двотавр

  1. Нормативні документи на двутавр
  2. Маса двотаврової балки
  3. Конструкція двотаврової балки і особливості її пристрою
  4. Особливості пристрою двотаврової балки
  5. Що таке міцність двотавру
  6. висновок

Двотаврова балка, або в просторіччі двутавр, поряд зі швелером і сталевим куточком є ​​одним з основних видів металопрокату, які використовуються в будівництві, виготовленні сталевих конструкцій як несучих, так і допоміжного призначення. Завдяки оптимальному співвідношенню «вага двотавру - поздовжня жорсткість» прокат широко використовується в якості основних конструкційних елементів для мостових прольотів, ферм, опорних збірок і залізобетонних плит перекриття.

Завдяки оптимальному співвідношенню «вага двотавру - поздовжня жорсткість» прокат широко використовується в якості основних конструкційних елементів для мостових прольотів, ферм, опорних збірок і залізобетонних плит перекриття

Нормативні документи на двутавр

Двотавр являє собою композицію з центральної вертикальної плоскої балки і двох опорних полиць, верхній і нижній. Технологія виготовлення прокату така, що в ній немає зварних швів, тому спочатку в конструкції немає залишкових напружень і пластичних деформацій. Тому спрощується розрахунок будівельних конструкцій на несучу здатність, досить правильно визначити умови прикладання навантаження. Інші дані, момент опору, довжину і масу - з таблиці сортаменту.

На сьогодні двутавр випускається в декількох виконаннях за наступними стандартами:

  • Двотавровий проліт загальнотехнічного і спеціального призначення відповідно до ГОСТу №19425-74;
  • Балки сталеві гарячекатані ГОСТу № 8239-89;
  • Двотаврові балки сталеві спеціального призначення у визначенні ГОСТів №535-88 і №19425-74.

До відома! Крім державних стандартів, багато металургійних підприємства випускають двутавр за власними технічними СТО, які можуть відрізнятися від норм, встановлених ГОСТом.

Міцність і несуча здатність конструкційного елемента залежить від ваги прокату, розмірів полиць і взаємних пропорцій профілю. Найпростіше визначити вагу 1 метра двутавра з таблиці, наведеної в сортаменті або будь-яких машинобудівних довідниках. Як правило, нормативної вважається довжина балки, що дорівнює 13 м, але на практиці довжину прокату визначають замовники, тому металобази і заводи-виробники можуть для потреб логістики та перевезення реалізувати більш широкий діапазон розмірів. Найчастіше важкі двотаврові прогони купуються відрізками 10 м і 4 м. Більш легкі балки нарізаються відрізками, кратними 4 м.

Маса двотаврової балки

Якщо планується закупівля прокату для малобюджетного будівництва, наприклад, елінгу або складського приміщення, буде корисним знати масу балки в стандартному відрізку. Відразу варто обмовитися, що фахівці транспортних компаній оперують тоннами, а проектувальники - довжинами двотаврового прокату. Тому на питання, скільки важить двутавр 30 метричний, в першому випадку відповідь буде - 27 метрів в тонні, в другому - 36,5 кг, маючи на увазі масу одного метра.

Наскільки відрізняються погонні маси балок сусідніх розмірних рядів? Вага 1 метра двутавра 27 складе всього 31,5 кг. Для наступного розміру №33- маса 42 кг, а вага двутавра 40 - вже 57 кг.

Виходить, що зі збільшенням розміру прогону маса і момент опору зростає значно швидше, ніж геометрична висота. Для порівняння наведемо співвідношення мас і розмірів балок, широко використовуваних в домашньому будівництві:

  • Двотавр 12 вага 1 метра становить 11,5 кг, момент опору - 39,7 см3;
  • Двотавр 14 вага 1 метра -13,7 кг, момент - 81,7 см3;
  • Двотавр 16 вага 1 метра - 15,9 кг, момент опору становить 109 см3;
  • Двотавр 18 вага 1 метра - 18,4 кг, момент щодо підошви профілю - 143 см3.

Маса двотаврових балок будівельної групи, які використовуються в промисловості, при зведенні силових каркасів, перекриттів багатоповерхових будівель і мостів:

  • Двотавр 20 вага 1 метра 21кг, момент опору - 184 см3;
  • Двотавр 24 вага 1 метра 27 кг, момент опору - 289 см3;
  • Двотавр 30 вага 1 метра 36,5 кг, момент опору - 482 см3;
  • Двотавр 40 вага 1 метра 57 кг, момент опору - 953 см3.

Людина наглядова відразу помітить, що номерне позначення прокату фактично відповідає його висоті. Розмірний ряд складений так, що кожний наступний профіль збільшує момент інерції або момент опору на 10%. Розмірний ряд висот двотаврових балок від 10 до 40 йде з кроком в 3 мм, для профілю вище 40 см крок збільшується до 5 мм.

Конструкція двотаврової балки і особливості її пристрою

Пристрій двотавру наведено на схемі. Для визначення властивостей і характеристик в Гості і сортаменті використовуються як мінімум чотири додаткові характеристики:

  • Розташування полиць - паралельне або з ухилом;
  • Розміри горизонтальних полиць двотавру щодо вертикальної стійки;
  • Вага 1 метра двутавра і нормативна довжина прокату;
  • Клас точності виготовлення профілю, підвищена точність маркується літерою «А», звичайна або звичайна - літерою «В».

Розташування полиць - паралельне або з ухилом;   Розміри горизонтальних полиць двотавру щодо вертикальної стійки;   Вага 1 метра двутавра і нормативна довжина прокату;   Клас точності виготовлення профілю, підвищена точність маркується літерою «А», звичайна або звичайна - літерою «В»

Крім того, сортаментом виділена в окремі категорії висота і ширина вертикальної перемички. На перший погляд, ці параметри теж мають досить вагомий внесок в міцність і жорсткість профілю, насправді їх приводять тільки для того, щоб знати геометричні розміри балки при проектуванні конструкції. Суттєвого доповнення вертикальна перемичка не вносить, мало того, в деяких замовних марках прокату сталеві балки виготовляються з великою кількістю отворів у вертикальній перемичці.

Особливості пристрою двотаврової балки

Основним документом, що визначає конструкцію прокату, є ГОСТ 19425-74. Державний стандарт описує всі використовувані в будівництві марки двотаврових балок. Зрозуміло, що одну і ту ж балку не використовують для будівництва опор або в якості підвісних напрямних для шахтного устаткування. Відповідно до вимог нормативного документа всі профілі поділяють на кілька категорій:

  • Балки нормального виконання з паралельним розташуванням полиць, в позначенні прокату використовується літера «Б»;
  • Узкополочний профіль, застосовується для виготовлення складових прольотів великої довжини, в позначенні присутня літера «У»;
  • Широкополочні плоскопараллельние балки зі збільшеними розмірами верхніх і нижніх поличних елементів, літера «Ш»;
  • Спеціальні види профілю: «Д» - додаткові, з шириною, що займає проміжне значення між нормальною і широкої серією.

Балки нормального виконання з паралельним розташуванням полиць, в позначенні прокату використовується літера «Б»;   Узкополочний профіль, застосовується для виготовлення складових прольотів великої довжини, в позначенні присутня літера «У»;   Широкополочні плоскопараллельние балки зі збільшеними розмірами верхніх і нижніх поличних елементів, літера «Ш»;   Спеціальні види профілю: «Д» - додаткові, з шириною, що займає проміжне значення між нормальною і широкої серією

Крім перерахованих видів, існують також колонний профіль - «К», з максимальною шириною полки, що дорівнює висоті вертикальної перемички, і «М» - спеціальні двотаврові балки, використовувані в якості підвісної системи опор вагонеток.

Крім перерахованих видів, існують також колонний профіль - «К», з максимальною шириною полки, що дорівнює висоті вертикальної перемички, і «М» - спеціальні двотаврові балки, використовувані в якості підвісної системи опор вагонеток

Зрозуміло, що особливості конструкції впливають на такі характеристики, як маса одного метра і момент опору. Для спрощення ситуації порівняємо зміна в масі двотаврових балок нестандартного виконання. Наприклад, вага 1 метра двотавру 20Б1 дорівнює 21,3 кг, а вага 1 метра двотавру 20Ш1 з широкими полицями майже на 30% більше-30,6 кг. Аналогічно двутавр 25ш1, вага 1 метра дорівнює 44 кг, а в нормальному виконанні вага 1 метра двотавру 25б1-всього 25,7 кг. Різниця більш ніж істотна.

Для ілюстрації можна подивитися нестандартного двотавру категорії «М» - двутавр 24м, вага 1 метра становить 38кг, двотаврова балка аналогічної висоти, але в нормальному виконанні важить всього 27кг.

Що таке міцність двотавру

Двотаврова балка була задумана, як конструкційний або будівельний елемент з оптимальним розподілом напружень в профілі. Чому так важливо знати всі наведені елементи двотавру? Від геометрії, розмірів і взаємного розташування горизонтальних і вертикальних елементів залежить основна характеристика двотавру - момент опору. Умовно її можна уявити, як площа перетину двутавра, помножену на відстань від підстави до геометричного центру Н-подібної фігури.

Зрозуміло, що найбільшим моментом опору буде мати профіль не з найбільшою масою, а той, у якого площа перетину віднесена на максимальну відстань від нижньої полиці. Ось тому двотаврові балки такі різні.

Основний внесок в міцність балки на вигин належить горизонтальним полкам. Класичний спосіб застосування полягає в тому, щоб змусити її працювати на вигин з максимальним навантаженням горизонтальних елементів. Для ілюстрації можна скористатися наведеною вище таблицею і порівняти момент опору двутавра в вертикальному і горизонтальному напрямку. Можна побачити, що при вигині щодо осі X двотавровий прокат чинить опір майже в два рази сильніше, ніж при навантаженні навколо осі Y.

Можна побачити, що при вигині щодо осі X двотавровий прокат чинить опір майже в два рази сильніше, ніж при навантаженні навколо осі Y

Виняток становлять профілі категорії «Ш» і «К». Для широкополочних двотаврових балок момент опору по обох осях має приблизно порівнянне значення. Такий профіль встановлюється в конструкціях, де умови навантаження більш складні, ніж простий вигин. Широкополковий двутавр здатний сприймати складну просторову навантаження без втрати стійкості.

Широкополковий двутавр здатний сприймати складну просторову навантаження без втрати стійкості

Прокат категорії «К», або колонні профілі взагалі випадають із загального ряду двотаврових балок. Їх використовують в першу чергу в якості опорних елементів - паль або колон, тому для оцінки несучої здатності застосовується в першу чергу момент інерції, що характеризує стійкість профілю при осьової навантаженні. Розміри полиць і вертикальної перемички підібрані так, щоб при навантаженні по поздовжній осі профілю двотаврова балка була навантажена рівномірно і не вигиналася дугою.

Розміри полиць і вертикальної перемички підібрані так, щоб при навантаженні по поздовжній осі профілю двотаврова балка була навантажена рівномірно і не вигиналася дугою

Балки серії «К» можуть використовуватися в якості несучих колон при зведенні великих складських приміщень, в малоповерховому будівництві, особливо якщо будинок доводиться встановлювати на ділянці зі складним рельєфом і великим ухилом. В цьому випадку колони зв'язуються безпосередньо з елементами пальового фундаменту.

Окремо варто згадати двутавр категорії «М», один з найбільш затребуваних в приватному будівництві. По суті, двотаврова балка застосовується в якості опорного монорельса для підвісного транспорту. Нижня полиця виготовляється збільшеної товщини і з мінімальним розміром галтелів. Такі балки зручно використовувати для складання будь-яких домашніх конструкцій, вони легше і міцніше двотавру звичайного виконання.

Такий профіль ідеально підходить для виготовлення стельового перекриття в гаражах, сараях, господарських та підсобних приміщеннях, де потрібна висока міцність стельової плити. Двотаврові балки укладаються на стіни з кроком 80-100 см, а проміжки між прокатом заповнюються бетонними плитами або відрізками азбестоцементних труб.

висновок

Як матеріали для виготовлення двотаврових балок застосовується звичайна конструкційна сталь Ст3-Ст5. Завдяки цьому профіль відмінно ріжуться, свердляться, зварюються електрозварюванням, не змінюючи своїх основних характеристик. Гарячекатані балки за рахунок вторинної термообробки мають більш високу міцність, ніж рядові, але такий прокат коштує дорожче і вимагає відпалу і нормалізації перед використанням в відповідальних конструкціях.

Що ще почитати по темі?

Наскільки відрізняються погонні маси балок сусідніх розмірних рядів?
Чому так важливо знати всі наведені елементи двотавру?
Що ще почитати по темі?