Размеры и вес двутавровых балок

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.