Виды двутавр: Двутавр. Виды и применение.Материалы и производство.Особенности

Содержание

Двутавр. Виды и применение.Материалы и производство.Особенности

Двутавр, или двутавровая балка – вид металлопроката с Н-образной формой поперечного сечения. Форма изделия делает его устойчивым к высоким нагрузкам. Благодаря этому материал используется в строительной сфере в качестве несущего элемента, к примеру, при укладке перекрытий.

Длина двутавровой балки бывает в пределах 3, 6 и 12 м. На металлобазах и в строительных магазинах возможна порезка на другие ходовые размеры. Двутавр благодаря форме имеет самую высокую удельную прочность среди всего строительного фасонного металлопроката. Это обусловлено наличием двух широких ребер жесткости. Они эффективно работают в обе стороны. Благодаря этому балка из двутавра при одинаковом весе на погонный метр, к примеру, со швеллером, согнется при гораздо большей нагрузке.

Высота балки может составить 100-1000 мм, ширина полок 55-400 мм. Столь широкий диапазон размеров вызван обширностью использования двутавра в строительстве. По уровню жесткости и прочности двутавровая балка может приравниваться к монолитному бруску металла аналогичного размера. При этом ее масса как минимум в 10 раз ниже. Благодаря меньшему весу ее легче транспортировать, укладывать в конструкции, она стоит дешевле.

Сфера применения

Двутавровые балки рассчитаны на нагрузку на изгиб и сжатие. Их применяют как при строительстве металлокаркасных сооружений, так и армирования кладки, бетона. Наличие двутавра предотвращает не равномерную усадку, образование трещин кладки, сдвига здания.

Двутавры нашли применение в каркасной технологии строительства деревянных домов. Балки используются в качестве ростверка под столбчатый фундамент. Они объединяют столбы в единое основание, поверх которого собирается каркасное строение уже из дерева. Двутавр полностью исключает прогиб основания в местах большей нагрузки. Давление строения распределяется равномерно по всем столбам.

Разбор сечения

Промышленностью производятся различные двутавровые балки Н-образного сечения, отличающиеся между собой по ряду параметров. Для оценки из качеств берутся во внимания размерные показатели отдельных поверхностей профиля, а также расчетные данные.

Они обозначаются латинскими буквами:

h — высота.
b — ширина.
s — центральное сечение.
t — сечение полки.
r — радиус.
A — площадь сечения поперечного среза.
Jx, Jy — моменты инерции.
Wx, Why — моменты сопротивления.
is, it — радиусы инерции.

Касаемо размерных показателей и толщины сечения, то эти параметры вполне понятны. Они измеряются в миллиметрах. Естественно чем шире и толще поверхности, тем крепче балка. Однако на жесткость и прочностные параметры влияют не только размеры, но и металл, из которого сделан двутавр. Два одинаковых по размеру изделия из разных сталей поведут себя при нагрузке по-разному. Чтобы их различать, также введены расчетные показатели: момент сопротивления и момент инерции. Эти величины показывают уровень сопротивляемости балки к деформации. То есть, при какой нагрузке та согнется. Оба показателя крайне важны при строительстве. Ориентируясь на них в проекте можно определить количество балок под ту или иную нагрузку.

Виды двутавра по форме сечения

Для разных строительных задач осуществляется производства двутавра с особенными формами торцевой части. По этому критерию балки разделяют на 4 вида:

С уклоном полок.
Обычный.
Широкополочные.
Колонные.

Балки с уклоном полок имеют внутренний скос на 8-10 градусов. Такое сечение обеспечивает прокат максимальными показателями прочности и жесткости. Он используется при строительстве, где подразумевается многотонная нагрузка.

Обычный двутавр имеет строго параллельные между собой полки. Угол между ними и центральной частью профиля составляется 90 градусов. Это незначительно, но снижает стойкость изделия к нагрузкам, и соответственно стоимость металлопроката. Такой материал принято обозначать в технической документации буквой «Б». Его используют для сооружения менее нагруженных конструкций. Применение нормального двутавра для проектов, где по расчетам должна использоваться балка «А», запрещено с уклоном полок.

Широкополочная двутавровая балка отличается более широкими полками. Их размер больше в 1,5 раза, в сравнении с нормальным прокатом. Это способствует увеличению жесткости и стойкости к нагрузкам на 40%. Широкополочная балка маркируется буквой «Ш».

Колонные двутавры являются самыми прочными, поскольку имеют еще более расширенные полки. Это способствует увеличению их прочности и жесткости на 100%. Материал может использоваться в качестве несущей конструкции перекрытия, так применяться как стоечный профиль при сооружении масштабных металлоконструкций.

Как делается двутавр

Двутавровая балка производится по двум технологиям:

Горячего проката.
Сварки.

Сложная форма сечения не позволяет изготавливать двутавровый профиль методом холодного проката. Ни один тип стали при столь сильной деформации не способен сохранить целостность. Большинство балок являются горячекатаными. Стальная заготовка разогревается докрасна и прокатывается через систему вальцов. Как следствие она деформируется, укатываясь до Н-образного сечения.

Производство методом горячего проката делает металл внутри двутавра не напряженным. Его структура изначально не стремится согнуться в сторону. Это во-первых снижает риск его прогиба под нагрузкой, а во вторых, минимизирует перелом при критической перегрузке.

Сварной двутавр составляется из 3-х полос. Они в свою очередь изготавливаются горячим прокатом и подгоняются под строгие размеры. Две узкие полосы используются в качестве полок, а одна широкая применяется как основа. Полосы свариваются между собой электросваркой под флюсом. Это дает очень прочное соединение, но уступающее по крепости горячему прокату, являющемуся полностью монолитным.

Материалы изготовления

Двутавровая балка может изготавливаться из разных типов сталей:

Углеродистые.
Строительные.
Низколегированные.
Для мостостроения.

Углеродистые стали применяются для изготовления 80% двутавра представленного на рынке. Их популярность обусловлена простотой обработки, и оптимальным соотношением затрат на производство, и получаемой прочностью. Они имеют нормальные показатели стойкости к температурным колебаниям, отличаются умеренной скоростью коррозии.

Строительные стали представлены марками С235, С245 и С255. В них присутствует гораздо меньше примесей, что способствует большей устойчивости к нагрузкам, в частности деформации или слому. Их применяют для строительства тяжелых несущих конструкций.

Низколегированные прокатные стали отличаются большей устойчивостью к динамическим нагрузкам. Это делает возможным их использовать при кораблестроении, для изготовления вертолетных площадок и прочих конструкций, на которые может оказываться резкое давление.

Стали для мостостроения применяются для изготовления двутавра особенно ответственных конструкций. Они выдерживают максимальное количество циклов динамической нагрузки. Кроме мостов, их применяют для армирования небоскребов. Такой двутавр служит долго и надежно. Также для него характерна замедленная коррозия.

Двутавровые балки: виды, сортамент, вес, размеры

Сегодня строительные технологии настолько напоминают футуристическое будущее, что буквально завтра дома начнут строить из прозрачного бетона при помощи очередного 3D-принтера. Даже опытные профессионалы не всегда успевают следить за всеми новинками. И, хотя некоторые из таких материалов применяются на отечественном рынке давно, узнаваемыми они все еще не стали.

Так, достаточно недооцененной сегодня считается двутавровая балка из дерева или металла. А ведь из нее делают прочные перекрытия и целые стропильные системы! При этом такая балка обладает целым рядом преимуществ перед обычными элементами. Но почему она до сих пор не в каждом доме?

Потому что многих смущает ее хрупкий вид из-за тонкого внутреннего ребра. Хотя на самом деле здесь прекрасно срабатывают законы физики, и в нужном положении двутавр ничуть не уступают куда более массивным и тяжелым брусьям. Как такое может быть? А мы сейчас расскажем!

Для многих фирм сегодня первоочередной задачей стоит строительство надежных и недорогих домов, причем в сравнительно короткий срок. А эти задачи решают в большей степени используемые строительные материалы.

Двутавровая балка конкретно в России до недавнего времени применялась только в промышленной сфере, но сегодня становится все популярнее. Появление в последние годы новых видов двутавров позволило успешно задействовать их при строительстве обычных жилых домов.

А «двутавром» в строительстве называют деревянный или металлический профиль, который имеет сечение, похожее на букву «Н». Сам термин произошел от «тавр», что означает «рога быка».

На отечественном рынке сортамент двутавра пока небольшой, т.к. сам продукт еще малоизвестный и немногие производители его представляют. А вот за рубежом применяются достаточно интересные его виды, где сочетаются инженерная мысль и законы физики.

Давайте перечислим основные особенности двутавровые балок. А их немало!

Благодаря особой конструкции, балка в форме «Н» на практике оказывается в 7 раз прочнее стандартной квадратной балки с такой же площадью сечения, и при этом в 30 раз жестче. Удивительно, не правда ли?

В то же время двутавр, обладающий открытым сечением (как уголок или швеллер), имеют малую устойчивость к скручиванию, в 400 раз меньше, чем круглая труба. Поэтому на двутавровую балку, которая будет использоваться, обязательно рассчитывают нагрузку, постоянную и переменную.

Постоянная предполагает вес материала в виде балок, утеплителя, пола и потолка, а переменная – вес людей и оборудования на перекрытии. В результате таких точных просчетов прочность двутаврового основания не вызывает сомнения.

В процессе эксплуатации размеры двутавровых балок остаются стабильными и не подвержены усадке. Несущая способность таких балок – до 500 кг на погонный метр, и при этом один погонный метр весит всего около 6,8 кг.

Благодаря всему этому такие балки подходят для довольно длинных прогонов, до 24 метров, и для их монтажа не нужны специальные грузоподъемные механизмы (хотя с ними, конечно же, все работы идут быстрее).

К слову, от ферм двутавровые балки выгодно отличаются тем, что их легко подрезать при необходимости, тогда как с фермами такого не провернуть.

Балки достаточно легкие и удобные, без проблем транспортируются:

Плюс использование таких балок влияет на то, насколько дорогую и тяжелую технику нужно будет привозить на место строительства, при каких температурах разрешено работать и сколько будет весить само перекрытие.

Что касается цены, то отметим, что стандартное перекрытие из досок, конечно же, обходится дешевле. Но стоит учитывать, что для самих досок дополнительно нужны промежуточные опоры, обрешетка и многие другие дополнительные детали. Кроме того, такое основание периодически нуждается в ремонте, ведь речь идет о древесине.

Подведем итог: двутавровые балки отлично подходят в качестве стропил, прогонов и балок перекрытий, а также элементов каркаса в малоэтажном строительстве.

Наиболее активно деревянные двутавровые балки сегодня используются в качестве несущих элементов перекрытий и стропильных конструкций для зданий. Деревянные двутавры подходят для кирпичных, брусовых, блочных и бревенчатых домов.

Технические характеристики: прочность и вес

Деревянные двутавры изготавливают из клееных пиломатериалов. Оба пояса – из деревянных брусков, которые скреплены OSB или вставкой из древесного волокна.

За рубежом такие балки изготавливают из OSB и HDF, а в России есть несколько заводов, которые производят такие балки из ОСП и фанерной стенки, к качеству которых, правда, пока еще остаются вопросы.

Давайте рассмотрим внимательнее технические характеристики таких двутавров:

Вот как выглядит стропильная система из двутавровых балок:

Сама формула «дерево+OSB+дерево» позволяет избежать многих недостатков, без которых не обойтись, когда приходится использовать сплошную деревянную балку.

Сравнение с другими стройматериалами

Давайте перечислим главные преимущества таких балок. Они прямые, т.к. полностью лишены изгибающих моментов, ведь OSB уже не «поведет». При этом балки достаточно прочные и простые в монтаже, т.к. для их установки не нужны специальные навыки.

Вот сравнение деревянного двутавра и обычной обрезной доски по основным показателям:

Далее, по сравнению с древесиной, двутавровые балки намного меньше весят, отлично перекрывают большие пролеты и со временем не меняют своей геометрии.

В тоже время обычные деревянные брусья рискуют покрыться трещинами, кручению и усадке:

Благодаря особым свойствам деревянный двутавр настолько жесткий, что им можно перекрывать большие пролеты без каких-либо промежуточных опор.

Так, двускатные балки, и балки с параллельными поясами применяют для несущих перекрытий с пролетами от 6 до 15 метров! В таком случае офисные и жилые помещения получаются достаточно просторными, что сегодня особенно модно.

Причем эти преимущества особенно ценны, если их сравнивать с более привычными на российском рынке материалами. И главный плюс здесь – в весе двутавра:

К слову, двутавровые балки не применяют одновременно с обычным брусом, ведь степени их усадки значительно отличаются. В итоге, если все-таки совместить оба вида материала, через год-два перекрытие потеряет свою горизонтальность, а у стен больше не будет ровной опоры.

Материалы изготовления: полки и стены

Верхний и нижний пояса двутавровых балок изготавливают из массивной или специальной модифицированной древесины, а вертикальное заполнение — из OSB или фанеры.

Секрет всех перечисленных преимуществ в том, что при изготовлении двутавровых балок используется древесина с влажностью не более 18%.

Для этого используются двухкомпонентный клей и ребра жесткости из качественных ориентированно-стружечных плит, благодаря чему у таких балок нет проблем со скрипом или неровностями пола.

Качественные балки не теряют своих ценных физических свойств при перепадах температуры и влажности, а резать и корректировать двутавровые балки не сложно самыми обычными плотницкими инструментами.

Бруски в такой конструкции нужно применять цельного сечения, а стыки делать с зубчатым шипом, который изготавливают специальной фрезой. Далее стенку на клей вставляют в пазы поясов балок. По торцам балок устанавливают ребра жесткости. Далее балки защищают антисептирующей обмазкой или раствором из краскопульта.

Плита OSB изготавливается из плоской древесной щепы путем прессования, а щепки, обычно из древесины хвойных пород, соединяются синтетическими смолами. Благодаря всему этому у плиты – высокие водостойкие характеристики. Ведь здесь кусочки древесины как бы переплетаются, и создают собой прочный материал без концентраторов напряжений (одним словом, однородный, одинаковый по всей длине).

Материал получается куда более качественным, чем обычная фанера. И при этом даже более эластичный, благодаря чему в нем отлично держатся строительные скобы, гвозди, шурупы и другие элементы.

Применение такой основы имеет свои преимущества. Так, природные пиломатериалы не лишены недостатков, их качество довольно сложно определить на глаз. В то же время искусственные балки максимально надежны и точны.

В них нет дефектов, сучков и деформаций, они не растрескиваются и не гниют. Конструкции, получаемые из таких материалов, называются формостабильными. Они не скрипят, как деревянные, более прочные и жесткие. На их изготовление необходимо меньше натурального сырья, и меньше требований к его качеству.

Вот очень интересное видео по изготовлению деревянных двутавровых балок своими руками:

Также деревянные двутавровые балки выпускают с фанерной стенкой. Полки здесь делают из деревянных брусков прямоугольной формы, с волнообразной стенкой из особой водостойкой фанеры.

Хотя для многих мастеров вообще слово «фанера» в междуэтажном перекрытии вызывает ужас. Ведь речь идет о колоссальной нагрузке! На самом деле тут срабатывают законы физики, а именно принцип давления: попробуйте поставить кусок фанеры на ребро, и убедитесь, насколько прочным может быть такое положение.

Вы наверняка задумывались, а почему нельзя в качестве стенки использовать обычную доску, тем более, что та попрочнее фанеры или OSB?

На самом деле такие материалы в процессе производства подвергаются горячему прессованию, а потому обладают куда большей плотностью, чем обычная древесина. Впрочем, доска действительно иногда используется, но только плотной породы, после профессиональной глубокой пропитки и в более редких случаях.

Серии и виды: современный сортамент

Сортамент двутавра говорит о характеристиках балки: высота, толщина и ширина каждого элемента. Так. деревянные двутавровые балки имеют такие виды:

«БДК» — клеенный двутавр с широкой полкой, предназначенный для коротких пролетов.
«БДКУ» — усиленная балка с широкой полкой для длинных пролетов.
«БДКШ» — широкая балка для стропильных систем, нагруженных конструкций и особо длинных пролетов.
«СДКУ» — усиленная балка для стенового каркаса.
«СДКШ» — широкая стойка для устройства каркаса стен.

У всех этих вариантов также есть подвиды:

Иногда, для некоторых проектов, двутавровые балки изготавливают спаренными, увеличивая тем самым их жесткость:

К слову, есть еще одна вариация деревянного двутавра: пояс балки изготавливают из сухой хвойной древесины, а соединяющую перемычку – из оцинкованной высокопрочной стали с особым полимерным покрытием.

Деревянные части балки обязательно обрабатывают огнебиозащитным составом, ведь здесь идет контакт металла с древесиной.

Особенности применения и монтажа

Применение таких балок достаточно просто:

В жизни такой монтаж выглядит так:

Еще отметим, что у балок OSB высокая прочность и удобная конструкция, которая позволяет проводить нужные инженерные коммуникации прямо в перекрытиях.

Сегодня объемно-планировочные решения бывают настолько сложными, что без несущих стальных балок не обойтись, ведь при пролетах от 7 метров никакие бетонные конструкции не эффективны.

В отличие от деревянной, металлическая двутавровая балка перекрывает пролеты со значительной нагрузкой, не горит и устойчива к биологическому воздействию (плесень, жучки). Правда, при пожаре со временем она способна потерять свою несущую способность, а также корродировать при отсутствии защиты. Кроме того, металлический двутавр тяжелый, и его не установить без специальной техники.

Но стальные балки не используются для строительства перекрытия мансард дома, у фундаментов которых – предельная нагрузка. Также такие балки окажутся достаточно тяжелыми для стен из пористых, ячеистых материалов и профилированного бруса, который со временем дает усадку.

Типы стали для изготовления балок

Двутавровые металлические балки сегодня изготавливают из прокатной стали, алюминиевых сплавов и стального литья. При этом сталь представляет собой сплав железа с углеродом, лишь с небольшими примесями и легирующими добавками. Наиболее популярна в этом плане малоуглеродистая.

Сама сталь может еще и отличаться по способу производства, например, на спокойную, кипящую и полуспокойную. А, в зависимости от свойств стали, ее делают на обычную и с повышенной или высокой прочностью.

Так, малоуглеродистые стали – это стали средней прочности, а низколегированные уже обладают повышенной прочностью. Самая крепкая – среднелегированная.

Сварные и прокатные двутавры: в чем разница?

По типу сечения стальные балки бывают прокатными или составными, соединенными при помощи сварки. Горячую прокатку балки производят на прокатных станках – специальных установках с вращающимися валиками. Для этого берется толстый слиток, который перемещают по рольгангу и балка приобретает форму двутавра.

В процессе прокатки слитки перемещаются по рольгангу и обрабатываются рядом валков, в результате чего длина заготовок сильно возрастает, а поперечное сечение постепенно уменьшается и приобретает форму двутавра. Это достаточно производительный метод, но, из-за применения сложного оборудования, обходится недешево.

А вот сварные двутавры производят на автоматизированных линиях. Для этого нарезаются заготовки, собираются двутавровые профили и варят их под флюсом. После этого профили еще дополнительно будут обработаны прокаткой, чтобы достичь идеальной геометрии полок.

Далее поверхность профиля зачищают и наносят защитное покрытие. Только при помощи сварной технологии можно изготовить балки с максимально точными размерами, тонкостенные и разнополочные двутавры.

Сварные балки более легкие, до 30% легче горячекатаных, и хороши тем, что позволяют применять в одной конструкции разные типы сталей. Например, для полок идет одна, для стенок – другая.

Так, самые напряженные участки в ней изготавливаются из стали повышенной прочности, а менее напряженные – из малоуглеродистой стали. Такой подход снижает стоимость балки на 5%.

Сами балки, в которых одновременно используются несколько разных сталей марки, называются бистальными. Все просто: наименее в балке нагружены стенки, а больше всего – пояса. Вот в поясах и используется сталь более высокой прочности, а это 14Г2, 10Г2С1.

К слову, применение бистальных двутавровых балок наиболее целесообразно при статических нагрузках. А по сравнению с балками из одной стали, такие обойдутся на 5-15% дешевле.

Сам по себе прокат таких профилей производительнее сварки, но сварные балки легче изготовить нужных параметров. Например, только сварным методом получается сделать балки высотой 4 метра и более.

Особенности конструкции стальных двутавров

Металлическую двутавровую балку часто делают разного сечения. Зачем? Дело в том, что у самой балки в процессе ее работы идет разное напряжение по длине, и местами оно значительно ниже допускаемого.

Кроме того, для разных задач допускается определенный изгиб стенок балки. Чего, кстати, не провернуть с деревянным двутавром. Рассчитывают кривизну стенок балки по такой формуле:

Также популярен такой метод, как концентрация металла в ребрах и уменьшение толщины стенок (этот прием дает экономию 10-20%).

Получается, что в таких местах металла приходится использовать больше, чем необходимо, а это уже перерасход. Поэтому иногда изготавливают профили с переменным сечением, ввиду экономии, хотя большинство балок имеет профиль, который постоянный по всей своей длине.

Серии и номера стальных двутавров

У металлических двутавровых балок разное назначение, а потому могут отличаются характеристики. Так, балки с параллельными полками маркируются так:

«Ш» — это двутавры с широкими полками, выдерживающие значительные нагрузки.
«У» — балки с узкими полками для жилого строительства.
«Д» — двутавровые балки со средними полками.
«К» — балки, специально выпускаемые длясооружения колонн, достаточно тяжелые и прочные.

По углу наклона балки делят на такие виды:

«М» — балка с наклонными полками, для сооружения подвесных путей. Здесь угол наклона не превышает 12%. При этом 12% и 16% — это максимум для внутреннего угла.
«С» — двутавр для укрепления стволов шахт, с углом наклона граней до 16%.

По степени точности двутавры классифицируют так:

«Б» —балка обычной точности изготовления. Подходит для большинства строительных задач.
«В» — продукция повышенной точности, специально разработанная для сложных задач, где имеют значение мельчайшие погрешности.

По форме полок металлические двутавры изготавливают двух видов — с уклоном внутренних граней полок или с параллельными:

А вот дополнительные серии таких балок:

Есть еще такие подвиды:

Подбирать стальные балки для строительства дома должен профессионал, который имеет на руках точные расчеты допустимой нагрузки на фундамент и сам проект постройки.

Есть еще такой отдельный вид двутавровых балок, в которых сочетается древесина и металл. Такая, к слову, применяется в Европе еще с 1970 года.

Хотя гофро0балка и выглядит интересно, в России такую конструкцию начали применять еще в 30-х годах прошлого века. Тогда нечто подобное задействовали в деревянных конструкциях. Сегодня же такие балки варят в нескольких металлургических заводах страны.

Теперь этот вид балки представляет собой сварную легкую конструкцию из профлиста, который приварен к стальным полкам. Причем сами полки здесь из горячего проката, а профлист – холоднокатанный.

Посмотрите, как выглядят такие балки:

К идее гофрирования стенок таких балок пришли с целью экономии, если говорить грамотным языком – снижения металлоемкости строительства. Естественно, гофрированная стенка может быть тоньше обычной металлической (всего 1,5-1,8 мм), т.к. у нее уже есть поперечные ребра.

Которые, ко всему, еще и повышают крутильную жесткость самой балки! А, значит, позволяет избавить от главного недостатка, который свойственен двутавру. Здесь напряжение развивается только у поясов, падает почти до нуля, а все касательные напряжения равномерно распределяются по высоте стенок.

Сама гофра может быть как волнистой, так и треугольной (такая считается более технологичной). Еще более прочная балка не с вертикальными гофрами, а горизонтальными.

В общей сложности гофры располагаются к верхнему поясу под углом 45-50°, с расчетом соотношения высоты волны к ее длине от 1/5 до 1/20.

По сравнению с обычными двутавровыми горячекатаными балками гофробалки выходят экономнее на 20-40%. Мало того, что такие балки весят меньше, само профилирование придает большей жесткости при вращении, а потому в монтаже таких балок используется меньше специальных подъемных приспособлений в виде дополнительных уголков и связей. Это значительно упрощает монтаж.

Гофробалки хороши в качестве кровельных прогонов с пролетом от 9 м и как несущее основание в многоэтажках с пролетами до 24 метров.

Единственный существенный недостаток таких конструкций в том, что они довольно трудоемки в изготовлении. Но, благодаря тому, что у таких балок нет ребер жесткости, уменьшается расход металла и длина сварных швов.

На конечную стоимость любого изделия напрямую влияет такое понятие, как себестоимость. Еще сначала ХХ века ради экономии инженеры активно разрабатывали и испытывали изгибающие элементы в строительных материалах. Так и пришли к в выводу, что проектирование балок с перфорированной стенкой более целесообразно, чем двутавры со сплошными стенками.

Благодаря увеличению высоты балки и наличию в ней отверстий материал сечения перераспределяется ближе к полкам, а там нормальное напряжение (термин такой) больше. Вот почему само по себе увеличение высоты сечения в полтора раза во столько же повышает его сопротивление и в два раза увеличивает момент инерции.

У деревянных двутавров внутренние отверстия располагают по одиночке, а у стальных зачастую делают с регулярным шагом.

Двутавры с внутренними отверстиями

В таких балках часто изготавливают круглое либо прямоугольное отверстие. Также, чтобы увеличить прочность балки, в прямоугольных отверстиях делают вырезку углов по радиусу. Кроме того, нельзя делать нарезы прямо на полках балки. Само отверстие, обычно диаметром 38 мм, делают в любом месте стойки, кроме как прямо над опорой.

Если же отверстий несколько, тогда соблюдаются определенные рекомендации. Но в стойке балки при этом оставляют зазор 6,5 мм, между границей отверстия с нижней, верхней стороны и полкой.

Далее, придерживаются таких правил изготовления отверстий:

длина прямоугольного отверстия не должна быть больше высоты проделанного отверстия более, чем в полтора раза;
между краями круглых отверстий расстояние не должно быть больше, чем в 2,5 раза;
расстояние между краями прямоугольных отверстий не должно быть больше, чем 5 раз, чем длина самого большого прямоугольного отверстия;
между краями прямоугольного и круглого отверстия расстояние должно быть не менее чем в 5 раз, чем длина самого большого прямоугольного отверстия, или больше в 5 раз, чем диаметр самого большого круглого отверстия:

Сквозные двутавровые балки

Если говорить техническим языком, перфорированный двутавр – это многократная статически неопредеимая система. Если проще, то такая балка по своей конструкции подобна безраскосной ферме, и даже расчитывается по ее формулах.

Весь секрет в том, что в середине стенок и простенков в местах отверстий находятся точки с нулевыми моментами, а в них – условные шарниры. В такой балке взаимодействуют поперечные и продольные силы. А как именно, зависит от схемы резов стенок.

Необходимы балки с перфорированной стенкой, когда нужно увеличить несущую способность у прокатных двутавров. Здесь попросту увеличивают высоту перфорированной стенки, благодаря чему повышается жесткость и несущая способность самой балки. Иногда также применяют раскосы.

Чтобы изготовить такую балку, ее в процессе производства при помощи газовой резки или мощного процесса разрезают зигзагообразной ломаной линией, с так называемым регулярным шагом. Затем обе половинки соединяют сваркой так, где соприкасаются выступы стенки. Форма ломанной линии и внутренние отверстия бывают самыми разными, в зависимости от расчетов прочности.

В итоге перфорированная балка весит столько же, что и прокатный профиль, но обладает более высокой жесткостью и несущей способностью, а потому применяется на пролетах большей ширины.

Но, хотя в такой балке применение стали экономится до 30%, само изготовление выходит дороже, ведь оно сложнее. А на практике высота сквозного двутавра получается в 1,3-1,5 раз больше, чем обычный, а потому в 1,5-2 раза больше момент инерции сечения. Благодаря этому несущая способность сквозного двутавра, по сравнению с несквозным, получается в 1.3-1,5 раз больше!

Если вам интересно, вот занимательный видео-ролик о том, как на самом деле распределяются силы внутри стальной балки и почему лишний материал там совсем не нужен:

И при этом, если сквозной двутавр изготавливают бистальным (из разных видов стали), то при той же несущей способности балка получается на 34-39% легче и на 16-20% дешевле, чем сплошная горячекатаная или из малоуглеродистой стали. Одним словом, такой двутавр еще более компактен, транспортабелен и изготавливается на заводе при помощи высокоавтоматизированного оборудования.

Так, внутренние резы бывают симметричными и асимметричными, по отношению к вертикальной оси. Для изготовления симметричного реза балку соединяют из двух половинок от разных двутаров.

Так получается два вида балки: со вставками на опорах и без них. А вот при ассиметричном резе производят только один тип балки, у которого один конец остается без вставки, а у другого вставка есть.

Иногда перфорированные двутавры изготавливают из заготовок разных двутавров. Но тогда в сжатой зоне необходимо устанавливать половинку из более крепкого двутавра с более прочной сталью. Так добиваются устойчивости стенок сжатых поясов. Самое наличие отверстий в стенке распределяет нормальные напряжения по всей высоте балки.

Ко всему, сквозные двутавры настолько прочные, что при определенном усилении их верхней части стенки таковые активно применяют в качестве подкрановых балок.

Неспроста строительные технологии всегда стремятся достичь уменьшения веса и увеличения прочности используемых материалов. Благодаря всему этому дома получаются крепкими, но не тяжелыми и не требуют «зарывания денег в землю», как любят выражаться каменщики.

И если вы после прочтения статьи убедились в том, что эта технология стоит вашего внимания – применяйте ее смело.

Остались ли у вас еще вопросы? Задавайте!

Будьте в курсе!

Подпишитесь на новостную рассылку

Типы стальных балок — Структурное руководство

В этой статье обсуждаются различные типы стальных балок, используемых для передачи нагрузок от конструкции на соседнюю опору.

Для идентификации типов стальных балок можно использовать различные классификации. В этой статье мы классифицируем балки на основе их геометрии и производственного процесса.

Здесь обсуждаются следующие типы стальных балок.

Двутавровая балка, двутавровая балка, W и S сечение
Плоские балки
Портальные балки/балки
Полые прямоугольные и круглые полые секции
Составные балки
Другие типы балок

Рассмотрим каждый тип балок подробно.

Двутавровая балка или универсальная балка

Двутавровая балка, также известная как универсальная балка, представляет собой горячекатаный профиль.

Универсальные балки можно определить как широко используемый стальной профиль в строительстве. В большинстве конструкций мы можем наблюдать эти стальные колонны, соединенные с универсальными балками для несущих нагрузок.

Универсальные балки имеют повышенную жесткость в вертикальном направлении для восприятия нагрузок. Высота секции больше ширины секции.

Двутавровая балка также определяется как двутавровая балка, если высота и ширина сечения равны. То есть высота сечения равна ширине полки.

Кроме того, они также обозначаются как секции W и S.

Основной проблемой стальных конструкций является огнестойкость. Когда конструкционная сталь подвергается воздействию огня, ее температура быстро увеличивается, а стальной профиль подвергается быстрой деформации.

Кроме того, стальные балки имеют меньшую несущую способность или жесткость по сравнению с бетонной балкой той же высоты.

Профильная балка

Профильная балка представляет собой стальную балку, которая используется в основном в строительстве мостов.

Эти балки представляют собой изготовленные по индивидуальному заказу стальные балки. Настройка выполняется на основе требований проекта.

Мосты с пластинчатыми балками широко распространены на железнодорожных путях.

Два фланца и стенка соединены сваркой для создания балки. Конструкция пластинчатых балок не такая, как у других типы балок .

Поскольку сварка выполняется для соединения трех пластин вместе, качество сварки необходимо регулярно проверять во время сварки. Необходимо провести дополнительное испытание, чтобы убедиться, что сварка выполнена правильно и имеет достаточную прочность.

Козловая балка

Портал — это механическая система, используемая для перемещения материалов или товаров из одного места в другое.

В зависимости от цели использования эти системы делятся на категории. В портах мы используем портал для подъема контейнеров, на заводе мы используем портал для перемещения товаров или материалов из одного места в другое.

Портал — это передвижное оборудование, несущее груз. Также можно наблюдать дальнейшее перемещение груза по балке.

Конструкция портала может быть выполнена с учетом приложенных нагрузок, эффектов движущейся нагрузки и т. д. Как правило, проектирование этих типов стальных балок сложнее, чем других типов.

Порталы среднего и малого масштаба могут быть изготовлены из горячекатаных профилей. Однако тяжелонагруженные порталы могут быть выполнены в виде пластинчатых балок.

Кроме того, портальные балки определяются как специальные типы стальных балок.

Полые прямоугольные и круглые полые секции

В основном эти элементы используются в фермах, колоннах и балках.

Прямоугольное полое сечение и круглое сечение более эффективны с точки зрения местных отказов. Универсальные балки более подвержены локальному растрескиванию из-за характера сечения.

Однако прямоугольный полый профиль более устойчив к местному выпучиванию.

Кроме того, прямоугольные полые профили доступны в различных сечениях. Однако, как правило, они не изготавливаются, как пластинчатые фермы, путем соединения стальных пластин.

Композитные балки

Композитный механизм представляет собой комбинацию двух или более материалов. Составные балки являются более эффективными типами стальных балок, используемых при возведении конструкций.

Это может быть комбинация стальной балки с плитой или сборка стальной балки вместе с бетонной балкой.

Комбинация стальной балки и плиты получается с помощью распорных шпилек. Срезные шпильки, приваренные к стальной балке, заделаны в бетон.

Комбинированное действие балки при установке срезных шпилек можно учитывать при проектировании балки. Из-за простоты конструкции некоторые инженеры не учитывают составное действие при проектировании стальной балки. Это не экономичная конструкция.

Другие типы балок

Угловые профили, такие как C-образные швеллеры, L-образные уголки и т. д., также используются в качестве стальных балок в строительстве. Однако эти типы стальных балок не получили широкого распространения в качестве стальных балок.

В основном используются в качестве элементов ферм или части стальной конструкции.

Что такое двутавровая балка? — Kloeckner Metals Corporation

Двутавровая балка представляет собой стандартный профиль из конструкционной стали, который служит важным каркасом в металлургии для различных конструкций. Например, двутавровые балки используются при строительстве мостов, гаражей, небоскребов, больниц и многого другого. Но что такого в их конструкции, что делает их таким качественным строительным материалом?

Загрузить нашу спецификацию конструкционной стали сейчас

Kloeckner Metals является поставщиком полного ассортимента стали и сервисным центром. Загрузите нашу спецификацию конструкционных листов и узнайте, что имеется в наличии у Kloeckner Metals.

Спецификация несущей плиты

Конструкция несущей балки

Все несущие балки имеют базовую конструкцию, включающую полки (иногда называемые стойками) и стенку (длинный вертикальный участок). Угол, соединяющий стенку с полками, называется скруглением.

Плоские полки в верхней и нижней части балки предотвращают изгиб, а стенка противостоит тупому усилию. Эти компоненты рассчитаны на то, чтобы выдерживать максимальную изгибающую нагрузку с использованием наименьшего возможного материала, и составляют основу для поддержки высоких нагрузок на подшипники.

Все балки имеют глубину, длину и толщину. Глубина балки – это расстояние от верха до низа. Ширина – это длина горизонтальных фланцев. Толщина относится как к стенке, так и к фланцам.

Типы двутавровых балок

Существуют небольшие различия между двутавровыми балками и балками, имеющими все одинаковые характеристики, включая двутавровые сваи, универсальные балки (UB), швеллерные балки и широкополочные балки. Хотя все они имеют I-образное поперечное сечение, а термин «универсальный» намекает на его широкое применение, следует отметить некоторые небольшие различия.

Двутавровые балки: Двутавровые балки имеют параллельные полки. Иногда эти фланцы сужаются. У двутавровых балок полки более узкие, чем у двутавровых свай и швеллерных балок/балок с широкими полками. В результате они могут выдерживать меньший вес и доступны в более коротких длинах — до 100 футов по сравнению с двутавровыми сваями и W-образными балками, длина которых может достигать 330 футов. I-образные балки являются разновидностью S-образных балок.
Двутавровые сваи: Двутавровые сваи также известны как несущие сваи, и они выглядят почти так же, как двутавровые балки, но они тяжелее. Обе они имеют параллельные поверхности полки, но у двутавровых свай более широкие опоры. Важно отметить, что двутавровые сваи имеют одинаковую толщину во всех сечениях балки и в результате способны выдерживать большие вертикальные нагрузки. Двутавровые балки представляют собой широкополочную балку.
W-образные балки / широкополочные балки: Подобно двутавровым сваям, W-образные балки имеют более широкие опоры, чем стандартные двутавровые балки. Однако они не обязательно имеют одинаковую толщину стенки и полки.

Различные металлы для двутавровых балок

Хотя двутавровые балки имеют стандартную форму из конструкционной стали, они также доступны в виде алюминиевой балки. Наиболее распространенной универсальной маркой алюминиевого металла для балок является алюминиевая балка 6061. Балки также изготавливаются из нержавеющей стали.

Что такое балочные опоры?

Опоры для балок — это дополнительные компоненты, которые делают строительный материал более безопасным и универсальным. Например, они позволяют соединять балки с другими балками, соединять балки с другими изделиями из конструкционной стали, центрировать нагрузки путем равномерного распределения веса, добавлять подъемники и другое подвесное оборудование или прикреплять провода для подвешивания осветительных приборов и других легких материалов.

Они могут крепиться к балке с помощью различных механизмов, таких как зажимы, винты, резьба и запрессовка. Опоры балки также могут крепиться в различных местах вдоль балки в виде нижнего крепления, верхнего крепления или нижнего центрального крепления.

Зажимы для двутавровых балок являются одними из самых популярных балочных опор.

Как рассчитываются балки из конструкционной стали?

Расчеты двутавровых балок прогнозируют устойчивость к изгибам и напряжениям. Глубина луча, которая также является высотой луча, и ширина являются основными определяющими факторами.

Другим распространенным расчетом двутавровых балок является рабочий калибр. Рабочий калибр обозначает расстояние, на котором болты и шайбы могут работать или устанавливаться с зазором от краев. Это пространство, необходимое между болтами. Например, при соединении балки с помощью болта с общим фланцем необходим рабочий калибр.

Какие марки стали наиболее популярны для изготовления двутавровых балок?

Как и другие профили из конструкционной стали, включая швеллеры, конструкционные трубы, конструкционные уголки и плиты из конструкционной стали, балки из конструкционной стали доступны в различных классах.