Двутавровая балка в строительной сфере

Пожалуй, самый известный, широко применяемый в строительной сфере фасонный металлопрокат — это стальной прокат под названием балка двутавровая. Его профильное сечение практически полностью похоже на лежащую боком литеру Н.

Благодаря такому сечению балка может выдерживать довольно большие вертикальные (на изгиб) и боковые нагрузки, а также на сжатие, скручивание и растяжение. То есть ее уникальное сечение позволяет балке работать практически во всех областях.

Описание и назначение

Все двутавровые балки изготавливаются путем проката на специальном прокатном стане в соответствии с нормативами, предписанными ГОСТ, поэтому имеют строго регламентированное сечение и структуру. Используя специальные таблицы, где указан сортамент этих изделий, можно свободно сделать расчет нужных параметров, необходимых для определенной конструкции двутавра.

Металлопрокатная промышленность выпускает много разнообразных видов балочного и колонного двутавра, которые по прочности и экономичности намного выигрывают у аналогичных балок квадратного или прямоугольного сечения, особенно по запасу большой прочности. Поэтому постоянно используются для возведения каркасных металлоконструкций при строительстве больших промышленных предприятий.

Преимущества

1. Выдерживают большие нагрузки практически во всех направлениях;
2. Намного легче сплошных металлических балок, которые имеют такие же характеристики по прочности;
3. Удобны для транспортировки, складирования и монтажа;
4. По сравнению со сплошными стальными балками вес двутавровой балки намного меньше, а значит, и меньше используется металла для ее изготовления;
5. При монтаже можно использовать ручную электродуговую сварку и газосварку;
6. Благодаря особому сечению, когда полки двутавра имеют одинаковый вынос в обе стороны от его центральной стенки, усилия, стремящиеся его скрутить практически минимальные, так как жесткость конструкции обеспечивается со всех его сторон.

Недостатки

1. Недостаточная стойкость против коррозии. Нужно делать специальное антикоррозийное покрытие;
2. Возможна деформация под воздействием высокой температуры;
3. При больших пролетах нужно дополнительно устанавливать опорные элементы в виде колонн.

Геометрические характеристики

1. (H) высота — расстояние между нижними и верхними полками;
2. (B) ширина — поперечная длинна полок;
3. (S) толщина стенки соединяющей верхние полки с нижними;
4. (t) средняя толщина полок — ближе к краю они уменьшаются по толщине, а к центру — увеличиваются, при этом увеличение идет внутрь двутавра. Средняя толщина рассчитывается по формуле B — S / 4 = t;
5. ® радиус закругления в точке примыкания стенки двутавра к его полкам. Благодаря утолщению и радиусному примыканию полок к стенке тавра возрастает его прочность, так как вся нагрузка приходится на его центр. При этом получается некоторая экономия металла, потому что усиление краев верхней и нижней плоскостей не имеет смысла;
6. ® внутренний уклон полок, который идет под прямым углом с расширением к стенке тавра.

От всех перечисленных параметров двутавра зависит его техническая характеристика, поэтому они четко указаны ГОСТом и строго соблюдаются при изготовлении. Двутавры с ровными без утолщения полками также делятся на определенные виды и имеют буквенное обозначение:

1. (Б) — балка нормальная.
2. (Ш) — балка широкополая.
3. (К) — балка колонная.
4. (М) — балка мостовая или монорельсовая.
5. (С) — балка строительная специальная.
6. (Д) — балка дополнительная.

Конструкция двутавра

По конструкции двутавровые балки имеют всего три вида, к которым относятся:

1. Тавры нормальные (обыкновенные);
2. Колонные;
3. Широкополочные.

Первый вид имеет центральное ребро жесткости от 100 до 600 мм. При этом их полки увеличенной толщины — это уменьшает нагрузку на центральное вертикальное ребро тавра от внешних усилий. Жесткость этой конструкции тавра сравнительно невысокая, поэтому обычный двутавр не может превышать длину более 19 м/п.

У широкополочных двутавров соотношение ширины полок к высоте составляет 1 к 2.5 — 1 к 1.16, что обеспечивает балкам высокую устойчивость и дает возможность использовать их как самостоятельную конструкцию. Естественно, что прочность этих балок намного выше обычных.

Самыми прочными из всех двутавров являются колонные балки. У них более мощное сечение, благодаря которому они могут выдерживать колоссальные нагрузки, измеряемые тоннами. Но это свойство, естественно, привело к их увеличению массы, которая намного больше первых двух видов, поэтому они часто используются только для монтажа опорных колон в каркасных конструкциях.

По методу изготовления двутавры делятся на горячекатанные и сварные.

Горячекатаные

Изготавливаются на металлургическом комбинате путем горячей прокатки на специальном прокатном стане из раскаленной до определенной температуры стальной болванки. Их достоинство выражается в полной монолитности изделия, на котором не присутствует ни один шов, простота и невысокая стоимость производства. Благодаря монолитности горячекатаный двутавр имеет самые высокие показатели надежности и прочности.

Процесс прокатки позволяет получить довольно качественные, с высокой точностью размеров изделия из металла. К недостатку можно причислить наличие на поверхности металла окалины после прокатки. Толщину стенок, из-за которых тавр имеет большой вес, по сравнению со швеллером аналогичного размера. Ограничение в размерах. Российские металлургические комбинаты прокатывают двутавры с шириной полок, которые не превышают 400 мм, и длинной не более 12 м/п.

Технические характеристики

На прочность прокатного горячекатаного тавра в первую очередь влияет:

1. Марка используемой стали. Например, при прокате двутавра для особо ответственных конструкций, а также для монтажа в суровых климатических зонах используется низколегированная сталь марки 09Г2С;
2. Длина всей конструкции с использованием двутавра;
3. Вид сечения тавра (прямой тип полок или с внутренним уклоном);
4. Толщина полок и вертикальной стенки;
5. Вид предполагаемой и фактической нагрузки;
6. Способ крепления двутавра.

Сварные

Иногда, в зависимости от обстоятельств, изготавливаются сварные двутавровые балки, которые практически являются аналогом горячекатаных тавров. Они довольно широко используются в строительстве при возведении различного вида инфраструктурных объектов, общественных, жилых и некоторых промышленных объектов.

Балки изготавливают путем соединения отдельных металлических полос на специальных стендах при помощи электросварки. Сварная балка, как и горячекатаная, может нести большие нагрузки и практически не поддается скручиванию, а и также имеет свои определенные свойства, преимущества и недостатки.

Достоинства сварного двутавра

Для заказчика существует возможность подобрать конструкцию нужного ему размера. Можно изготовить изделие с индивидуальными размерами по длине, ширине полок, и высоте тавра. По требованию заказчика сварную балку можно изготовить сразу с отверстиями под различные крепления и соединения, а также усилить, приварив дополнительные ребра жесткости.

Такая балка намного легче горячекатаной, и благодаря этому дополнительно экономятся определенные денежные средства, которые можно использовать на другие стройматериалы.

Недостатки

Наличие сварных швов, что в некоторой степени понижает прочность практически всей конструкции, особенно если сварка выполнялась ручным способом. Правда, в этом случае тавр может быть усилен дополнительными ребрами жесткости, которые привариваются между полками к стенке двутавра.

При дополнительном усилении используются металлические пластины (косынки), а это приводит к перерасходу материала, который стоит определенных денег и, естественно, стоимость сварного изделия увеличивается на определенную сумму.

Этапы изготовления

1. Производится разметка, раскройка и рубка металлических листов с помощью гильотины;
2. Для улучшения провара на полосе, предназначенной для стенки тавра, снимаются под определенным углом фаски;
3. Приготовленные заготовки собираются в конструкцию на специальном сборочном столе и жестко фиксируются в заданном положении. На этом же столе закреплен специальный сварочный станок с набором сварочных головок, которые осуществляют сварочные работы, перемещаясь вдоль собранной балки;
4. При надобности на готовом изделии производится правка, сверление определенных отверстий и торцовка;
5. После сварных и всех дополнительных работ с помощью пескоструйного оборудования производится тщательная зачистка сварных швов, а сама балка очищается от ржавчины, мазута, и грязи;
6. На готовое изделие наносится специальное лакокрасочное покрытие.

Применение

Основная отрасль, где применяется двутавр — это строительство крупных промышленных и больших торгово-развлекательных комплексов. Тавровые балки широко используются для возведения опорных и несущих элементов различных металлических конструкций эстакад, мостов, различных путепроводов, а также для монтажа большепролетных перекрытий. Наверное, не найдется ни одного инженерного сооружения, где бы не использовались металлические двутавровые балки.

Они могут принимать на себя вертикальную и одновременно поперечную нагрузку, передавая ее на капитальные стены, колоны или еще на какие-либо опоры.

Из двутавров специального назначения изготавливаются буровые платформы и укрепляются шахтные выработки, где существуют особо большие нагрузки. Можно смело заявить, что без использования стального двутавра на данный момент не сможет обойтись ни одна ответственная строительная конструкция.

Виды и особенности

18 двутавр является первым представителем большого семейства стальных двутавровых балок, используемых в строительстве объектов самого различного уровня сложности и ответственности. Это самый широко используемый двутавр, который применяется при возведении как серийных промышленных предприятий, так и при строительстве уникальных сооружений в виде различных индивидуальных конструкций.

Он используется и в других сооружениях, где существует необходимость для обеспечения необходимой жесткости и прочности какой-либо металлической конструкции, которая сама по себе должна быть небольшого веса. Также 18 двутавр применяется для создания определенных направляющих линий для движения промышленных подъемных систем (монорельсы под грузовые тали).

Тавр может изготавливаться из углеродистых, а также низколегированных сталей общего назначения.

Вес и параметры

В принципе параметры любого проката являются показателям для его использования под определенные нагрузки в различных строительных и производственных сферах. 18 двутавр, по точности проката может принадлежать к категории (А), которая относится к повышенной точности. Ее отклонение от заданных по ГОСТ размера, может быть в пределах ±0,2%.

Также балка может быть категории (В) — это категория обыкновенной точности с допуском ±0,5%. Обычно изготавливается из низкоуглеродистой стали, в которой содержание углерода составляет примерно 0,3%. Но для повышения ее прочности сталь для 18 двутавра может дополнительно легироваться.

Категория А:

1. H — 180 мм — высота двутавра;
2. B — 100 мм — ширина полок;
3. S — 5.1 мм — толщина вертикальной стенки;
4. t — 8.3 мм — внутренний уклон полок;
5. m — 19.92 кг — масса 1 м/п;
6. 50.2 м/п — в 1 тонне.

Изготавливается по ГОСТ 8239–89 .

Категория В:

1. H — 180 мм;
2. B — 90 мм;
3. S — 5.1 мм;
4. t — 8.1 мм;
5. m — 18.35 кг м/п;
6. 54.5 м/п — в 1 т.

Внутренний уклон полок двутавра No18 соответствует 6−12%, а номер обозначает, что высота его профиля соответствует 18 см.