Двутавр: описание, виды, характеристики

Двутавр: описание, виды, характеристики
02.06.21

Двутавровые балки — это продукция из металла, которая имеет особый профиль. Она производится из углеродистых и низколегированных марок сталей. Сфера применения этой металлической продукции огромна, однако чаще всего ее можно увидеть в строительстве, судостроении и мостостроении. Из него изготавливают конструкции, которым необходимо придать жесткость.

Описание

Основная особенность двутавровой балки — ее форма. Это придает ей уникальные физические и технические характеристики

Еще одна особенность двутавра, на которую влияет форма, — высокая прочность как к динамическим, так и к статическим нагрузкам.

Металлический двутавр в семь раз прочнее и в 30 раз жестче, чем такой же по весу прямоугольный или квадратный профиль. А жесткость зависит от длины, толщины стенки.

Все виды металлических двутавров изготавливаются в строгом соответствии с требованиями ГОСТ и ТУ, поэтому они имеют строго регламентированную форму и для их производства используются определенные марки стали. Благодаря этому, имея нужную документацию, можно рассчитать необходимые размеры и параметры двутавров, необходимых для той или иной конструкции.

Основными геометрическими характеристиками считаются:

  • высота – это расстояние между двумя плоскими площадками, которые называют полками, в сечении двутаврового профиля;
  • ширина – равна длине полок;
  • толщина стенки – толщина средней плоскости, находящейся между двумя полками. Этот параметр считается одним из наиболее важных, так как от него зависят несущая способность, прочность двутавра;
  • средняя толщина полки. Они у двутавровой балки не прямоугольные, а имеют неправильную форму. К концам полки сужаются, а в середине, в месте примыкания ее к стенке, расширяются во внутреннюю часть. Поэтому средняя толщина полки рассчитывается по формуле ширина полки минус толщина стенки, деленная на 4;
  • радиус внутреннего закругления – это параметр закругления полки в том месте, где она примыкает к стенке. Полка примыкает не под прямым углом, а по радиусу, поэтому возрастают прочностные характеристики;
  • радиус закругления полки. Поскольку на концах полки большая толщина не требуется, а основная нагрузка приходится на центр балки, и полки сужаются по радиусу.
  • уклон внутренней части полки. Полка также может идти под углом по внутренней части, становясь шире к центру.

От этих параметров зависят характеристики двутавровой балки, поэтому все они указываются в ГОСТе и должны выполняться в строгом соответствии с ними.

Также все двутавровые балки разделяют по классу прочности: с маркировкой В — обычные изделия, а А — усиленные.

Изготовление

Сварные двутавровые балки изготавливаются из листового металла. Качество зависит от того, какое сварное оборудование использовалось при производстве. При изготовлении проводятся такие операции:

  1. Раскройка стальных листов на станках с ЧПУ. В более редких случаях для этого используется оборудование для термической резки.
  2. Сварка заготовок на автоматизированных линиях с помощью гидравлических прижимов.
  3. Правка для придания нужной геометрической формы.

Также двутавры могут быть и горячекатаными, то есть при их изготовлении сварка не используется.

Двутавры, которые изготовлены с использованием старого оборудования из малоуглеродистых марок стали, обладают низкими эксплуатационными характеристиками. Изготовленные на современных станках сварные двутавровые балки не уступают по своим параметрам горячекатаным аналогам. При соблюдении технологии изготовления с их помощью будут достигнуты требуемые условия для возведения различных конструкций.

Использование сварки при изготовлении таких металлических изделий позволяет изготовить балки с различной шириной, а также толщиной полок. Можно заказать двутавр необходимой длины, с уже готовыми для отверстиями, вырезами для закрепления конструкции.

Преимущества и недостатки

Достоинства горячекатаных изделий:

  • монолитность;
  • отсутствие швов;
  • удобство монтажа;
  • высокие показатели прочности, надежности.

Недостатки горячекатаной продукции:

  • большая толщина стенок. Из-за того, что стенки изделий утолщены, масса самого изделия также увеличивается, из-за чего увеличивается и масса всей конструкции. Из-за этого возможно повышение расходов при строительстве (например, при заливке армированного пояса или фундамента); 
  • ограниченность размеров. На заводах изготавливаются балки, ширина полки которой, как правило, не больше 400 мм. К тому же они производятся строго определенной длины. Стоимость может возрасти, если нужен двутавр меньшего размера, который потребуется резать.

Плюсы сварных изделий:

  • возможность подбирать необходимые размеры. Это позволяет заказывать балки нужной длины, с требуемой шириной полки, высотой стенки. Благодаря этому платить можно только за нужный объем стройматериалов;
  • при изготовлении производитель может использовать разные материалы при выполнении стенки, полок. Благодаря этому готовое изделие можно сделать более легким, при этом его прочность сохранится;
  • дополнительные конструкционные особенности. В зависимости от запросов заказчика сварная балка может изготавливаться с разными полками, соединениями. Дополнительно она может усиливаться ребрами жесткости, перфорироваться, а также иметь «нестандартный» состав — например, биметаллический;
  • относительно небольшой вес. Сварная балка — более легкая конструкция по сравнению с горячекатаной, поэтому можно сэкономить на фундаментных работах, при возведении стен.

У сварных балок есть и недостатки:

  • наличие швов, из-за чего прочность всей конструкции снижается. Еще ниже она становится при наличии у изделия дефектов. При необходимости можно усилить сооружение ребрами жесткости;
  • требуется использовать дополнительные детали. Например, для усиления может использоваться арматура или другой материал. На это требуются затраты денег и времени.

Где используются двутавры

Изделия используются в разных областях строительства — как частного, так и многоэтажного. Например, их часто применяют в качестве несущих элементов конструкций:

  • колонн;
  • элементов перекрытий;
  • подвесных путей;
  • каркасов шахт, тоннелей;
  • конструкций рам вагонов, автомобилей, спецтехники.

В конструкциях средненагруженных ферм обычно применяют широкополочный двутавр. Чтобы снизить себестоимость постройки без сокращения прочности сооружения, требуется крайне точный расчет, а также подбор подходящих балок. 

При использовании перекрытий из балок такого профиля опорой становятся железобетонные, кирпичные или металлические стены (колонны). Монтаж опалубки, а также сооружение опор производят с использованием специального измерительного оборудования. Двутавры устанавливаются на опоры таким образом, чтобы они заходили на опору хотя бы на 20 см.

При проведении стыковки элементов применяется требование СП 16.13330.2011. В нем указываются три способа:

  1. Сваркой встык профрезерованных торцов.
  2. С помощью накладок.
  3. С использованием фланцев и болтов.

Также двутавры применяют при возведении жилых, производственных помещений, ангаров, технических сооружений и проч.