Двутавры: что это, как изготавливаются и где применяются?

Двутавры — разновидность металлопроката, востребованная в промышленности и в строительной сфере. Для их изготовления используется высококачественная сталь. Это позволяет добиваться максимальной прочности и применять изделия на ответственных участках.

Внешне двутавры представляют собой изделия из стали, имеющие двойное симметричное сечение в виде буквы «Н». Этим объясняется такое необычное название. Производители изготавливают разные типы двутавров, чтобы потребители могли подобрать металлопрокат под любые задачи.

Далее рассмотрим виды двутавров, их характеристики и параметры. Кроме этого остановимся на целевом использовании изделий и их правильном выборе.

Общепринятые обозначения и размеры балки

Для обозначения двутавровых балок используются ГОСТ 8239-89, ГОСТ 26020-83 и ГОСТ 19425-74, подходящие для различных типов двутавров и указывающие на их назначение. Далее представлено сечение изделия с размерами и параметрами.

Преимущества двутавров

Двутавровая балка способна выдерживать колоссальные вертикальные нагрузки, что делает ее практически незаменимой в строительстве. 

• экономия на материалах — балка обеспечивает прочность конструкции без дополнительного укрепления;

• идеальное сочетание массы изделий и оказываемых на них нагрузок;

• способность к растяжению, которое невозможно исключить в виду усадки зданий и сооружений;

• возможность соединения изделий с другими элементами каркаса путем сваривания — это ускоряет и упрощает процесс возведения;

• стабильность конструкции — геометрия балки не меняется с течением времени, поэтому отсутствуют риски ее разрушения.

Как правильно подбирать двутавры?

К выбору балок следует подходить ответственно, поскольку зачастую они являются ключевыми элементами конструкций. Чтобы исключить ошибки, следует определиться со следующими аспектами:

• по какой технологии должен быть изготовлен двутавр — при помощи сваривания или путем горячего проката;

• в какой конструкции будет использована балка — с небольшой или значительной нагрузкой;

• из какого материала может быть изготовлено изделие.

Эти и другие аспекты очень важны, поскольку определяют целевое назначение и характеристики металлопроката. Следует понимать, что ошибки в таких вопросах недопустимы. Двутавры обычно применяют в промышленном строительстве, то есть при создании цехов, фабрик, заводов и т.д. В таких ответственных сооружениях находится большое количество людей и размещается дорогое оборудование.

Перед строительством проводится разработка проектной документации, исключающая любые просчеты. В ней указываются, в том числе, параметры балок.

Далее представлены технические таблицы, показывающие сортамент двутавров.

Колонные двутавры (ГОСТ 26020-83)

ГОСТы для регламентирования сортамента двутавров

Чтобы качество металлических балок было стабильным и прогнозируемым, их производство регламентировано ГОСТ. В этих документах определены следующие аспекты:

• класс металлопроката;

• параметры готовых изделий;

• используемые при производстве технологии

• фасон и геометрия двутавров.

ТУ для изготовления балок не подходят, как и кустарный способ. Здесь не может быть компромиссов с качеством, поэтому производство осуществляется на промышленных объектах в соответствии с действующими стандартами, закрепленными в

• ГОСТ 8239-89 «Двутавры стальные, горячекатаные».

• ГОСТ 26020-83 «Двутавры горячекатаные стальные с параллельными гранями полок».

• ГОСТ 19425-74 «Балки двутавровые и швеллеры специальные, стальные».

Также к документам по стандартизации относится СТО АСЧМ 20-93. Его положения устанавливают требования к горячекатаным двутаврам с параллельными гранями полок.

Конструкции балок

Визуально двутавры похожи на направляющие с бортами и на рельсы. Но их назначение кардинально отличается от указанных изделий. Балки выступают в качестве опор, что определяет название.

Их поперечное сечение напоминает букву «Н». Если представить изделие в виде отдельных элементов, то у него есть горизонтальная полоса, присоединенная к двум вертикальным граням (их называют тавры). Конструкция отличается высокой прочностью и жесткостью, она хорошо справляется с деформациями и выдерживает серьезные нагрузки. Указанные свойства имеют прямую зависимость от толщины стенок изделия.

Важным моментом является расположение тавров. Они могут быть параллельны друг другу, а также располагаться к горизонтальной полосе под острыми (менее 90 градусов) углами. Такая конфигурация увеличивает прочность конструкции, то есть улучшает ее характеристики и расширяет сферу применения. Причем при воздействии на такие балки нагрузка распределяется равномерно, исключая образование областей с повышенным напряжением.

Материалы для производства стальных двутавровых балок

Из названия понятно, что для изготовления двутавров используется сталь. А поскольку изделия находят применение в разных направлениях строительства, то и типы стали могут отличаться. Далее перечислим основные типы и марки сталей:

• Нержавеющая. Обладает высокой коррозионной стойкостью, поэтому не боится воздействия воды и осадков. Подходит для конструкций, расположенных в местах с повышенной влажностью и наличием других агрессивных сред (например, кислот и щелочей). Это судостроение, металлургическая и химическая промышленность.

• Углеродистая. Одна из самых доступных и в то же время прочных сталей. Отлично сваривается, подходит для строений с максимальными нагрузками.

• Низколегированная. За счет небольшого количества (не более 5%) легирующих добавок улучшаются характеристики материала. Обычно это хром, молибден, никель и т.д.

Если говорить про конкретные марки сталей, используемых при производстве двутавров, то их очень много. Назовем несколько самых популярных:

• С 245 - Сталь для строительных конструкций. Применяется для изготовления проката, предназначенного для строительных стальных конструкций со сварными и другими соединениями.

• С 255 - Это конструкционная строительная низколегированная сталь, предназначенная для сборки строительных металлоконструкций, каркасов, мостовых пролетов, лестниц, балок и опор. Сталь обладает прекрасными механическими свойствами, ее можно использовать в условиях высоких динамических нагрузок.

• Ст3сп - Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Применяется при создании несущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

Легированные стали также активно используются при изготовлении двутавров. Изделия из этого материала обладают исключительными свойствами. Они очень прочные и устойчивые к коррозии, поэтому могут использоваться для открытых конструкций. В том числе установленных под землей, где постоянно наблюдается высокий уровень влажности.

Двутавровые балки по методу изготовления.

Производство двутавров предполагает проведение разных технологических операций. В их числе подготовка компонентов, формовка и закалка. По способу изготовления изделия бывают двух видов:

1. Горячекатанными. Перед формированием сталь сильно разогревается, превышая температуру рекристаллизации. Это упрощает и удешевляет процесс, а также позволяет получать большие и сложные изделия. К минусам технологии относятся грубая поверхность и высокая масса балок.

2. Холоднокатанными. Формирование происходит при низких температурах, в качестве основы используется тонколистовая сталь. Процесс требует доп. затрат (по сравнению с горячей каткой), но гарантирует гладкую поверхность и точность размеров. Еще один плюс метода — возможность использовать продукцию сразу после прокатки.

Выбор между технологиями производства обусловлен конечными характеристиками двутавров. Например, если приоритетной является точность геометрии, то безальтеративной будет холодная прокатка.

Классификация двутавров по материалам изготовления

Для изготовления балок чаще всего используют следующие типы сталей:

• нержавеющие — подходят для пищевого и химического производства, поскольку являются коррозионностойкими;

• конструкционные — чаще всего применяются при строительстве мостов, зданий и сооружений по причину высокой прочности;

• специальные — изготавливаются под разные условия использования (для высоких нагрузок и температур).

Иногда для особых условий эксплуатации на балки наносят защитное покрытие или доп. слои из специальных материалов.

Какими бывают двутавры по размерам и форме?

С учетом размеров балки бывают трех видов:

• Нормальными (обычными). Типовые двутавры, встречающиеся чаще всего. Для обозначения используется «Б».

• Широкополочными. Их полка на 30-45 % шире, чем у обычных изделий, маркируются буквой «Ш».

• Колонными. Наиболее прочные изделия с толстыми стенками и широкими полками. Выдерживают колоссальные нагрузки, обозначаются литерой «К».

Кроме букв в маркировке используются цифры, позволяющие обозначать размерные показатели (в частности, высоту). От типа двутавров зависит и их вес. Например, погонный метр балки 20Б весит около 22 кг, а 20Ш — более 30 кг.

Двутавры отличаются по следующим параметрам:

• высота стойки — это расстояние от нижней до верхней границы двутавра, обозначается «h»;

• ширина полки — размеры горизонтальной части, почти всегда меньше высоты стойки, для обозначения используется «b»;

• толщина стенки — зависит от технических условий, бывает разной, обозначается «s».

По форме двутавры разделяют на две категории:

• неравнополочные — специальные изделия, у которых полки имеют разную ширину для направления нагрузки;

• равнополочные — одинаковые по ширине полки, что позволяет равномерно распределить нагрузку балку.

Грамотный выбор двутавров позволяет добиться высокого качества конструкций.

Сфера использования нормальных металлических балок

Если верить общедоступным статистическим данным, нормальные двутавры долгое время остаются самыми популярными строительными изделиями. Это объясняется следующими причинами:

1. Высокая прочность — двутавры способны изгибаться в пределах допустимых значений без потери прочности, поэтому общая масса конструкций может быть снижена благодаря отсутствию дополнительных укреплений.

2. Внушительная длина — балки могут достигать 12 метров, что расширяет возможности по сооружению крупных объектов. С такими опорами будет меньше стыков и выше общая прочность.

3. Относительно небольшая цена. Это позволит сэкономить на строительстве, особенно если планируется реализация серьезного проекта.

С учетом сказанного балки применяют при строительстве следующих объектов:

• туннелей и шахт;

• каркасов тех. зданий;

• рам в цехах машиностроения;

• мостов;

• комплексов лестничного типа.

Где используются двутавровые балки с широкой полкой?

Фактически изделия с широкой полкой можно использовать вместо нормальных двутавровых балок. Но итоговое решение по применению металлопроката принимается после изучения проектной документации.

Обычно такие двутавры используют при:

• обустройстве подвесных путей (могут быть общего и специального назначения);

• армировании стволов и путей в шахтах;

• создании быстровозводимых конструкций;

• производстве опорных изделий;

• строительстве загруженных эстакад.

Если делать некое резюме, то балка с широкой полкой является незаменимой в сооружениях с максимальными механическими нагрузками.