Стальной двутавр – один из самых распространенных типов металлических прокатных изделий. Он широко применяется в строительстве, к примеру, при обустройстве разного рода опорных конструкций, и выдерживает большие нагрузки, чем швеллер и уголок. Чтобы правильно выбрать продукцию, нужно изучить сортамент двутавров и уметь производить расчет нагрузок.
Понятие двутавра
Двутавр представляет собой тип металлопроката, с сечением, похожим на повернутую букву «Н». Верхняя и нижняя плоскости могут быть полностью горизонтальными и параллельными друг другу либо иметь слабовыраженный уклон. Такое строение позволяет повысить жесткость конструкций, в которых используются изделия. Работать с прокатом несложно, но для этого нужно владеть навыками сварки. По оси Х двутавр имеет высокую жесткость, но так как полки довольно узкие, он не особенно устойчив относительно оси Y.
В соответствии с ГОСТ, изделия изготавливают из углеродистых и низколегированных сталей. Производят их и из алюминия – такие профили приобретают, когда для конструкции важен небольшой вес.
Стандартами регламентируется ряд характеристик проката: к примеру, прогибы стенок не должны превышать 0,14 S, а максимальная разрешенная балочная кривизна – 0,2%.
При приобретении материала рекомендуется изучить сертификаты и иные прилагающиеся документы, чтобы оценить, подходит ли он для поставленных задач.
Выделяется 2 способа производства этого материала:
- Горячекатаные делаются из стальных слитков посредством протяжки нагретых заготовок через станок с валиком. Наклон внутренних граней полок у таких изделий не должен превышать 10%.
- Сварное изделие изготавливают из нескольких отрезков листа металла. Ручной труд при этом используется по минимуму, основные процессы обеспечиваются автоматизированными линиями.
Производство горячекатаных изделий быстрее, чем сварных. Еще один их плюс – нет сварочных швов, что минимизирует вероятность коррозии. Несущие качества хороши у обоих типов материала. Благодаря легкости изделия легко монтируются. Полки распределяют нагрузку так, чтобы свести к минимуму риск перекоса.
В малоэтажном строительстве используется и деревянный двутавр. Это комбинированное изделие, состоящее из массива и отрезков плит OSB. Используют его в роли несущих в системах стропил и для обустройства подкровельных помещений.
Классификация и сфера применения
По точности прокатки двутавр подразделяется на обычный (обозначается литерой Б) и с высоким значением параметра (буква А).
По целевому назначению и особенностям строения профили бывают нескольких типов:
- Нормальные двутавры – высота превосходит ширину полок. Их можно использовать во всех основных сферах применения данного профиля.
- Колонные двутавры, применяющиеся в роли вертикальных опорных элементов при возведении многоэтажных сооружений. Полки у них параллельны друг другу и имеют повышенную толщину.
- Широкополочные двутавры предназначены для конструкций, работающих в первую очередь на изгиб: мостовых сооружений, лестничных пролетов, перекрытий. Переменное сечение повышает несущие качества металлоконструкции на всем протяжении. Использование таких изделий также помогают сэкономить (расходы при производстве ниже). Приобретая продукцию, важно учитывать толщину полки.
- Профили для подвесных путей, к которым предъявляются специальные требования. Наклон внутренних граней у них не должен превышать 12%. Такие изделия востребованы при обустройстве некоторых промышленных предприятий. Профиль у них может иметь высоту 0,25-0,45 м.
- Свайные профили, обладающие повышенной несущей способностью. Используют их для компонентов сооружений, работающих на сжатие (иногда в комбинации с изгибом) и растяжение.
Двутавровые конструкции широко применяются в разных сферах строительства:
- возведение и реконструкция зданий
- опорные элементы мостовых конструкций и эстакад;
- подкрановые балки в промышленных и складских помещениях;
- при обустройстве проходов шахт как усиливающий компонент;
- при создании кровель;
- пролетные балки в зданиях любого назначения;
- для ограничения котлована при фундаментных работах;
- для крепления перекрытий.
Сортамент по ГОСТ
Действующие ГОСТы на двутавр предусматривают определенную маркировку. В стандартах прописывается масса изделия в зависимости от его линейных габаритов.
ГОСТ Р57837-2017 регламентирует размеры двутавра следующих видов:
- балочного,
- колонного,
- свайного,
- широкополочного.
Первые две разновидности представлены в двух формах – обычной и дополнительной. Согласно этому стандарту, балочные двутавры могут иметь высоту от 10 до 71 см и ширину полки от 5,5 до 26,2 см. Толщина вертикальной части – от 4 до 17 мм, полки – от 5,1 до 25 мм. Вес двутавра этой марки варьируется от 8,1 до 194,8 кг на погонный метр. Масса изделия, а также максимальная разрешенная нагрузка на него зависят от габаритов. Самое компактное среди балочных изделий имеет маркировку 10Б1 и высоту 10 см. Его масса равна 10 кг, а максимальная нагрузка на сечение – 16,512 тонн.
Высота колонных двутавров – от 14,7 до 66,8 см, ширина полки – от 14,9 до 43,5 см, ее толщина – 15-43,5 мм. Минимальный вес метра такого изделия – 26,8 кг (это двутавр 15К1 с нагрузкой на сечение 54,762 тонн).
Изучив включенную в Госстандарт таблицу веса двутавра разных марок, можно подобрать вариант, подходящий под конкретную задачу.
ГОСТ 26020-83 рассматривает те же типы изделий за исключением свайного. Дополнительные варианты предусмотрены для балочного и широкополочного профиля. При рассмотрении числовых значений обнаруживаются некоторые отличия от предыдущего стандарта: к примеру, данный ГОСТ включает в себя крупногабаритные балочные изделия, габариты которых выходят за рамки ГОСТа 2017 года (высота до 101,3 см, масса метра до 314,5 кг).
Существует также разновидность двутавровых профилей с наклоном внутренних полочных граней в 6-12%. Ее изготовление регламентирует ГОСТ 8239-89. Скругление на стыке со стенкой увеличивает прочность изделия. Это один из наиболее востребованных видов такого профиля.
Степень жесткости двутавра определяется формой и габаритами сечения. Влияют на нее такие характеристики:
- ширина полки;
- высота профиля;
- радиус закругления полочной кромки;
- толщина средней вертикальной части и полки;
- моменты сопротивления и инерции.
Предпочтительные параметры двутавра зависят от особенностей конкретного строения. Учитываются следующие характеристики:
- дистанция между концами опор;
- вид нагрузки и ее значение;
- материал, из которого сделаны балочные элементы;
- распределение усилия (сфокусировано в одной точке, равномерно распределено по поверхности и т.д.).
Расчет двутавровых балок
Одна из важных характеристик, которую нужно учитывать – тип фиксации балки в сочетании с распределением на него нагрузки. Наиболее распространены следующие типы:
- шарнирно-опертые конструкции – нагрузка при этом может распределяться равномерно, или быть сосредоточенной в одной или двух областях;
- вариант с жесткой заделкой одного из концов и равномерным распределением нагрузки;
- вариант с одним пролетом, односторонней консолью, добавочной опорой и равномерным распределением силы;
- жестко заделанная консоль с сфокусированной в одной точке нагрузкой.
Необходимо также вычислить суммарную нагрузку, действующую на здание. В нее входят составляющие нескольких типов. Постоянную нагрузку (в случае с обычной межэтажной балкой в жилом доме) создают масса самого элемента, перекрытия и цементной стяжки, переменную – к примеру, снег и предметы мебели. Посчитав общую сумму, ее умножают на коэффициент надежности (он зависит от типа двутавра и чаще всего равен 1,2 ил 1,3). Получившееся значение и нужно использовать в дальнейшем.
Для подбора размера профиля можно использовать таблицу, в которой приводятся рекомендуемые номера балок в зависимости от суммарной нагрузки, длины пролета и шага. К примеру, при давлении 300 кг/м² и трехметровом пролете с шагом в 1 м можно взять профиль №10. Для больших значений нагрузки и длины номер двутавра также будет больше.
Еще один способ – подобрать момент сопротивления по табличному значению, основываясь на суммарной массе, помноженной на коэффициент надежности. По его значению можно определить и рекомендуемый номер профиля по сортаменту. Для надежности лучше взять двутавр на 2 номера больше получившегося.
