Двутавр — это металлическая балка с «Н»-образным сечением. Обладает великолепными прочностными характеристиками при сравнительно небольшом весе.
Горячекатаная двутавровая балка отличается от сварной. Если взять вариант со сварочными соединениями там, где требуется горячекатаная, то конструкция получится слабее расчетной. Или наоборот, покупка горячекатаной двутавровой балки для простой задачи — это лишние траты без необходимости.
Двутавр — это Н-образный металлопрофиль. Такая геометрия обеспечивает максимальную надежность при оптимальном расходе металла. Является основой прочного металлокаркаса.
Представьте брус с профилем квадрат. Под давлением его верхние волокна сжимаются, а нижние растягиваются. Середина бруса почти не задействована. Она только увеличивает вес.
У двутавра нет этого балласта. Основное количество металла располагается там, где появляются главные напряжения. Полки принимают на себя сжимающие и растягивающие усилия. Стенка противится сдвигу.
Лишнего металла нет, а прочность есть. Именно такое рациональное распределение материала, легкость делает Н-образный металлопрокат намного выгоднее сплошного прямоугольника.
Любую балку можно представить как рычаг. Приложенная сила стремится ее изогнуть. Н-образная форма активно сопротивляется нагрузке Способность сопротивляться сгибанию носит название «Момент сопротивления».
У Н-образной балки эта характеристика намного выраженнее, чем у четырехугольного бруса с той же площадью. При равном весе она держит нагрузку в несколько крат лучше, а при одинаковой нагрузке весит заметно легче.
Эти 3 разновидности металлопроката иногда путают.
П-образный элемент похож на «П». У него нет второй перемычки. Поэтому он хуже сопротивляется прогибу в вертикальной оси спинки. Зато его удобно прикреплять к различным конструкциям.
Замкнутый квадратный металлопрофиль одинаково устойчив к нагрузкам в любом направлении. Но за эту универсальность приходится платить избыточным расходом материала.
Двутавр обеспечивает предельную стойкость при прогибе в главной оси.
Выбор металлопроката зависит от условий применения. Если усилие направлено строго сверху, двутавр — идеальный выбор.
Двутавровую балку «Н» придумали в середине 19 века. В 1849 году английский инженер Генри Грей получил патент на первый двутавр. До него мосты и крыши собирали из клепаных прямоугольных труб.
Грей понял, что середина почти не напряжена. Нет смысла тратить материал там, где он не востребован. Так появилась первая двутавровая балка.
С тех пор прошло почти 150 л. Появились лазеры, роботы. Но форма «Н» не изменилась. Законы механики не стареют. То, что выгодно и логично, не требует переизобретения.
Двутавр востребован там, где требуется прочная и легкая опора.
Цельный прокат категорий «Б» или «Ш» служат стойками и горизонтальными разделителями этажей. Категория «Б» рассчитана на обычные нагрузки. «Ш» лучше держит направленную вниз силу за счет увеличенной ширины перемычек.
При пролете свыше 12 м. место сваривания становится уязвимой точкой. Цельный металлопрокат устойчив к усталости материала.
Такие сооружения воспринимают колебания и интенсивное движение. Для автомобильных и железнодорожных путей есть особые двутавровые балки с обозначением «М» с усиленной перегородкой.
Это исполнение имеет добавочные жесткие ребра. Подобная геометрическая конфигурация гасит толчки от проходящей электрички или потока машин.
Речь об эстакадах и подкрановых путях. Вам потребуется группа с обозначением «К». Это стоечный тип с очень толстыми поперечинами. При движении крана груз раскачивается, создаются е рывки. Стандартный прокат быстро устанет и треснет. Завод изготавливает группу «К» такой, чтобы она выдерживала удары, циклические перегрузки. Ее стык, где такой элемент встречается с перегородкой, сделан плавной дугой без острых углов.
На подземные конструкции дополнительно действуют давление грунта и подвижки породы. В тоннеле, где присутствуют своды и подпорные элементы, она противостоит в основном сжиманию вдоль оси, хотя частично может испытывать и изгибающие воздействия. Для такой задачи важно, чтобы оба поперечных элемента были одинаково прочными.
Пролеты коттеджей и таунхаусов двутавры редко бывают длиннее 12 м. Для таких строений можно взять сварочное исполнение. Оно дешевле цельного проката. При статической нагрузке, к примеру, от мебели, людей или снега на крыше, такого соединения хватает с запасом.
А вот колебания или удары двутавр, изготовленный сварным методом, переносит хуже. В частном доме таких нагрузок нет.
Станины станков, рамы грузовиков, направляющие для подвижных частей. Здесь в основном берут цельный прокат категории «Б», но с небольшими габаритами. Такая балка слабо противится скручиванию. Поэтому когда проектируют станок, двутавр ставят так, чтобы основная сила шла сверху. Либо вы добавите усиливающие накладки. Популярны 10, 12 и 14. Они компактны и при этом жестки.
Для открытой, ветреной местности — широкая двутавровая балка с одинаковыми перемычками. Порывы могут дуть с любой стороны. Если перемычки разные, балка прогнется в слабом направлении.
Двутавр «Ш» обеспечивает одинаковое сопротивляемость в обе стороны. Такие мачты не падают при урагане. Их не скручивает при обледенении. Это вопрос безопасности линий электропередачи.
Чтобы правильно подобрать двутавр, недостаточно знать его габариты. Балки двутаврового сечения делятся по способу производства, особенностям конструкции, точности и марке стали.
Здесь возможны следующие 3 версии:
Горячекатаный двутавр. Производится методом прокатки при определенной t без сваривания. Такой материал хорошо выдерживает вибрацию, не боится нестандартных ударов.
Сварной. Получают из листа. Заготовку режут специальным оборудованием и сваривают. На участке термического влияния структура двутавра меняется. Прочность уменьшается.
Холоднокатаный. Гнутый двутавр изготавливается без сварки. Листовой прокат сгибают на станке. У такого сортамента отсутствуют территории термического влияния, но остаточные напряжения от гибки снижают прочность.
| Признак | Горячекатаный | Гнутый, сварочный |
|---|---|---|
| Прочность | Отличная | Есть участки термического влияния |
| Точность | Стабильный | Возможны «лодочки» и непрямолинейность |
| Цена | Дороже на 20-30% | Дешевле |
| Когда брать? | Ответственные конструкции, вибрация | Каркас под гипсокартон, временные сооружения. |
В России действуют стандарты ГОСТ Р 57837-2017 и СТО АСЧМ 20-93. Они выделяют четыре основные категории:
Благодаря этому на такие балки можно надежно крепить рельсы. Сами балки служат опорой для путей, выдерживают тяжелые нагрузки — к примеру, от движущихся мостовых кранов или поездов.
Раньше на территории СССР и в России действовал ГОСТ 8239-89. Он включал только двутавры с уклоном внутренних граней — букв в нем не было — ни Б, ни Ш. В этом старом стандарте число совпадало с его h, к примеру, номер 10 означал 100 мм.
В новых стандартах, например, ГОСТ 26020-83, ГОСТ Р 57837-2017 к числовому значению добавили буквенное. 20Б — нормальный, 30Ш — широкополочный и т.д. Старые обозначения без сверки с новыми нормами лучше не использовать.
Различают 2 класса.
Разница может доходить до нескольких мм по h. Для ответственных узлов с плотной подгонкой деталей лучше брать продукцию класса А. Если взять класс В, то зазоры между деталями окажутся больше.
Это ослабит соединение и потребует подкладок. Для рядового строительства без жестких требований к геометрии хватит класса В.
Марка стали определяет, как поведёт себя балка на морозе или во влажной среде. Наиболее популярная — обычная конструкционная С255 и С 345. Она применяется для большинства зданий внутри страны.
Для регионов с холодным климатом применяют низколегированные марки. Они сохраняют вязкость при температуре до - 40 градусов. Некоторые марки прекрасно себя зарекомендовали и при более сильном морозе.
Для возведения инженерных конструкций на открытом воздухе у воды или в химическом цехе, необходима коррозионностойкая, нержавеющая сталь. Она дороже, зато не требует постоянной покраски поверхности и ремонта.
Подбор материала напрямую влияет на срок службы. Обыкновенный, углеродистый двутавр проржавеет или треснет на морозе за несколько лет. Придется менять конструкцию, а это обойдётся дороже, чем покупка материала необходимого качества с начала.
Покупатели запрашивают массу одного погонного метра балки чаще прочих параметров. Эту величину называют линейной плотностью. Она используется для 2 расчетов.
Возьмём для примера «двутавр 20Б1». Его погонный метр весит 22,4 килограмма. Этого достаточно для быстрой сметы.
Момент сопротивления отражает прочность металлоизделия на изгибание. Различают 2 показателя.
Радиус инерции используют для расчета гибкости колонны. Большая величина радиуса говорит о высокой жесткости стержня. Такой стержень реже теряет устойчивость при продольном сжимании. Радиус инерции описывает распределение площади сечения относительно центра тяжести.
Двутавр 10Б1 — h100 мм. Ширина его полки — 55 мм. 1 пог.м. весит 8,1 кг. Момент сопротивления (МС) равен 34,2 куб. см. Этой балки хватит для пролета до 2,5 м. в хозяйственной постройке или гараже при отсутствии тяжелой кровли.
Двутавр 12Б1 — h 117,6 мм. при 8,7 кг/м. Подходит для легких каркасов, конструкций, навесов и внутридомовых антресолей.
Двутавр 20Б1 достигает 200 мм. 1 м. весит 22,4 кг. МС равен 194,3 куб.см. Строители используют эту балку для перекрытия 4 м. с опорой на 2 конструкции.
«Двутавр 30Б1» — 296 мм. и вес 32,9 кг/м. Показатель Wx достигает 427 куб.см. Хорошо держит нагрузку в производственных цехах и складских помещениях без установки дополнительных конструкций.
«Двутавр 40Б2» отличается усиленной стенкой толщиной 7,5 мм. Масса 1 пог.м. составляет 54,7 кг. МС доходит до 935,7 куб. см. Эту балку применяют под серьезными нагрузками, например от мостовых кранов или промышленных эстакад.
Маркировка «двутавр 35Б1» читается за 3 секунды.
«35» означает h 350 мм. Этот габарит определяет несущую способность балки. Чем выше цифра, тем большую нагрузку выдержит конструкция.
«Б» значит нормальная балочная серия. Это ходовой тип для перекрытий. Есть и другие буквы. «Ш» означает широкополочный двутавр. «К» указывает на колонную балку с усиленной стенкой. «М» обозначает монорельс.
«1» в конце указывает на типоразмер внутри одной высоты. Чем больше значение, тем толще стенка и полки. Сравните «20Б1» и «20Б2». Второй вариант тяжелее и прочнее. Для ответственных узлов выбирайте большее значение.
Теперь о сложных примерах. «25Ш1» читается так. 25 — это 250 мм. «Ш» — это широкая полка. 1 — это базовая толщина. Такая конструкция дает большую поперечную жесткость при той же высоте.
«40К2» означает колонный профиль h 400 мм со второй толщиной стенки. «2» говорит об усилении. Эти балки работают на сжатие. Они не гнутся, зато держат вес вышележащих этажей.
«30М3» расшифровывается как монорельс высотой 300 мм с максимальной толщиной элементов. Цифра «3» указывает на самую мощную стенку и самые широкие полки в серии. Такие изделия нужны для подвесных путей и талей.
Рассчитайте нагрузку. Инженеры различают 3 разновидности нагрузки.
Для каждого типа существует свой запас прочности. При сплошном давлении допустимо взять профиль на 10–15 процентов легче. Точечная вынуждает укреплять конструкцию в месте приложения силы. Динамическая требует увеличить сечение минимум на треть.
Выберите тип производства. Горячий прокат подходит для несущих конструкций и перекрытий. Этот метод дает однородную структуру металла без внутренних напряжений.
Сварной профиль стоит применять только для легких каркасов. При сварке возникает зона термического влияния. Она снижает прочность в месте соединения кромок. Для ответственных узлов сварная балка не применяется.
Проверьте геометрию. У горячекатаного изделия ГОСТ допускает строго определенные изгибы.
У сварного возможны 3 типа:
Каждое такое отклонение делает балку непригодной для точного монтажа.
Уточните марку стали. Для теплого региона — С255. Она остается вязкой до минус 30 градусов. При температуре -40 градусов нужна 09Г2С.
В её составе есть легирующие элементы, которые повышают вязкость. При отрицательной температуре обычная сталь становится хрупкой. Балка может треснуть без внешней причины. Легированная сохраняет пластичность даже в сильный холод.
Запросите сертификат. Без этого документа промышленная экспертиза не примет объект. Сертификат содержит три ключевых пункта. В нём указан реальный химический состав сплава.
Там же приведены результаты механических испытаний. В нём также есть номер плавки. По этому номеру можно найти заводской протокол испытаний.
У такой двутавровой балки есть швы, которые остаются самым слабым местом. Горячекатаный двутавр не имеет шва. Его структура однородна от края до края. Для динамических нагрузок можно подобрать именно такой вариант.
Одна компания заложила неоцинкованный двутавр внутрь кирпичной кладки. Внутри оказалась точка росы. Это участок, где выпадает конденсат. За три года ржавчина съела треть толщины двутавровой балки.
В стене появилась трещина. Пришлось вскрывать кладку, менять металлопрофиль и покрывать заново грунтом и краской. Если двутавровую балку закладывают внутрь стены, то она должна быть оцинкованной или окрашенной по ГОСТ 9.402 второй степени. Экономия в десять тысяч рублей обернулась потерей трехсот тысяч рублей.
Wy в десять раз меньше, чем Wx. Один частный застройщик установил двутавр полками вбок, чтобы спрятать его в узкой перегородке. Через полгода потолок над этой балкой прогнулся на пять сантиметров.
Прочность снизилась в 5 р. Балка изгибалась под нагрузкой как гибкая полоса, а не как жёсткая конструкция. Правило простое. Грани должны быть направлены вверх и вниз. Только так двутавр выдерживает нагрузку без потери прочности.
Монтажники часто сверлят отверстия для кабельных каналов прямо в стенке двутавра. Одно маленькое отверстие снижает несущую способность на 20%. Три отверстия рядом могут снизить ее наполовину. Все отверстия намечают на стадии проекта и усиливать их дополнительными ребрами жесткости. Сверлить без проекта на объекте нельзя.
Эти четыре ошибки встречаются достаточно часто. Каждая из них ведёт к потерям денег, времени или угрозе безопасности.
Когда встает вопрос об усилении конструкции, проектировщик рассматривает несколько различных видов металлопроката. Двутавр, швеллер, прямоугольная труба и ферма из уголка обладают разными свойствами.
| Параметр | Двутавр | Швеллер | Квадратная труба | Ферма из уголка |
|---|---|---|---|---|
| Стойкость к изгибающим действиям | Высокая | В 3–4 раза ниже, чем у двутавра | Средняя, близка к двутавровой балке | Достаточная при расчетной решётке |
| Простота монтажа | Удобно крепить, есть ровные плоскости для плит | Сложнее, чем двутавр, из-за узких граней | Требуется приваривать по всему периметру | Есть свариваемые узлы, требуется квалификация |
| Устойчивость к скручиванию | Невысокая без дополнительных опор | Невысокая | Достаточная, благодаря замкнутому сечению | Средняя |
| Цена за тонну | Минимальная | Превышает на 5–10% | Превышает на 15-20% | Превосходит на 40-40% |
Двутавровая балка используется для конструкций, которые противостоят изгибу. Ни один другой прокат не сравнится с ней по надежности при том же расходе металла.
При подборе учитывайте:
Двутавр ценят за сочетание легкости и надежности. Подбирают в зависимости от назначения. Мы осуществляем продажи качественного металлопроката от известных производителей. Позвоните нам. Наши менеджеры предоставят полную, правильную информацию, ответят на все вопросы. Отгрузка заказов со склада производится в минимальные сроки. Возможен самовывоз.
