Назначение и применение двутавровой балки

1. Что такое двутавровая балка?
2. Производство стальных балок
   1. Горячекатаное
   2. Автоматическая сварка
3. Классификация стальных двутавров
4. Маркировка
   1. С параллельными полками
   2. С уклоном внутренних граней
5. Сфера применения
6. Преимущества и недостатки
7. Основные критерии выбора двутавровой балки

При строительстве дорожных, промышленных, общественных и других крупных объектов необходима надежная арматура. Для обеспечения повышенной прочности в опорных конструкциях применяют стальные двутавровые балки. Они легко справляются с большими нагрузками.

Одним из самых популярных видов фасонного металлопроката признана двутавровая балка, для изготовления которой используется простая углеродистая или низколегированная сталь. Внешне изделие выглядит, как длинномерный профиль из металла со специфическим симметричным сечением – из шейки и двух параллельных полок, напоминающим букву «Н», положенную на бок.

Такая форма придает конструкции дополнительную жесткость и устойчивость, позволяет достичь необходимого распределения нагрузки. Двутавр в несколько раз превосходит по этим параметрам уголки и квадратный профиль. Все параметры производимых балок описаны в государственном стандарте ГОСТ Р 57837-2017.

Металлургические комбинаты выпускают двутавровые балки в большом сортаменте. По способу изготовления металлоконструкции делятся на две большие группы: горячекатаные и сварные. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.

Производственный процесс проводится по ГОСТу на рельсобалочных станах проката. Заключается в деформации стального прямоугольного профиля (блюма), нагретого до температуры 1100-1200⁰С. С помощью обжатия приводными роликами заготовке придают необходимую форму.

 Преимущества горячекатаных балок:

• монолитность;
• простой процесс изготовления;
• показатели прочности и жесткости выше, чем у сварных балок.

Недостатками таких изделий считаются не совсем ровная поверхность, остатки следов роликов и окалины на поверхности. Оборудование рассчитано на определенные размеры проката и не имеет возможности быстро перестроиться на специальный заказ.

Этот метод используют небольшие металлообрабатывающие заводы с мелкосерийным производством. Листовую сталь режут на заготовки. Далее на фрезерном станке обрабатывают кромки. Элементы собирают на прихватки, сваривают на сварочном станке с применением флюса. Проверяют с помощью ультразвука. Сварочное производство двутавра имеет свои преимущества:

• Кроме стандартных изделий по ГОСТ можно делать индивидуальные балки по чертежам заказчика.
• Есть возможность изготавливать изделие с усиленными утолщенными участками по специальным проектам.
• Возможно производство биметаллических двутавров с элементами из разных марок стали.

Сварные балки имеют более товарный вид. У них нет окалины и ржавчины после очищения дробеметной установкой. Металлоемкость сварной конструкции ниже горячекатаных, исходя из чего, их цена тоже ниже.

Кроме различия двутавровых балок по способу производства они классифицируются по другим признакам:

• По форме – с наклоненными гранями внутренних полок (от 6 до 12%) и с параллельными гранями. Области применения обоих типов различны.
• По соотношению размеров – нормальные (Б), узкополочные (У), среднеполочные (Д), широкополочные (Ш), опорно-колонные (К).
• По длине – мерной длины, немерной длины, кратной мерной длины.

Металлоконструкции с наклонными внутренними гранями могут быть изготовлены только горячекатаным способом. Их делят на:

• О – обычные, угол наклона по ГОСТ 8239-89 от 6 до 12%;
• М – монорельсы для подвесных путей с углом не более 12%;
• С – специальные с углом наклона до 16%.

Двутавры с наклонными гранями могут производиться обычной точности (В) и повышенной (Б).

Обозначение металлоконструкции основывается на форме поперечного сечения и соотношения геометрических размеров. Основным размером двутавра считается расстояние между наружными гранями полок, т.е. его высота.

Рассмотрим несколько примеров.

В соответствии с гомологическим рядом ГОСТа размеры изменяются:

• высота – от 10 до 100 см;
• ширина от 55 до 400 см.

Пример 1

16Б2 – нормальная балка с высотой 16 см, цифра после буквы – профилеразмер данной серии.

Пример 2

26Ш1 – широкополочная двутавровая балка с высотой 255 мм и профилеразмером серии 1.

 Выпускаются такие балки согласно размерному ряду:

• высота – 100-600 мм;
• ширина – 55-190 мм;
• угол наклона – 6-12%.

В маркировке ставится число, обозначающее высоту в см. Далее идет буква, указывающая на точность изготовления.

Пример 1

14В – двутавр с наклонными гранями повышенной точности с высотой 140 мм.

Маркируется изделие на торцах с помощью стойкой краски с указанием номера заказа, чертежа и обозначения балки.

Так как двутавровая балка является несущим элементом и придает любой конструкции прочность и жесткость, то применяют ее повсеместно при строительстве объектов самого разного назначения.

Незаменима данная арматура везде, где необходимо выносить высокие нагрузки при вертикальном поперечном воздействии. Изделие используют при возведении:

• мостов;
• подвесных путей;
• подземных переходов, паркингов;
• железнодорожных тоннелей;
• подкрановых путей;
• стадионов, спортивных бассейнов;
• эстакад.

Двутавровая балка является частью перекрытий между этажами зданий, кровли, играет важную роль при конструировании тяжело-нагруженных зданий, например, небоскребов. Используется двутавр также при сооружении конструкций стен котлованов, монорельсовых дорог.

По сравнению с другими видами металлопроката двутавровая балка обладает самыми высокими прочностными характеристиками, благодаря форме сечения, которая распределяет силовые нагрузки по всей металлоконструкции.

К преимуществам двутавра также можно отнести:

• нечувствительность к механическому и атмосферному воздействию;
• противостояние усадке здания;
• небольшой вес по отношению к тем нагрузкам, которые выдерживает металлоконструкция;
• устойчивость к изгибу и сжатию;
• возможность использования сварки при монтаже, что ускоряет процесс строительства;
• постоянство геометрических параметров;
• экономичность – позволяет обойтись без дополнительных элементов укрепления.

Недостатками двутавровой балки считаются:

• Низкая устойчивость к коррозии.
• Плохое противостояние скручиванию.
• Малая огнестойкость. При пожаре может произойти разрушение здания.
• Невозможность использования на больших пролетах.

Для правильного выбора двутавровой балки нужно определиться:

• с материалом изделия – это может быть углеродистая сталь обыкновенного качества, строительная, мостостроительная, низколегированная прокатная сталь или алюминиевые сплавы.
• со способом его изготовления – горячекатаный или сварной;
• с назначением балки – нагружаемые или не нагружаемые конструкции.

Далее нужно определить размеры балки. Для этого используют действующие нормы СНиП и формулы для расчета из сопромата. Также нужно знать и использовать предполагаемые статические и динамические нагрузки, которые должен выдержать объект при его эксплуатации.

Прочность балки зависит от площади поперечного сечения, длины балки, материала, способа фиксации металлоконструкции. Их нужно правильно рассчитать и выбрать.