Двутавр: виды, производство и применение

Сопромат

Двутавр – это изделие из металла, имеющее особый профиль. Его производят из углеродистых и низколегированных марок сталей. Сфера распространения этого металлического проката огромна. Но чаще всего его можно видеть на строительной площадке, судостроении и мостостроении. Из него делают балки для потолочного перекрытия и используют там, где конструкции необходимо придать жесткость.

Статья про двутавры, в которой рассказывается о видах двутавровых профилей, способах производства, и применении в различных областях.

Виды и сфера использования

Иногда, описываемое металлическое изделие называют двутавровым швеллером. Но это не совсем правильно. Дело в том, что швеллер имеет П-образную форму. Тогда как у двутавра форма напоминает букву – Н. Такое изделие в разрезе похоже на два швеллера, скрепленные между собой.

ВАЖНО: Т-образный профиль называется тавром. Так как это изделие имеет Н-профиль, то есть две Т, то его называют двутавром.

Изготавливают такой вид проката двумя способами. Самым распространенным является горячекатаный способ. Придание необходимой формы производится на специальных станах. Через которые пропускают разогретую до нужной температуры заготовку. А также такие элементы металлоконструкций изготавливаются сварным способом.

Достоинствами горячекатаного проката являются быстрота производства и получение изделия без сварочных швов. Такие строительные детали устойчивы к различным воздействиям и их можно использовать без дополнительных ребер жесткости и других подобных конструктивных элементов.

С помощью такого вида проката решается сразу несколько проблем, возникающих во время строительства. Главным преимуществом является то, что форма этого профиля позволяет снизить массу конструкции. При этом прочность не только не уменьшиться, но и, напротив, станет больше. Если сравнить двутавр и классическую металлическую балку, то первый в прочности значительно выигрывает.

Двутавры обладают большой несущей способностью и при небольшом удельном весе. Их полки распределяют нагрузку и снижают риск перекашивания конструкции. Перекрытия, использующие в своей конструкции такие изделия, можно использовать для дальнейшего устройства пола или основу под кровлю.

В основном в промышленности и строительстве применяют двутавры стальные. Для их производства применяют углеродистые или низколегированные стали. Оба типа этой стали хорошо свариваются, но отличаются несколькими параметрами. Например, низколегированная сталь марки 09Г2С, обладает хорошей свариваемостью и отличается тем, что конструкции из нее изготовленные могут работать при температуре — 45 и ниже. Это позволяет выполнять конструкции, которые должны работать на севере и Арктике.

Где используется?

Двутавровая балка (ГОСТ 823989) используется в возведении промышленных, общественных и гражданских сооружений. Такой вид металлопроката применяется в качестве элемента:
  • Эстакад.
  • Кровли.
  • Колонн и опор.
  • Перекрытий.

Несущие конструктивные элементы зданий, использующие двутавровые изделия, хорошо себя зарекомендовали в промышленном строительстве. Его используют не только при возведении зданий из железобетона, металлоконструкций или различных блоков, но и при строительстве деревянных сооружений. Такие строительные элементы целесообразно использовать при пролетах больше 7 метров. То есть такого расстояния, когда бетонные конструкции могут не выдержать предполагаемых нагрузок.

При возведении мостов или надземных переходов без двутавровых изделий не обойтись. Такой элемент подвесных конструкций хорошо справляется с повышенными вертикальными нагрузками.Двутавровые конструктивные элементы, при надлежащей обработке, не бояться атмосферных и механические воздействий. Они могут справляться со своими обязанностями десятки лет.

При использовании такого вида стального проката можно облегчить массу сооружения. Что позволяет сократить затраты на строительство. Прочность расположенных рядом двутавровых балок суммируется, а размещенных друг на другом увеличивается в четыре раза.

При выборе такого материала для строительства необходимо учесть следующие параметры конструкции:

  • Высота. Расстояние между двумя полками Н-профиля.
  • Ширина. Расстояние от основания до конца полки.
  • Толщина стенок. Этот параметр рассчитывается по основанию изделия (часть между полками). От толщины стенки зависит несущая способно и прочность.
  • Средняя толщина полки. Так как полки горячекатаного двутавра сужаются к основанию, то при расчетах используют среднюю толщину полки. Для этого от ширины полки отнимают толщину стенки и делят на 4.
  • Радиус внутреннего закругления. Образованное с помощью примыкания полки закругление. Берет на себя большую нагрузку. Он него зависит прочность и жесткость изделия.
  • Полка примыкает к стенке не под прямым углом. Радиус, образованный в месте примыкания, увеличивает прочность изделия.

На изображении указанны основные параметры двутавра: высота, ширина полки, толщина полки и стенки

Производятся такие виды стального проката по разработанным нормативным документам. В них прописываются требования к химическому составу материала, параметрам и допустимым отклонениям от нормы. Существует несколько видов таких изделий, что существенно расширяет сферу их использования.

Изготовления такого стального проката происходит по ГОСТу 823989. В этом нормативном документе указывается расстояние между полками и высота стенок. Это указывается в маркировки материала. Из нее так же можно узнать:

  • Расположение (уклон) внутренних граней.
  • Способ производства (раскатка на стане или сварка).
  • Прочность (обычная или повышенная).

Обозначение двутавровых балок

В конструкторской документации для обозначения двутавров применяют следующую надпись:

Двутавр Б10 ГОСТ 823989/Ст3сп 4 ГОСТ 5352005

Что можно понять из этого обозначения?

1.В конструкции должен быть использован двутавр нормальный.

2.Высота которого равна 100 мм.

3.Для его изготовления была использована сталь Ст3сп 4 ГОСТ 5352005.

Если в конструкции должен быть использован двутавр колонный, то вместо индекса Б, должен быть использован индекс К.

Сортамент двутавров

У классического двутаврового профиля (ГОСТ 8239-89) уклон внутренних граней — 6—12%:

Широкополочные двутавры изготавливаются по ГОСТ 26020-83. Такой прокат с параллельным расположением полок делится на:

  • Нормальные балочные. Маркируются буквой «Б». Они выпускаются с высотой до 1 метра и шириной до 320 мм. Считаются универсальными.
  • Широкополочные. Маркируются буквой «Ш». Высота до 1 метра, ширина до 400 мм. Используются в конструкциях лестниц и перекрытий мостов.
  • Колонные. Маркируются буквой «К». Ширина полки не сильно отличается от высоты профиля. Имеют увеличенные по толщине полки.
  • Дополнительные. Маркируются буквой «Д». Ширина может быть в диапазоне этого показателя у широкополочных и нормальных двутавров. Применяется для строительства особых конструкций.

Все размеры профилей вы можете посмотреть по нашему сортаменту двутавров оформленного в виде адаптивных таблиц.

Производители такого проката выпускают его с длиной до 12 м. Но технически, можно осуществить выпуск балок большей длины.

Сварные изделия такого типа производятся согласно ТУ У 01412851.00195. Согласно этому нормативному документу существует несколько видов таких материалов. Они делятся по используемой стали и высоте профиля.

Что надо учитывать при расчёте двутавровой балки

Для минимизации отходов и облегчения конструкции необходимо грамотно выполнить расчет. Такие расчеты можно выполнить самостоятельно, а можно заказать в проектном бюро.

Расчет выполняют на основании следующих данных:

  • длина пролета, в котором планируется использовать балку;
  • размер нагрузки нормативной и расчетной;
  • расчетное сопротивление, по умолчанию его принимают равным 210 МПа;
  • необходимо рассчитать момент осевого сопротивления.

Получив результаты расчетов можно подобрать необходимый тип профиля по таблице сортамента двутавров.

Но, проектировщик должен учитывать и то, что двутавровые балки очень плохо работают на скручивание, в сравнении с балкой круглого сечения.

Производство сварного двутавра

Сварные изделия производятся из листового металла. Качество готовой балки зависит от используемого для ее производства сварного оборудования. Во время производства проводятся следующие операции:

  • Раскройка стальных листов на станках с ЧПУ (реже для этого используется оборудование для термической резки).
  • Сварка заготовок на автоматизированных линиях с использованием гидравлических прижимов.
  • Правка изделия для придания прописанной геометрии.

ВАЖНО: Двутавры, изготовленные с применением устаревшего оборудования из малоуглеродистых марок стали, приводят к тому, что такие строительные элементы имеют низкие эксплуатационные характеристики. Изготовленные на современном оборудовании сварные балки не уступают по своим свойствам горячекатаным аналогам. При правильной технологии их изготовления они помогут добиться необходимых условий для строительства всех видов зданий и конструкций.

Использование сварки при производстве таких металлических изделий позволяет изготовить балки с различной шириной и толщиной полок. Заказчик может получить сварной двутавр определенной длины, с уже готовыми для крепежа конструкции отверстиями и вырезами.

Двутавровые швеллеры обладают универсальными характеристиками:

  • Оптимальная для расхода материала форма.
  • Высокие показатели по прочности.
  • Параметры прописаны в стандартах и ТУ.

Недостатками горячекатаных металлоконструкций такого рода являются:

  • Низкая устойчивость к скручиванию (этот показатель по сравнению с балкой круглого сечения ниже в 400 раз).
  • Сложность изготовления больших размеров и их дефицит на рынке.
  • Большая металлоемкость производства.

Большинство размеров горячекатаных двутавров можно приобрести в день покупки. Сварные элементы чаще всего производятся под заказ. Поэтому приходится выжидать время пока изготовитель закончит работу над вашими балками.

В каких элементах конструкции применяется?

Такие металлические изделия с каждым днем открывают новую сферу использования. Спрос на них побудит производителей совершенствовать процесс создания балок. Сегодня они используются не только в многоэтажном, но и в частном строительстве.

Двутавровые конструкции хорошо переносят сопротивление на изгиб. Их целесообразно включать в конструкции несущих элементов:

  • Колонн.
  • Элементов перекрытия.
  • Подвесных путей.
  • Конструкции рам вагонов, автомобилей и специальной техники.
  • Каркаса шахт и тоннелей.

В конструкциях средненагруженных ферм используется широкополочный двутавр. Для того чтобы снизить себестоимость постройки без уменьшения прочности сооружения необходим точный расчет и выбор балок. Доверить такую процедуру необходимо профильным архитектурным или конструкторским фирмам. Специалисты этих бюро проведут расчет согласно:

  • Нормативной нагрузке (используется соответствующий ГОСТ).
  • Количества элементов, использующихся в одной балке.
  • Усредненное значение сопротивления (согласно марке стали).

После расчета осевого сопротивления производится выбор подходящего двутавра. Его монтаж проводится строго в соответствии с чертежом конструкции. Изменять ее нельзя. Любая экономия может обернуться снижением несущих способностей, а значит и безопасности.

При использовании перекрытий из балок такого профиля в качестве опоры служат железобетонные, металлические или кирпичные колонны и стены. Монтаж опалубки и возведение опор производится с использованием измерительного оборудования. Двутавры монтируются на опоры так, чтобы они заходили на опору минимум на 20 см.

При необходимости стыковки элементов используется требование СП 16.13330.2011. В нем прописывается три способа такой процедуры:

  • Сваркой встык заранее профрезерованных торцов.
  • Накладок на болтовых или сварки.
  • Фланцев и болтов.

Двутавровая балка соединяется с колонной болтами. Установка производится с помощью временных соединений, которые затем заменяются основными. После установки такой балки ее необходимо защитить от коррозии. Для этого используются специальные лакокрасочные составы. Пока основное крепление не будет установлено, эксплуатировать балку запрещено. Конструкции с использованием таких элементов отличаются высокой надежностью и долговечностью.

Немного экономики

В странах бывшего СССР работает порядка 20 производств, которые заняты на производстве металлопроката. Следует отметить, что на долю двутавровых балок приходится более половины номенклатуры, выпускаемой продукции. Это вызвано тем, что именно двутавры обладают универсальными параметрами, в отличие от других форм. Кроме того, они обладают более оптимальной формой с точки раскроя.

Это позволяет снизить расходы на производство металлических конструкций.

Сопромат

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.