Области применения двутавровых балок и их виды

Двутавровая балка — основной элемент большинства строительных конструкций, имеющий поперечное сечение в форме «Н». Ее широко применяют в строительстве зданий и сооружений ввиду особенности выдерживать высокие нагрузки. При выборе двутавра проводят предварительные расчеты для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации строения.

Характеристики двутавровых балок

Двутавровые балки являются одной из разновидностей сортового металлопроката. Их профиль имеет характерное сечение в форме буквы «Н», обеспечивающий оптимальное распределение нагрузки в обеих направлениях: вертикальном и горизонтальном. Балки различают по размерам поперечного сечения и массе.

Для упрощения выбора балки с необходимыми характеристиками используют маркировку и специальную нумерацию. Основная задача конструктивного элемента — выдерживать все нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации конструкции.

К основным особенностям двутавровых балок относят их стойкость к высоким нагрузкам, неподверженность воздействию внешних факторов.

Двутавровые балки служат основным конструктивным элементом большинства каркасных сооружений и зданий.

Существуют как металлические, так и деревянные балки. Последние представлены в широком диапазоне размерного ряда. Деревянные двутавры позволяют уменьшить расходы на устройство фундамента, значительно снизить нагрузку (ввиду небольшой плотности древесины) и в целом ускорить выполнение строительных работ.

Области применения

Двутавровая балка — незаменимый элемент при возведении объектов промышленного и общественного назначения. Ее широко применяют при строительстве крупнопанельных зданий и частных строений в несколько этажей. Двутавр используют как несущий элемент во многих конструкциях: в производственных цехах и складах, шахтах и метро, мостах и эстакадах, в сооружениях для укрепления береговой линии и в котлованах, в тоннелях для транспорта различных видов, грузовых платформах, ж/д вагонах и морских судах.

Также есть еще несколько областей применения двутавровых балок: кровля, стропильные системы, обустройство мансардных помещений. При этом балки входят в состав не только металлоконструкций и сооружений. Их зачастую используют при строительстве домов из дерева и создании лестниц.

Двутавровые балки хорошо выдерживают нагрузку, даже если ширина пролета достаточно большая. Использование обычного перекрытия в таких случаях может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Балки с «Н»-профилем зарекомендовали себя в качестве надежных строительных элементов, независимо от материала их изготовления. Они также легко поддаются транспортировке, поскольку как правило имеют относительно небольшую массу. Двутавры легко монтируют с применением заклепок, болтов или при помощи сварных соединений.

Плюсы и минусы использования двутавровых балок

Балки с «Н»-профилем имеют следующие преимущества:

• Выдерживают высокие нагрузки, направленные как горизонтально, так и вертикально.
• Простота транспортировки, хранения и монтажа строительных элементов.
• Относительно невысокая материалоемкость производства, а также низкая масса в сравнении со сплошными балками.
• При монтаже сварными соединениями допускается использование электродуговой и газовой сварки.
• Обеспечивает высокую жесткость готовой конструкции с нулевым крутящим моментом.
• Длительный период эксплуатации благодаря неподверженности воздействию природных факторов.
• Возможность изготовления балок с индивидуальными размерами на заказ.

Как и любой строительный элемент, двутавр не лишен некоторых недостатков:

• Относительно низкие показатели огнестойкости, ввиду чего возможно разрушение всей конструкции при возникновении пожара.
• Не обеспечивают достаточную жесткость при использовании в качестве несущего элемента для пролетов большой ширины.
• Низкая коррозионная стойкость (проблему решают нанесением специального защитного покрытия).

Названные выше недостатки не являются критическими. Поэтому двутавровые балки по-прежнему применяют при возведении большинства конструкций.

Материал изготовления

Наиболее востребованными являются двутавры, изготовленные из железобетона, металла и древесины. В зависимости от материала, двутавры имеют свое назначение, характеризуются определенными преимуществами и недостатками:

• Изделия из железобетона чаще всего используют при строительстве зданий промышленного и гражданского назначения, возведении перекрытий и подвесных путей, мостов, а также при создании большинства металлоконструкций.
• Двутавровые балки из стали для мостовых конструкций широко применяют при строительстве эстакад и мостов. Они изготовлены из особо прочного сплава, способного выдерживать циклические нагрузки.
• Двутавры из углеродистой стали распространены повсеместно (около 80% производимых элементов изготовлены из этого сплава).
• Двутавры из низколегированной прокатной стали используют в конструкциях, подвергающихся динамическим нагрузкам.
• Строительные элементы из алюминиевого сплава применяют в сооружениях небольшой массы (основной компонент обладает значительно меньшим удельным весом, чем сталь).

Для изготовления двутавров используют крупнопартийную производственную линию. Основные производители — крупные металлургические предприятия.

Двутавр из древесины является не менее востребованным строительным элементом при возведении многих конструкций. Его широко используют при создании каркасов построек, обустройства межэтажных перекрытий, стропильных систем, мансард и балконов. Основу профиля составляют плиты ОСБ, по обе стороны которых находятся брусья из древесины хвойных пород. Основные преимущества деревянных двутавров: отсутствие деформации даже при высоких нагрузках, гладкие стыковые поверхности, простота монтажа.

Способы производства: сварные и горячекатаные двутавры

Горячекатаные строительные элементы изготавливают на прокатных станах, подвергая заготовки высокотемпературной обработке. В качестве заготовки используют раскаленную стальную болванку. В результате формируется «Н»-профиль без наличия сварных швов. Основные преимущества изделий, изготовленных по данной технологии: высокая прочность и надежность, при этом обеспечивается монолитность готового изделия. Существует широкий ряд стандартизированных двутавров, благодаря чему упрощается подбор изделий с требуемыми размерами на основе проведенных расчетов.

Основные недостатки горячекатаных балок

• Стенки профиля утолщенные, что приводит к увеличению массы готовых изделий.
• В результате прокатки образуются окалины.
• Габариты и размеры профиля изделий ограничены ввиду особенностей используемой технологии производства (стандартные двутавры имеют ширину до 400 мм и длину до 12 м).
• Затраты на транспортировку могут быть достаточно высокими, поскольку горячекатаные балки производят преимущественно на крупных предприятиях.

Альтернатива горячекатаным изделиям — сварные двутавры. Основные сферы их применения: строительство гражданских и промышленных объектов. Производственный процесс предусматривает соединение стальных полос посредством сварки. Готовые изделия способны выдерживать серьезные нагрузки, практически не подвержены скручиванию.

Максимальная прочность изделий достигается путем формирования сварных швов с двух сторон балки. Качество швов обеспечивается использованием заходных и выходных планок со строгим соблюдением перпендикулярности расположения элементов относительно друг друга, а также плотности их прилегания. Выделяют следующие преимущества сварных двутавров:

• Изделия производят с учетом множества важных параметров (ширина полки, перфорация, дополнительные ребра жесткости).
• Возможность производства двутавров с элементами, изготовленными из различных сплавов.
• Высокая скорость производственных процессов и доставки изделий на строительные площадки.
• Сниженная масса в сравнении с горячекатаными изделиями, что в свою очередь снижает материалоемкость и стоимость возведения строительных конструкций.

Единственным недостатком сварных изделий является наличие швов, снижающих их прочность. Проблему решают введением дополнительных ребер жесткости (пластин), что в свою очередь приводит к увеличению стоимости производства.

Сортамент двутавровых балок

Двутавры производят с учетом всех требований, указанных в нормативной документации, регламентирующей форму профиля и состав исходного материала. Благодаря этому упрощается процесс подбора элементов для определенных конструкций.

Основные геометрические характеристики и соответствующие обозначения:

• H — высота, характеризующее расстояние между нижней и верхней плоскими полками изделия.
• B — ширина (поперечный размер).
• S — толщина стенки — толщина балки, расположенной между плоскими полками.
• t — средняя толщина стенки, рассчитываемая по формуле t=B-0.25S (размер, обусловленный геометрической формой полки: сужается к краям и расширяется к середине).
• Радиус внутреннего закругления — размер, определяющий радиус закругления в месте состыковки (перехода) со стенкой.

Длины двутавровых балок выбирают из диапазон от 4 до 15 м.

Массогабаритные параметры учитывают при расчете количества необходимых изделий и выборе оптимального способа транспортировки. Для определения массы двутавров используют специальные таблицы, которые можно найти в нормативной документации.

Классификация и основные обозначения

Двутавры имеют характеристики, для определения которых используют специальную маркировку. Основные параметры указаны в таблице сортаментов. По конструктивному исполнению профиля различают колонный, стандартный и широкополочный и некоторые другие ктегории:

• Б — нормальный (стандартный) профиль, применяемый в составе конструкций с нагрузками среднего значения. Основные сферы: мосты, эстакады, ж/д транспорт, здания и сооружения.
• К — колонный, имеющий определенные толщины полок и перемычек, обуславливающие более высокую устойчивость к нагрузкам. Применяется при создании опорных конструкций и колонн. Недостаток — большая масса изделий.
• Ш — широкополочный, используемый в условиях высоких нагрузок. Основные характеристики: высокие жесткость и прочность, сопротивление сжатию и изгибу.
• М — монорельс. В виду особенностей расположения полок (под углом) используется для создания транспортировочных систем в производственных помещениях и на складах.
• С — специальный, имеющий различные варианты расположения полок: под углом, параллельно. Основное назначение — армирование шахт.
• Д — дополнительный, изготавливаемый исключительно на индивидуальный заказ.
• У — узкополочный, с уменьшенной шириной полок. Такие двутавры служат в качестве опорных элементов в составе слабонагруженных конструкций.

Различные параметры двутавров обуславливают вариативность их применения, при этом все этапы производственного процесса и массогабаритные характеристики строго регламентированы нормативной документацией. Двутавровые балки, качество и основные параметры которых подлежат тщательному контролю, являются надежными составными элементами большинства возводимых конструкций.