

Также такая балка используется при создании надежных крановых эстакад, монорельсовых дорог и мачт.

Преимущества

Главные преимущества продукции — ее прочность. Это связано с формой сечения изделий, поскольку оно, имея вид буквы «Н», существенно повышает жесткость всей конструкции. Если сравнивать двутавр и обычную квадратную балку, первая будет существенно прочнее и жестче. Показатель прочности у продукции даже больше, чем у швеллера. Это объясняет, почему двутавровые балки — это надежно.

Высокая прочность связана с тем, как распределяется механическая нагрузка на конструкцию. При сечении в виде буквы «Н» она равномерно распределяется на всю длину балки, а не концентрируется в каких-либо точках. Поэтому при использовании такой продукции исключается риск быстрого износа или разрушения стального каркаса. Следовательно, двутавр можно использовать при возведении даже крайне массивных объектов, которые подвергаются огромным нагрузкам. Главное — правильно выбрать размеры продукции.

Кроме прочности, стоит рассмотреть и прочие преимущества применения таких изделий. Основными считаются:

● экономичность. Благодаря своей жесткости двутавр позволяет надежно армировать даже крупные объекты, при этом вспомогательных металлических изделий использовать не потребуется. При выборе армирующего профиля другого типа пришлось бы закупать его в значительно большем количестве, иначе конструкция не имела бы должной устойчивости к разрушениям. При использовании двутавра необходимости в этом нет, поэтому можно существенно сэкономить;

● небольшой вес. Сечение в виде буквы «Н» позволяет снизить массу готовой продукции, при этом ее прочность и жесткость возрастают даже по сравнению с квадратными изделиями;

● устойчивость к сжатию и изгибу. Благодаря таким преимуществам двутавровые балки отлично справляются с колебаниями и могут использоваться при возведении, например, мостов;

● возможность установки с помощью сварки. Это значительно увеличивает скорость работ и сокращает сроки сдачи готового объекта;

● постоянство характеристик. Поскольку жесткость конструкции обусловливается его формой, любые изменения не приводят к снижению прочности каркаса и тем более разрушению конструкции;

● удобство транспортировки. Для перевозки более массивных изделий пришлось бы арендовать сразу несколько транспортных средств, а в случае с двутавром необходимости в этом нет. Такая форма изделий позволяет компактно их укладывать, а малый вес не приведет к перегрузке.

Балка двутавровая может быть разного назначения. В зависимости от сферы применения, она обладает теми или иными характеристиками. Например, продукция производится как с параллельными, так и с наклонными полками. В первом случае речь идет об обычном изделии, а во втором — о специальном. Изделия с параллельными полками имеют маркировку «У», «Ш», «Д» или «К». Ее обозначения:

● «У» — с узкими полками;

● «Ш» — с широкими полками, выдерживающими большие нагрузки;

● «Д» — со средними полками;

● «К» — продукция, которая используется для сооружения колонн. Такие балки имеют большой вес и отличаются самой высокой степенью прочности.

Двутавр с наклонными полками также может быть разного назначения в зависимости от угла наклона и площади сечения. Он маркируется буквами «М» или «С». Двутавр с маркировкой «М» предназначен преимущественно для возведения подвесных путей. Угол наклона ее граней не должен быть больше 12%.

Балки с маркировкой «С» применяют для укрепления стволов шахт. У таких моделей угол наклона внутренних граней может достигать 16%. Коэффициенты 12% и 16% — это наибольшие показатели для угла продукции. Они не могут быть превышены в процессе изготовления, иначе продукция будет считаться браком.

Кроме ширины полок и угла их наклона, балка двутавровая отличается и по степени точности. Такой показатель характеризует допустимые отклонения от размеров в процессе прокатки. Степень точности маркируется буквами «В» или «Б». Если на балке указана маркировка «В», значит, она имеет обычную точность изготовления. «Б» говорит о повышенной точности. Изделия подходят даже для сложных задач, которые требуют отсутствия самых мелких погрешностей. При ее производстве крайне важно соблюдать допустимые показатели прогиба стенки, притупления наружных кромок, а также кривизны самой балки.

В госстандарте указываются следующие критерии точности:

● допустимый прогиб стенки — не более 0,15;

● притупление наружных кромок — не более 2,2 мм (для категории «Б», а также для обычных балок этот показатель не имеет значения);

● кривизна — не больше 0,2% от длины.

Точность соблюдения прочих характеристик (высоты, а также ширины, толщины и перекоса полки) зависит от категории изделия («В» или «Б»), его размеров. Все эти коэффициенты указываются в таблице в ГОСТ.

Размеры и вес

При изготовлении двутавра обязательно учитываются требования ГОСТ 8239-89, которые устанавливают регулируются размеры продукции. В готовом изделии взаимосвязаны такие параметры:

площадь поперечного сечения;

● радиусы внутреннего закругления;

● угол наклона внутренних граней;

● радиус закругления полки;

Величина всех этих характеристик не может быть изменена больше, чем это допускается госстандартом. Важно соблюдать при изготовлении абсолютно все перечисленные размеры, поскольку изменение даже одной характеристики приведет к тому, что прочность двутавровой балки снизится. Из-за этого использовать ее в строительных работах уже не получится, ведь он не обеспечит должной надежности и прочности. Гарантировать, сломается ли изделие при определенных нагрузках, никто не сможет, поэтому высок риск, что дом или другой объект разрушатся.

При изготовлении по индивидуальному заказу возможно изменение характеристик, однако оно должно быть пропорциональным, т.е. изменятся и другие параметры. Расчеты производятся инженерами в таком случае индивидуально.