Двутавр – самый востребованный тип металлопроката

В первую очередь, важно отметить, что по методу их изготовления различают сварные и горячекатаные двутавровые металлические балки. Горячекатаные балки создаются посредством прокатки стали, во время которой металлической заготовке придается характерная двутавровая форма.

Двутавровые балки: виды и размеры

Двутавровые балки представляют собой один из самых популярных видов металлопроката. Несмотря на свою простую геометрическую форму, ассортимент двутавров варьируется по размеру и конструкционным характеристикам.

Вот несколько распространённых разновидностей двутавровых балок:

• Строительные dvutavrы, используемые в процессе возведения несущих конструкций, а также в каркасах зданий, колоннах и перекрытиях. Эти балки способны выдерживать значительные нагрузки, равномерно распределяя их по всей поверхности, что придаёт прочность и долговечность всему сооружению.
• Мостовые двутавры предназначены для строительства мостов и виадуков. Они применяются в конструкциях с большими пролетами и должны выдерживать интенсивные транспортные нагрузки.
• Промышленные двутавры используются при создании различного оборудования и механизмов. Эти профили имеют повышенные требования к прочности, чтобы справляться с рабочими нагрузками в процессе производства.
• Балки, применяемые для мостовых кранов и подъемных механизмов, таких как манипуляторы и краны. От них требуется высокая устойчивость к нагрузкам для безопасного перемещения крупногабаритных и тяжёлых грузов.
• Автомобильные и железнодорожные двутавры служат элементами шасси, рам и других структурных частей вагонов и машин. Они должны быть устойчивыми к различным механическим нагрузкам, таким как удары и вибрации.

Виды двутавровых балок

Представленный профиль делится на виды в зависимости от его сечения и других геометрических характеристик, соответствующих различным государственным стандартам.

В ассортимент двутавровых балок входят:

• Стандартные, которые соответствуют нормам IPE, HEA, HEB. Их конструкция включает вертикальные стержни с горизонтальными фланцами, и в сечении они имеют прямоугольную форму. Эти балки являются наиболее распространёнными.
• Американские W-балки характеризуются более широкими фланцами и общей более тяжёлой конструкцией по сравнению с предыдущим типом. Они маркируются буквой «W», за которой следует указание размеров.
• Европейские сварные балки H-образного сечения обладают повышенными прочностными характеристиками и устойчивостью, поэтому часто используются в строительстве мостов, промышленных и жилых зданий.
• Японские или JIS-двутавры имеют прямые и четкие края на фланцах и отличаются высокой стойкостью к изгибу.
• Канадские S-балки равномерно распределяют нагрузку по всей металлоконструкции, при этом внутренние грани полок имеют наклон.

Сфера применения стального двутавра

В отличие от обычного тавра или уголка, двутавр выделяется высокой прочностью и надёжностью. Благодаря своей уникальной конструкции он способен выдерживать значительные статические и динамические нагрузки. Стальной двутавр подходит для строительства как вертикальных (например, опоры и стеновые элементы), так и горизонтальных (настилы и перекрытия) конструкций. В частности, он широко используется в строительстве каркасных зданий и сооружений различных типов: производственных, общественных, административных, коммерческих и жилых.

Двутавры также находят очень широкое применение в таких отраслях, как: машиностроение, мостостроение, судостроение, вагоностроение и автомобилестроение.

Двутавровые металлические балки идеально подходят для возведения высотных зданий, автомобильных и железнодорожных мостов. Они также используются для создания опор в горнодобывающей промышленности и сельском хозяйстве.

Оптимальные эксплуатационно-технические характеристики достигаются за счёт пространственной формы двутавра. Предел прочности и степень жесткости зависят от толщины стенок балки.

Классификация двутавровых балок

Действующие ГОСТы на типы балок были разработаны на основе теоретических и экспериментальных исследований, направленных на выявление наиболее рациональных типов фасонных профилей и их градации по частоте.

Двутавр по ГОСТу 8239-89

Двутавр нормальный (Б)

Двутавр широкополочный (Ш)

Двутавр колонный (К)

Классический двутавр, имеющий уклон внутренних граней полок от 6 до 12% (по ГОСТ 8239-89), используется преимущественно в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в композитных сечениях колонн. Применение в качестве сжатых элементов (стоек, колонн) менее эффективно из-за невысокого момента инерции. Балки в сортаменте обозначаются номерами, которые соответствуют высоте профиля в сантиметрах.

Двутавры с параллельными гранями полок (по ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93) изготавливаются в трёх основных типах: нормальные балочные (Б), широкополочные (Ш) и колонные (К). Двутавры типа Б выпускаются с высотой до 1000 мм и шириной полок до 320 мм. Двутавры типа Ш имеют высоту до 1000 мм и максимальную ширину полок 400 мм. Двутавры типа К, которые оптимально используются в колоннах зданий, имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 с максимальными размерами 400х400 мм.

Классификация двутавра по назначению

Данный металлопрокат производится с учётом конкретных условий эксплуатации. В зависимости от условий монтажа и работы, выделяют следующие виды двутавровых балок:

• Балочные. Они предназначены для работы в условиях воздействия изгибающих моментов (растягивающих нагрузок). Обычно, такие балки применяются для горизонтального крепления с возможной фиксацией строительных материалов и конструкций на их поверхности. В зависимости от соотношения ширины полок к высоте, балочные двутавры делятся на нормальные и широкополочные. Нормальные двутавры характеризуются большим отношением высоты профиля к ширине полок, в то время как широкополочные балки имеют ширину полок, превышающую высоту профиля.

Сортамент горячекатаной балки двутавровой

Горячекатаные двутавровые балки изготавливаются со полками, которые могут иметь внутренний уклон или быть без него. Первый тип производится по устаревшему ГОСТ 8239-89, который в настоящее время утратил свою силу. Тем не менее, такой профиль всё еще доступен в продаже.

Для производства данного металлопроката используется конструкционная углеродная сталь обыкновенного качества.

• Балты с уклоном должны изготавливаться с наклоном внутренней поверхности полок от 6 до 12 градусов от внешней грани до основания стенки балки.

Основные размерности профилей с наклонными гранями:

• Высота двутавра полная: от 100 до 200 мм;

Основные размеры горячекатанной балки двутаврового типа с параллельными гранями полок:

• Высота полная: 100-700 мм;

Основные размеры широкополочного двутавра с параллельными полками:

• Высота полная: 200-1000 мм;

Ассортимент двутавровых балок включает изделия, которым в маркировке присваивается определённый номер. Каждый номер обозначает десятикратное уменьшение полной высоты профиля от нижней до верхней полки. Например, если двутавр стальной горячекатаный с угловыми гранями имеет номер №20, то его фактическая высота составляет 200 мм.

Вес двутавровой балки рассчитывается путем умножения площади сечения изделия на плотность металла (справочная плотность равна 7,85 г/см³) и на её длину. Сечение указывается в таблицах соответствующих ГОСТов.

Горячекатаные двутавры должны выпускаться в мерной (от 6 до 24 метров) и немерной длине (от 4 до 24 метров). Также возможно предоставление отрезков изделий, кратных мерной длине двутавровой балки.

Характеристики и технология производства сварного двутавра

Внешний вид сварного двутавра переменной высоты

Сварная двутавровая балка по своим геометрическим характеристикам аналогична двутавру с параллельными гранями полок. Обычно такие изделия производятся на малых заводах, занимающихся металлоконструкциями, и других предприятиях по обработке металлов. В качестве исходного материала для таких изделий используется листовая сталь, которая сваривается методом автоматической сварки под флюсом. Как правило, производство сварного двутавра имеет мелкосерийный или индивидуальный характер, что отражается на его стоимости.

Тем не менее, этот метод обладает следующими преимуществами:

• помимо изделий, соответствующих ГОСТ 26020, возможно изготовление любых типов двутавров по индивидуальным чертежам заказчика;
• существуют технологии, позволяющие создавать двутавры с усиленными элементами: определённые участки стенок или полок могут быть утолщены, что даёт возможность производить балки, отвечающие конкретным проектам с учётом заранее просчитанных нагрузок;
• также возможно создание биметаллического двутавра, элементы которого изготовлены из различных марок стали.

Применение двутавра

Памятник строителям небоскребов в Нью-Йорке, обедающая на двутавровой балке.

Двутавр, обладая хорошими сопротивлением к изгибам, находит основное применение в строительстве. Он используется для обустройства балок в частных домах, вспомогательных постройках, в конструкции как гражданских, так и промышленных объектов, в мостостроении и различных других отраслях. Двутавр играет важную роль в конструировании сильно нагруженных зданий и сооружений, таких как небоскребы и другие высотные здания.

Двутавр в конструкции подвесной кран-балки

Машиностроение является ещё одним значительным потребителем двутавровых балок. Специальные виды двутавров используются для укрепления горных выработок, а также при оборудовании подвесных путей для лебёдок и другого подъемно-транспортного оборудования на заводах, автомойках, в мастерских и на прочих промышленных объектах.

Геометрические характеристики

• Высота – это расстояние между двумя горизонтальными плоскостями, называемыми полками, в сечении двутаврового профиля.
• Ширина – это длина полок двутавровой балки.
• Толщина стенки – это толщина средней плоскости, находящейся между полками. Этот параметр имеет ключевое значение, так как от толщины стенки напрямую зависит несущая способность и прочность двутавра.
• Средняя толщина полки – полки двутавра имеют не прямоугольную, а более сложную геометрическую форму. К их концам они сужаются, а в середине, в месте соединения с стенкой, расширяются внутрь. Таким образом, средняя толщина полки рассчитывается по формуле: ширина полки минус толщина стенки, деленная на четыре.
• Радиус внутреннего закругления – это параметр, описывающий закругление полки в том месте, где она примыкает к стенке. Благодаря тому, что полка соединяется с стенкой не под прямым углом, а по радиусу, её прочностные характеристики улучшаются. Радиус закругления полки также учитывает, что на концах полки не требуется такая большая толщина, и нагрузка в основном передаётся на центральную часть балки.
• Уклон внутренней части полки – при этом полка может быть расположена под определённым углом по своей внутренней части, расширяясь к центру.

Все эти параметры напрямую влияют на технические характеристики двутавра, поэтому их соблюдение должно строго соответствовать установленным нормам, прописанным в ГОСТах.

Применение двутаврового металлопроката

Бурное развитие строительной отрасли в последние десятилетия вызвало необходимость в усовершенствовании и оптимизации методов производств металлических двутавровых балок, в результате чего сфера их применения заметно расширилась. Сегодня двутавры используются как в малоэтажном частном строительстве, так и в крупных коммерческих и промышленных проектах, а также в тяжёлом машиностроении.

Где применяется Н-образный стальной прокат

В ходе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что двутавровые балки оптимально воспринимают нагрузки на изгиб, благодаря чему их целесообразно использовать в качестве несущих элементов в таких конструкциях:

• металлические балки перекрытий зданий;
• колонные металлические конструкции;
• сооружения мостов;
• подвесные пути;
• рамные конструкции вагонов, автомобилей, экскаваторов и других транспортных средств;
• арматурный каркас стен шахт.

Широкополочный двутавр может использоваться для создания колонн и стержней средненагруженных ферм, тогда как колонный двутавр применим исключительно в случаях больших пролетов и значительных нагрузок (на фотографии представлена колонная двутавровая балка).