Список разделов

Двутавровые балки металлические и деревянные: особенности и характеристики



От прочности и выносливости несущих конструкций зависит не только срок службы постройки, но и безопасность людей. Именно поэтому при проектировании зданий и сооружений особое внимание уделяется расчету балочных систем.

балки металлические двутавровые

В силу своих конструктивных особенностей, двутавровая балка обладает высокой прочностью и может эффективно противостоять изгибу, скручиванию и осевым нагрузкам (растяжение, сжатие).

В данной статье будут подробно рассмотрены материалы, виды и технические характеристики двутавров. Поскольку расчет и проектирование любой металлоконструкции требуют знания справочных данных, в статье также приводятся таблица размеров и весов стальных и деревянных двутавровых балок, со ссылкой на соответствующие ГОСТы.

Особенности и преимущества двутавровой конструкции

Свое название балка двутавровая получила благодаря «Н»-образному поперечному сечению. В отличие от таврового проката, она имеет две параллельных плоскости, что более чем в два раза повышает ее сопротивление изгибу, крутящим моментам и осевым нагрузкам. Помимо этого, «Н»-образный профиль обладает высокой жесткостью и устойчивостью к деформации.

Еще одним преимуществом двутавровых профилей является то, что при укладке одного на другой несущая способность сборной балки увеличивается в 3-4 раза.

Благодаря своим эксплуатационным свойствам, двутавровые балки различных конструкций получили самое широкое распространение в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Использование изделия позволяет существенно снизить вес конструкции и увеличить ее несущую способность.

Важно! Временное сопротивление при разрыве двутавров и цельнометаллического профиля соответствующих размеров практически не различаются, в то время как вес двутавровой балки в 10 раз меньше.

Виды и применение

Существует несколько разновидностей двутавра, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Область применения той или иной модификации определяется конструктивными особенностями, способом изготовления и используемым материалом.

Балки двутавровые горячекатаные

Стальной двутавровый покат разделяется на две разновидности: балки, полки которых имеют параллельные грани (ГОСТ 26020-83) и балки, имеющие на внутренних гранях уклон от 12 до 16% (ГОСТ 8239-89и ГОСТ 19425-74).

Двутавровые балки с уклоном внутренних граней

Балки с уклоном внутренних граней, согласно ГОСТ 8239-89, выпускаются в двух исполнениях:

  • «Б» - повышенной точности;
  • «В» - обычной точности.

Область применения специальных балок с уклоном внутренних граней регламентируется ГОСТом 19425-74 и имеют соответствующую маркировку:

  • «М» - Наклон внутренней грани не превышает 12%. Применяются при устройстве подвесных рельсовых путей для мостовых кранов;
  • «С» - Наклон до 16%. Чаще всего применяются для укрепления стволов шахт и изготовления особо ответственных конструкций.

Балка с параллельными гранями полок

Согласно ГОСТ 26020-83, высота горячекатаной стальной балки с параллельными гранями полок может составлять от 100 до 1000 мм, а ширина полки – от 55 до 400 мм. Согласно тому же стандарту, в зависимости от области использования различают балки:

  • «Б» - нормальные. Такие балки используются при возведении колон решетчатого типа;
  • «Ш» - с широкими полками. У такого проката высота балки равна ширине полки. Такая конфигурация способствует восприятию сжимающих усилий в поддерживающих колоннах;
  • «К» - колонные. Используются при монтаже несущих колонн;
  • «Д» - двутавровые балки дополнительной серии. Применяются в промышленном строительстве, тяжелом машиностроении и т.д.

Эксплуатационные свойства

Для рассматриваемого профиля характерна высокая прочность при изгибе и сжатии, именно поэтому двутавры часто используются в качестве основных несущих элементов. Применение двутавровых балок практически полностью исключает сдвиг и усадку в процессе эксплуатации металлоконструкции.

Основными преимуществами горячей прокатки являются высокая производительность и приемлемая точность, однако в процессе прокатывания на поверхности изделий образуется окалина.

Основными факторами, влияющими на несущую способность двутавровых горячекатаных балок, являются:

  • используемый материал. В некоторых случаях конструкционные стали могут быть заменены низколегированными сталями. Такая замена целесообразна при монтаже металлоконструкций, работающих в условиях крайнего севера и особо ответственных конструкций;
  • габаритные размеры. При увеличении пролета несущая способность двутавровой балки заметно снижается;
  • наличие уклона на внутренней грани полки. Балки с параллельными гранями полок выдерживают меньшую нагрузку;
  • цикличность нагрузки и метод крепления балок. Предел выносливости при знакопеременных нагрузках существенно меньше чем при воздействии статических нагрузок.

Балка сварная двутавровая

Самое широкое распространение сварные двутавровые балки получили в строительстве и машиностроении. Учитывая тот факт, что прочность сварных конструкций практически не отличается от прочности горячекатаного двутавра, в некоторых случаях выгоднее использовать сварные изделия.

Производство сварной двутавровой балки

Технологический процесс изготовления сварного двутавра включает в себя следующие этапы:

  • заготовка металлических полос необходимой толщины;
  • снятие фаски на свариваемых кромках (наличие соответствующей фаски значительно увеличивает качество сварных швов);
  • установка и фиксация элементов на специальном сборочном стане;
  • автоматическое сваривание элементов в защитной среде специальными комплектами сварочных головок;
  • отпуск, устранение дефектов и обработка торцов готовых изделий;
  • дробеструйная обработка сварной конструкции.

Важно! Современная технология сваривания балок предусматривает лазерный контроль качества сварного шва и своевременное устранение возможных дефектов сварки.

По желанию заказчика, за дополнительную плату, возможно нанесение грунтовки и лакокрасочного покрытия.

Модификации сварных двутавров

Модельный ряд сварных двутавровых балок включает в себя, прежде всего, конструкции, соответствующие горячекатаным профилям с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83) «Б», «Ш», «К» и «Д» модификаций. Кроме того, различают:

  • нестандартные изделия, изготавливаемые согласно специально оформленным техническим заданиям;
  • облегченный двутавровый профиль, имеющий специальные отверстия в стенке, наличие которых позволяет существенно снизить вес балки, не утрачивая прочности. Такие конструкции получили широкое распространение в авиационной промышленности;
  • модификации с переменным сечением;
  • двутавры, полки которых имеют различную ширину;
  • двутавровые балки имеющие ребра жесткости. Изделия применяются в металлоконструкциях, работающих в условиях знакопеременных и циклических нагрузок.

Маркировка

Для расшифровки обозначения «Н»-образного профиля необходимо знать следующее:

  • первыми двумя цифрами обозначается высота профиля, измеренная в сантиметрах (см);
  • следующие далее буквы «Б», «Ш», «К» или «Д» обозначают тип профиля в соответствии с шириной полки;

При маркировании сварных двутавров должны быть указаны:

  • код изготовителя;
  • габаритные размеры профиля в миллиметрах (мм): высота стенки х толщина стенки; ширина полок х толщина полок;
  • размер катета в миллиметрах (мм) и буквы «О», «Д» и «П» обозначают параметры сварного шва:

«О» - односторонний;

«Д» - двусторонний

«П» - полный провар стенки;

  • наименование соответствующей технической документации.

В скобках может быть указано наименование аналогичного горячекатаного профиля.

Материалы, применяемые при изготовлении

Согласно ГОСТу 8239-89 и ГОСТу 26020-83 для производства двутавров могут использоваться:

  • углеродистая конструкционная сталь (ГОСТ 380-2005). Материал отличается доступной стоимостью и высокими прочностными характеристиками;
  • сталь строительная (ГОСТ 27772-88). Содержит минимальное количество вредных примесей;
  • алюминиевые сплавы (ГОСТ 4784-97). Обладает высокими антикоррозионными и эстетическими свойствами. Широко применяется в авиации, автомобилестроении, декорировании фасадов и т.д.;
  • высокопрочные стали, применяемые при строительстве мостов (ГОСТ 4784-97). Используется при монтаже металлоконструкций, работающих экстремальных климатических условиях, устойчив к воздействию циклических и знакопеременных нагрузок.

Деревянные двутавровые балки

Самое широкое распространение двутавровые деревянные балки получили в частном строительстве. В зависимости от модификации изделия могут применяться на самых разных участках строительных работ.

Особенности конструкции

В качестве полок используется строганый брус из хвойной породы, роль полки выполняет ОСБ плита, отличающаяся высокими прочностными характеристиками и влагостойкостью. Конструктивные особенности деревянного клееного двутавра позволяют, не деформируясь, выдерживать значительные изгибающие нагрузки без дополнительных укрепляющих элементов.

Особенности технологии изготовления позволяют избежать растрескивания и деформации, а дополнительная обработка специальными пропитками для древесины полностью исключает биологическое разрушение балки. К главным достоинствам деревянных двутавров относятся:

  • длительный срок службы;
  • прочность;
  • высокая нагрузочная способность;
  • доступная цена.

Кроме того, деревянные двутавровые балки отличаются относительно небольшим весом.

Ровная и гладкая поверхность полок позволяет использовать деревянные балки при устройстве кровли, укладке лаг, монтаже подвесных потолков, перегородок и т.д. Установка производится без использования специального оборудования и инструмента, что позволяет произвести монтаж самостоятельно, сэкономив значительные средства.

Классификация деревянных двутавровых балок

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей различают следующие модификации деревянных двутавров:

  • БДК - балка деревянная клееная. Элементы конструкции склеиваются синтетическими смолами в условиях повышенного давления. Используется в пролетах небольшой длины;
  • БДКУ - балка деревянная клееная усиленная. Ширина полки увеличена до 64 мм, чего достаточно для использования гвоздей в качестве крепежных элементов. Усиленные балки могут использоваться в средних и длинных пролетах;
  • БДКШ - балка деревянная клееная широкая. Ширина полки такой балки составляет 89 мм, что позволяет использовать изделие в конструкциях, подверженных максимальным статическим нагрузкам;
  • СДКУ - стеновая деревянная клееная усиленная. Изделие может служить основным элементом при монтаже каркаса легкой постройки;
  • СДКШ - стеновая деревянная клееная широкая. Чаще всего применяется при обшивке перегородок стеновыми панелями.

Литера «Л» в обозначении говорит о том, что полки двутавра выполнены из высокопрочных брусьев, что существенно увеличивает прочность изделия.

Стандартная длина деревянной двутавровой балки - 6м. В зависимости от несущей способности, высота полки может быть составлять 457; 406; 356; 302 и 241 мм.

Преимущества и недостатки

Применение двутавров обеспечивает следующие преимущества:

  • оптимальная геометрия сечения позволяет обеспечить минимальный расход материала при максимальной несущей способности, что значительно облегчает конструкцию;
  • для металлоконструкций изделии характерны длительный период эксплуатации и высокие прочностные характеристики;
  • эксплуатационные характеристики четко определены соответствующими ГОСТами, что облегчает проектирование несущих металлоконструкций;
  • конструктивные особенности горячекатаных изделии обеспечивают возможность их применения в металлоконструкциях повышенной сложности, работающих в экстремальных условиях;
  • при равной несущей способности, удельный вес двутавра значительно меньше, чем удельный вес любого равнопрочного профиля.

На фоне таких достоинств, недостатки двутавров выглядят не убедительно:

  • двутавровые балки плохо переносят скручивание;
  • горячекатаный прокат имеет ограниченное количество габаритных размеров;
  • сварные балки нередко нуждаются в дополнительном армировании;
  • двутавры из конструкционных углеродистых сталей легко поддаются коррозии, что вынуждает прибегать к дополнительной обработке металлоконструкций.

Технические характеристики двутавров

При проектировании и расчете металлоконструкций не обойтись без справочной информации, характеризующей размеры и вес двутавровых балок.

Металлические двутавры: размеры и вес

Горячекатаные двутавровые балки с параллельными гранями полок ГОСТ 26020-83

Обозначение двутавра

Размеры, мм

Масса

1 м балки,
кг

h

b

S

t

  Нормальные двутавры

10Б1

100

55

4,1

5,7

8,104

12Б1

117,6

64

3,8

5,1

8,658

12Б2

120

64

4,4

6,3

10,37

14Б1

137,4

73

3,8

5,6

10,51

14Б2

140

73

4,7

6,9

12,89

16Б1

157

82

4

5,9

12,70

16Б2

160

82

5

7,4

15,77

18Б1

177

91

4,3

6,5

15,37

18Б2

180

91

5,3

8

18,80

20Б1

200

100

5,6

8,5

22,36

23Б1

230

110

5,6

9

25,83

26Б1

258

120

5,8

8,5

27,96

26Б2

261

120

6

10

31,16

30Б1

296

140

5,8

8,5

32,90

30Б2

299

140

6

10

36,64

35Б1

346

155

6,2

8,5

38,88

35Б2

349

155

6,5

10

43,31

40Б1

392

165

7

9,5

48,08

40Б2

396

165

7,5

11,5

54,72

45Б1

443

180

7,8

11

59,84

45Б2

447

180

8,4

13

67,47

50Б1

492

200

8,8

12

72,98

50Б2

496

200

9,2

14

80,73

55Б1

543

220

9,5

13,5

88,99

55Б2

547

220

10

15,5

97,92

60Б1

593

230

10,5

15,5

106,2

60Б2

597

230

11

17,5

115,6

70Б1

691

260

12

15,5

129,3

70Б2

697

260

12,5

18,5

144,2

80Б1

791

280

13,5

17

159,5

80Б2

798

280

14

20,5

177,9

90Б1

893

300

15

18,5

194,0

90Б2

900

300

15,5

22

213,8

100Б1

990

320

16

21

230,6

100Б2

998

320

17

25

258,2

100Б3

1006

320

18

29

285,7

100Б4

1013

320

19,5

32,5

314,5

 

 

Деревянные двутавры: размеры и вес

Благодаря небольшому удельному весу и высокой несущей способности, деревянные двутавры получили самое широкое распространение, особенно часто изделия применяются в частном строительстве. Размеры и вес деревянных двутавровых балок «BALKI DOMMA» приведены в таблице.

Наименование балки

Размер бруса, axh, мм

Высота балки, мм

Масса 1 м балки, кг

Серия DJS

DJS-240

64х40

 

240

3,7

DJS-300

300

4

DJS-360

360

4,8

Серия DJU

DJU-360

90х40

360

6,1

DJU-400

400

6,3

DJU-460

460

7,9

Серия DJН

DJН-400

90х39

400

6,5

DJН-460

460

8,3

Примечание: балки серии DJН полностью изготовлены из композитных материалов

 

Особенности стыковки

В процессе монтажных работах нередко возникает необходимость стыковки двутавров. Соединение двутавровых балок может быть выполнено с помощью сварки, болтового соединения или комбинированным методом.

Стыковка с помощью сварки

Этот метод является наиболее распространенным, поскольку обеспечивает сохранение несущей способности конструкции и требует минимальных трудозатрат.

Способ 1

Торцы двутавров свариваются с металлической прокладкой. При таком способе стыковки разделка сварочных швов, как правило, не производится.

Способ 2

Второй способ предусматривает использование четырех накладок, которые привариваются к наружной плоскости полок и с обеих сторон стенки двутавра. Работы производятся в следующей последовательности:

  1. На торцевой кромке обоих профилей снимается фаска, обеспечивающая качественный провар. Балки тщательно позиционируют и сваривают по всему периметру.
  2. Далее следует заготовить усиливающие накладки, материалом для которых служит конструкционная листовая сталь. Ширина накладок привариваемых к полкам балок должна соответствовать ширине полки. Боковые накладки выкраивают таким образом, чтобы их высота не превышала высоту стенки.
  3. Готовые накладки укладываются непосредственно на сварной шов, фиксируются с помощью струбцин и привариваются со всех сторон. Накладки на стенки двутавра часто изготавливаются в форме ромба, это существенно упрощает проведение сварочных работ.

Поскольку сварные швы являются концентраторами напряжений, соединение двутавровых балок с помощью сварки применяется для балок, работающих в режиме умеренных нагрузок. Кроме, того, катет шва быстро стареет, что приводит к преждевременному разрушению конструкции. Чтобы этого избежать, места стыковки двутавров обрабатываются специальным грунтовочным составом.

Стыковка стальных двутавровых балок с помощью болтов

Этот метод стыковки особенно эффективен при монтаже мобильных конструкций, элементы которых приходится демонтировать и собирать вновь. К преимуществам разъемной стыковки можно отнести следующие факторы:

  • сборка разъемных конструкций не требует высокой квалификации обслуживающего персонала;
  • болтовое соединение не вызывает остаточной деформации профиля, нередко возникающей при проведении сварочных работ;
  • контролировать качество стыковки существенно проще, чем проверять качество сварных швов;
  • болтовые соединения удовлетворительно переносят ударные и вибрационные нагрузки.

К недостаткам такого соединения относятся:

  • необходимость использования дополнительных укрепляющих элементов, что значительно увеличивает трудоемкость и металлоемкость работ;
  • для обеспечения безопасности в процессе эксплуатации необходим постоянный контроль затяжки болтов, в противном случае, крепление может ослабнуть;

крепежные изделия, изготовленные из углеродистых сталей, довольно быстро поддаются коррозионному разрушению.

Комбинированный метод стыковки

Для создания длинномерных двутавровых балок практикуется сочетание болтовых и сварочных соединений. Стыковка проводится в следующем порядке:

  1. Стыкуемые двутавры соединяются, через накладки, крепежными изделиями, из высокопрочных и легированных марок стали.
  2. После установки крепежных изделий свариваются пояса.
  3. Технологические окна закрываются накладками и прокладками из листовой стали.

Для соединения деревянных двутавров могут использоваться металлические, деревянные и композитные накладки на стенки, размещаемые с обеих сторон балки. В роли крепежа применяются болты и винты, реже – саморезы или гвозди.

Принимая во внимание изложенные выше факты, можно сказать, что двутавровая балка является одним из самых востребованных профилей при возведении металлоконструкций. Способность выдерживать значительные механические нагрузки и малый удельный вес двутавра позволяют существенно повысить прочность и снизить металлоемкость конструкции.

Добавить комментарий:

наверх