Двутавр: описание, виды, характеристики, фото, видео, размер, вес, маркировка, таблицы

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.

Металлические балки

Любые металлические двутавры изготавливаются в строгом соответствии с требованиями ГОСТ и ТУ, поэтому они имеют регламентированную форму и состав. Благодаря этому, имея нужную документацию, можно легко рассчитать необходимые размеры и параметры двутавров, необходимых для конкретной конструкции.

Геометрическими характеристиками являются:

• Высота – это расстояние между двумя плоскими площадками, называемыми полками, в сечении двутаврового профиля.
• Ширина – это длина полок двутавра.
• Толщина стенки – это толщина средней плоскости находящейся между полками. Этот параметр является одним из наиболее важных, так как от толщины стенки напрямую зависит несущая способность и прочность двутавра.
• Средняя толщина полки. Полки двутавра не прямоугольные, а имеют неправильную форму. К концам полки они сужаются, а в середине полки, к месту примыкания ее к стенке, расширяются вовнутрь. Поэтому средняя толщина полки рассчитывается по следующей формуле: ширина полки минус толщина стенки деленная на четыре.
• Радиус внутреннего закругления – это параметр закругления полки в месте ее примыкание к стенке. Благодаря тому, что полка примыкает к стенке не под прямым углом, а по радиусу возрастают ее прочностные характеристики. Радиус закругления полки. Так как на концах полки не требуется такая толщина и основная нагрузка идет к центру балки на стенку, то полки двутавра сужаются по радиусу.
• Уклон внутренней части полки. Полка также может идти под определенным углом по внутренней части, расширяясь к центру.

От этих параметров напрямую зависят технические характеристики двутавра, поэтому все они прописаны в ГОСТе и должны быть выполнены в строгом соответствии с ними.

Что надо учитывать при расчёте двутавровой балки

Для минимизации отходов и облегчения конструкции необходимо грамотно выполнить расчет. Такие расчетыможно 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 еепроизводства 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).

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.

Особенности

Главная особенность двутавра – это ее форма. Благодаря ей он обладает уникальными физическими и техническими характеристиками. Такая форма весьма удобна в использование – ведь она имеет две параллельные плоские грани (полки).

К примеру, металлический двутавр в семь раз прочнее и в 30 раз жестче, чем аналогичный по весу прямоугольный или квадратный профиль. А ее жесткость напрямую зависит от длины и толщины стенки.

Назначение

Металлические двутавровые балки являются основой многих современных конструкций. Они широко применялись в прошлые века, заслужив надежную репутацию. Поэтому их применение можно встретить практически повсеместно.

Они используются при строительстве жилых, производственных и коммерческих помещений, ангаров, различных технических сооружений, машиностроении, автомобилестроении, вагоностроении и так далее.

Благодаря высоким показателям прочности, стойкости к динамическим нагрузкам и несущей способности они также применяются:

• при возведении опор сооружений с высокой нагрузкой (башни, высотные здания, площадки и так далее);
• в строительстве железнодорожных и автомобильных мостов;
• в горнодобывающей промышленности, при строительстве шахт.

Преимущества и недостатки

Прежде всего, следует сказать, что по методу производства различают сварные и горячекатаные двутавровые металлические балки. Горячекатаные изготавливаются путем проката стали и придания металлической болванке двутавровой формы.

Сварные получаются путем сваривания трех отдельных плоских элементов, образующих стенку и полки. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками.

Достоинствами горячекатаной являются:

• монолитность;
• отсутствие швов;
• простота и дешевизна производства.

Вследствие чего она обладает более высокими показателями прочности и надежности.

К недостаткам горячекатаной можно отнести:

• Большая толщина стенок. Из-за утолщенности стенок увеличивается масса самого двутавра, а вследствие и всей конструкции в целом. Что может привести к увеличению расходов при строительстве (к примеру, при заливке фундамента, армированного пояса).
• Ограниченность размеров. На российских заводах выпускаются балки с шириной полки не более 400 миллиметров. К тому же выпускаются они определенной длины – 12 метров. И если, к примеру, нужна балка меньшего размера, то придется отрезать лишнее и выбрасывать в отходы. В таком случае ее стоимость возрастает.
• Возможность производства только на крупных предприятиях. Если стройка находится в городе, где расположен такой завод, то это плюс. Но если нет – то в стоимость монолитной балки включаются и транспортные расходы.

Несомненными плюсами сварных является:

• Возможность подобрать нужные размеры. Благодаря этому можно заказать балку нужной длины, шириной полки и высотой стенки. Вследствие чего клиент платит только за то, что ему нужно и практически любых размеров.
• Дополнительные конструкционные особенности. В зависимости от требований заказчика сварная балка может быть изготовлена с разными полками, фланцевыми соединениями, дополнительно усилена ребрами жесткости, перфорирована и иметь биметаллический состав.
• Относительно легкий вес. Сварная балка является более легкой конструкцией, что позволяет сэкономить дополнительные денежные средства при фундаментных работах и возведении стен.

Недостатками сварной являются:

• Наличие швов. Это существенно снижает прочность конструкции. Тем более если сварка имеет дефект. Но при необходимости она может быть усилена ребрами жесткости.
• Использование дополнительных деталей для усиления. Использование арматуры или другого материала при создании ребер жесткости приводит к дополнительным затратам денег и времени, что приводит к увеличению стоимости.

Сварной двутавр

Сварное двутавровое изделие производится путем проваривания трех базовых компонентов. Сваривание проводят с двух сторон, чтобы изделие было максимально надежным и прочным. Важно следить за тем, чтобы элементы прилегали как можно плотнее и находились строго перпендикулярно друг другу.
При сварке возникает необходимость в применении дополнительных элементов для воссоздания ребер жесткости и в этот процесс необходимо вовлекать серьезные трудовые ресурсы, все это нужно принимать во внимание на этапе проектных работ при строительстве. Стоит отметить, что введение дополнительных ребер, для усиления, уменьшает толщину стенки и понижает ее общую металлоемкость, раз уменьшается необходимое количество металла, то снижается стоимость, и сохраняются в неизменном виде все механические свойства.

Для изготовления методом сваривания служит такой материал, как профильный и металлический лист, для поясов может применяться гнутый профиль, швеллера и многое другое.

Достоинства сварного двутавра

• Несомненный плюс, в том, что облегченный вес балочного изделия позволяет уменьшить общий вес металлоизделия, а значит и снизить общую стоимость строительного проекта.
• Важное достоинство сварной балочной продукции — это то, что он производится под заданное техническое задание, и по индивидуальному заказу. Рассмотрим пример, для строительства определенного сооружения необходимо возвести металлоконструкции, где длина балки должна быть, 10,55 метров, то будет сварен профиль именно с такой длиной. Таким образом, заказчик избежит дополнительных отходов, а значит и расходов.
• По техническому заданию для отдельных проектов этот тип профиля может производиться перфорированным, что уменьшает вес конструкции, может иметь усеченную форму, быть с неравными полками, с фланцевыми соединениями или дополнительными ребрами жесткости, из такого металлопроката можно создавать сложные архитектурные строения. Балочный продукт таких форм невозможно получить на металлургическом предприятии.
• Можно сварить металлопродукцию с переменным сечением, это позволит распределить металл таким образом, что на нагружаемых участках конструкции, жесткость будет выше, удешевляя конструкцию без потери качественных характеристик.

Порядок изготовления сварного двутавра

Выделяют следующие основные фазы сваривания:

• раскрой и порезка листа на полосы;
• обработка кромок на станке, что необходимо для улучшения показателей свариваемости;
• позиционирование и фиксирование полос на станке, для избежания сдвигов;
• непосредственно сам процесс сварки;
• торцовка и правка на станке;
• очищение от ржавчины, грязи и масла.

Недостатки сварного двутавра

Несмотря на все вышеперечисленные достоинства, сварное производство никогда не сможет вытеснить с рынка прокатное, так как скорость и объемы производства сварной балки в разы уступают прокатному производству. А скорость же строительных работ по всей стране очень высока, таким образом, спрос на рынке этого типа металлопродукции можно покрыть лишь совместными объемами как сварного, так и прокатного производства.

Как узнать точный вес строительного двутавра?

Необходимо упомянуть о важной составляющей производства металлоконструкций, с технической точки зрения — это расчет веса двутаврового профиля, используемого для каждого проекта. Расчет основывается на номере профиля, который можно найти в сортаменте двутавров, там же можно увидеть массу и площадь поперечного сечения. Стоит обратить внимание, что в таблице указанна масса одного погонного метра.

Для того, чтобы узнать вес двутавровой балки — можно взвесить материал.

Важно понимать, что эту процедуру производят только во время отгрузки строительного двутавра, чтобы узнать сколько точно поставщик отпускает заказчику.

Однако существуют отдельные случаи, когда взвесить балки не возможно в принципе. В этой ситуации помогут математические вычисления. Для этого берут отдельные балки двутавра и рассчитывают умножением длинны на массу одного погонного метра. Важно понимать, что все целый метраж изделия в таких конкретных случаях можно будет узнать, замерив длину. Удельный вес двутавровой металлоконструкции рассчитывают по одному из способов:

1. Смотрят величину характеристик прописанных в таблице государственного стандарта.
2. Рассчитывают вручную.

Стоит знать, что значения погонного метра балки выяснялись вручную расчетными способами. Расчеты применялись для балок с номинальным размером, а плотность металла принималась абсолютно идентичной средней величиной. Реальные материалы часто производятся с размерами, немного различными от базовых. Как раз эта разница и допускается по ГОСТу, и называется предельно возможными отклонениями при производстве.

Виды двутавров

Двутавровую балку можно найти в двух ее вариациях — горячекатаных и сварных. Каждый из этих двух видов предлагает свои преимущества и недостатки.

Рассмотрим каждую группу подробнее.

Горячекатаные двутавры

Когда нужно изготовить двутавр, самый простой способ это осуществить — воспользоваться станами горячей прокатки. При помощи заготовок, подвергая материал сдавливающему действию многочисленных валков, заготовка в итоге удлиняется, а затем приобретает узнаваемый Н-образный профиль.

Теперь рассмотрим преимущества и недостатки использования материала.

Сварные двутавры

Технология производства сварных двутавров несколько отличается: из листовой заготовки требуемой толщины нарезаются полосы. Затем из них сваривается Н-образная конструкция необходимой конфигурации.

Сварочные швы должны быть тщательно проверены на предмет прочности и качества. Для этого они проходят ультразвуковой контроль, шлифуются, и изделие покрывается защитным слоем.

Сварным двутаврам отдают предпочтение, когда необходимо:

●       получить чистую поверхность изделия;

●       изготовить балки с разной шириной/толщиной, не прописанных в ГОСТах;

●       использовать различные виды стали для определенных целей (придать особые свойства, уменьшение веса конструкции, а также для снижения стоимости).

Сортамент

Для строительных нужд двутавр — универсальный материал, который может понадобиться для разных целей. Как правило, продукция используется в целом ряде индустрии – метрострой, мостостроение и т.п.

Выпуск двутавровых балок регламентируется ГОСТ 8239, ГОСТ 19425 и др. В них указаны основные размеры, предельные отклонения, а также правила маркировки изделий.

Горячекатаная балка двутавровая с уклоном полок

Данный вид выделяется среди прочих небольшим внутренним уклона полок относительно стенки — речь идет о диапазоне  6-12%.

В зависимости от качества прокатки изготавливают:

●       балки с повышенной точностью – имеется буква «Б» в маркировке;

●       балки с обычной точностью – обозначаются буквой «В».

Используются такие балки, например, для подвесных путей в различных конструкциях, работающих на изгиб.

Есть балки из того же материала, но уже с большим уклоном 12-16% (ГОСТ 19425). Согласно ГОСТ, он хорошо выдерживает нагрузки на сжатие, используется для укрепления мощных сооружений, например, стволов шахт, метрополитена. Обозначаются литерой «М».

Следующие три типа горячекатаных изделий объединяет один общий признак – отсутствие уклона полок и их параллельные грани.

Двутавры нормальные

Данный вид труб предлагает характерные классические соотношения размеров, когда полка двутавра по ширине в два раза меньше высоты профиля.

Нормальные двутавровые стальные балки обозначаются буквой «Б». Они хорошо себя зарекомендовали в строительстве в качестве опор или элементов решетчатых колонн. Также они востребованы в машиностроении, где их используют для создания рам грузовых автомобилей и вагонов, и в промышленном секторе, где из них создают подкрановые пути для электромостовых кранов и другие металлоконструкции.

Двутавры широкополочные

Ширина полок увеличена почти в два раза, что отражается в маркировке использованием буквы «Ш». Его показатели прочности и жесткости также значительно выше, чем у стандартного.

Благодаря этим свойствам широкополочный двутавр применяется для изготовления таких конструкций:

●       опорные, стропильные балки;

●       рамы для вагонов, прицепов;

●       обвязки фундаментов и пр.

Колонные двутавровые балки

Этот вид отличается более толстыми стенками и полками, поэтому такие двутавры отлично выдерживают значительные нагрузки.

Повышенные параметры прочности позволяют применять данный материал в следующих случаях:

●       возведение различных вертикальных опор;

●       сооружение различных зданий для гражданского и промышленного секторов;

●       формирование каркаса несущих конструкций при строительстве различных фортификационных инженерных сооружений – мостов, дамб.

Устойчивость к различным нагрузкам и воздействиям позволяет использовать данный материал в сложных климатических зонах. Также он неплохо подойдет в сейсмически активных зонах. Для маркировки таких балок используется буква «К».