Сегодня строительные технологии настолько напоминают футуристическое будущее, что буквально завтра дома начнут строить из прозрачного бетона при помощи очередного 3D-принтера. Даже опытные профессионалы не всегда успевают следить за всеми новинками. И, хотя некоторые из таких материалов применяются на отечественном рынке давно, узнаваемыми они все еще не стали.
Так, достаточно недооцененной сегодня считается двутавровая балка из дерева или металла. А ведь из нее делают прочные перекрытия и целые стропильные системы! При этом такая балка обладает целым рядом преимуществ перед обычными элементами. Но почему она до сих пор не в каждом доме?
Потому что многих смущает ее хрупкий вид из-за тонкого внутреннего ребра. Хотя на самом деле здесь прекрасно срабатывают законы физики, и в нужном положении двутавр ничуть не уступают куда более массивным и тяжелым брусьям. Как такое может быть? А мы сейчас расскажем!
Что такое «двутавр»?
Для многих фирм сегодня первоочередной задачей стоит строительство надежных и недорогих домов, причем в сравнительно короткий срок. А эти задачи решают в большей степени используемые строительные материалы.
Двутавровая балка конкретно в России до недавнего времени применялась только в промышленной сфере, но сегодня становится все популярнее. Появление в последние годы новых видов двутавров позволило успешно задействовать их при строительстве обычных жилых домов.
А «двутавром» в строительстве называют деревянный или металлический профиль, который имеет сечение, похожее на букву «Н». Сам термин произошел от «тавр», что означает «рога быка».
На отечественном рынке сортамент двутавра пока небольшой, т.к. сам продукт еще малоизвестный и немногие производители его представляют. А вот за рубежом применяются достаточно интересные его виды, где сочетаются инженерная мысль и законы физики.
Сортамент двутавров: номенклатура материалов изготовления и форма сечения
Действующий стандарт определяет несколько разновидностей двутавров, имеющих различные размерные характеристики, вес и форму сечения, что определяется номенклатурой материалов.
Н-образный металлопрокат характеризуется различной формой сечения. У стального горячекатаного двутавра, регламентированного ГОСТом 8239-89, полки со стенкой образуют угол в 8-12°. Изделие применяется в качестве опорной кран-балки для тельферных линий. Нормальный двутавр (по ГОСТу 26020-83), обозначающийся в конструкторской документации буквой «Б», выполнен с параллельными гранями полок. Это упрощает процесс производства, снижая одновременно сопротивляемость деформации профилем.
Широкополочный двутавр (ГОСТ 26020-83 обозначает изделие маркировкой «Ш») имеет увеличенную в 1,5 раза ширину полок в сравнении с вышеизложенными типами металлопроката. Это положительно сказывается на жесткости, прочности и долговечности конструкции. Благодаря этому она способна выдержать нагрузку на 40% больше, чем нормальная балка.
Двутавры колонные по ГОСТу 26020-83 обозначаются буквой «К». Изделия имеют максимальную ширину полок с увеличенной толщиной, что позволяет получить высокопрочное изделие. Двутавр применяется при возведении особо ответственных конструкций.
Для создания лестниц, перекрытий, опор, ферм, мостов и различных гидросооружений используется регламентируемый ГОСТом 26020-83 двутавр нормальный. Широкополочные балки находят свое употребление в несущих конструкциях перекрытий и лестничных пролетах. В промышленном строительстве преимущественно применяются колонные конструкции.
Для лестниц применяется двутавр нормальный, который регламентируется ГОСТом 26020-83
В соответствии с ГОСТом 8239-89 и ГОСТом 26020-83 сортамент двутавров содержит следующую номенклатуру материалов, которые используются для изготовления двутавровых балок:
- углеродистая сталь обыкновенного качества, регламентируемая ГОСТом 380-2005, может быть спокойной, кипящей и полустойкой, характеризуется оптимальным соотношением прочностных, технических характеристик и цены;
- строительная сталь, в соответствии с ГОСТом 27772-88, отличается повышенными требованиями относительно содержания в сырье вредных примесей;
- алюминиевый сплав (по ГОСТу 4784-97) используется для создания облегченных профильных изделий, для которых характерны высокие эстетические и коррозионные свойства;
- высокопрочная сталь для мостостроения, отвечающая требованиям ГОСТа 4784-97, применяется при возведении особо ответственных конструкций и обладает повышенным сопротивлением к влиянию циклических нагрузок.
Достоинства и недостатки двутавровых балок
Давайте перечислим основные особенности двутавровые балок. А их немало!
Благодаря особой конструкции, балка в форме «Н» на практике оказывается в 7 раз прочнее стандартной квадратной балки с такой же площадью сечения, и при этом в 30 раз жестче. Удивительно, не правда ли?
В то же время двутавр, обладающий открытым сечением (как уголок или швеллер), имеют малую устойчивость к скручиванию, в 400 раз меньше, чем круглая труба. Поэтому на двутавровую балку, которая будет использоваться, обязательно рассчитывают нагрузку, постоянную и переменную.
Постоянная предполагает вес материала в виде балок, утеплителя, пола и потолка, а переменная – вес людей и оборудования на перекрытии. В результате таких точных просчетов прочность двутаврового основания не вызывает сомнения.
В процессе эксплуатации размеры двутавровых балок остаются стабильными и не подвержены усадке. Несущая способность таких балок – до 500 кг на погонный метр, и при этом один погонный метр весит всего около 6,8 кг.
Благодаря всему этому такие балки подходят для довольно длинных прогонов, до 24 метров, и для их монтажа не нужны специальные грузоподъемные механизмы (хотя с ними, конечно же, все работы идут быстрее).
К слову, от ферм двутавровые балки выгодно отличаются тем, что их легко подрезать при необходимости, тогда как с фермами такого не провернуть.
Балки достаточно легкие и удобные, без проблем транспортируются:
Плюс использование таких балок влияет на то, насколько дорогую и тяжелую технику нужно будет привозить на место строительства, при каких температурах разрешено работать и сколько будет весить само перекрытие.
Что касается цены, то отметим, что стандартное перекрытие из досок, конечно же, обходится дешевле. Но стоит учитывать, что для самих досок дополнительно нужны промежуточные опоры, обрешетка и многие другие дополнительные детали. Кроме того, такое основание периодически нуждается в ремонте, ведь речь идет о древесине.
Подведем итог: двутавровые балки отлично подходят в качестве стропил, прогонов и балок перекрытий, а также элементов каркаса в малоэтажном строительстве.
Видео описание
Почему лопнула балка перекрытия, смотрите на видео:
Для того чтобы узнать нагрузку на конструкцию, необходимо сложить переменное значение и постоянное. Последнее включает в себя предварительную массу самих балок, утепление, подшивку потолка, черновой и чистовой пол. К временной относится масса мебели и людей – примерно 150кг/м2 – согласно нормативным документам жилых помещений.
Для чердака значение временной нагрузки может быть меньшим, но лучше не рисковать, и при расчетах использовать такую же. Так вы обеспечите определенный запас прочности и в будущем при желании сможете оборудовать мансарду в чердачном помещении без реконструкции несущих элементов.
Расчет деревянной балки производят по таким формулам:
- Mmax = (q*l2)/8;
- Wтреб = Мmax/130.
q — это нагрузка на кв. м перекрытия, включающая массу конструкций и 150 кг полезного значения. Указанные величины нужно умножить на расстояние между балками, поскольку для вычислений нужно нагружение на погонный метр, а изначально величина рассчитана на квадратный.
l2 — расстояние между несущими стенами, на которые опирается прогон, взятое в квадрате.
Зная Wтреб, можно подобрать сечение перекрытия. W = b*h2/6. Зная W, составляется уравнение с одной неизвестной. Здесь достаточно лишь задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).
Это важно! Несмотря на кажущуюся простоту расчетов, лучше не доверять их людям без профильного образования, так как цена ошибки может быть очень высокой.
расчет деревянной балки Схема монтажа балок перекрытий Источник centermira.ru
Деревянные двутавры для малоэтажного строительства
Наиболее активно деревянные двутавровые балки сегодня используются в качестве несущих элементов перекрытий и стропильных конструкций для зданий. Деревянные двутавры подходят для кирпичных, брусовых, блочных и бревенчатых домов.
Технические характеристики: прочность и вес
Деревянные двутавры изготавливают из клееных пиломатериалов. Оба пояса – из деревянных брусков, которые скреплены OSB или вставкой из древесного волокна.
За рубежом такие балки изготавливают из OSB и HDF, а в России есть несколько заводов, которые производят такие балки из ОСП и фанерной стенки, к качеству которых, правда, пока еще остаются вопросы.
Давайте рассмотрим внимательнее технические характеристики таких двутавров:
Вот как выглядит стропильная система из двутавровых балок:
Сама формула «дерево+OSB+дерево» позволяет избежать многих недостатков, без которых не обойтись, когда приходится использовать сплошную деревянную балку.
Сравнение с другими стройматериалами
Давайте перечислим главные преимущества таких балок. Они прямые, т.к. полностью лишены изгибающих моментов, ведь OSB уже не «поведет». При этом балки достаточно прочные и простые в монтаже, т.к. для их установки не нужны специальные навыки.
Вот сравнение деревянного двутавра и обычной обрезной доски по основным показателям:
Далее, по сравнению с древесиной, двутавровые балки намного меньше весят, отлично перекрывают большие пролеты и со временем не меняют своей геометрии.
В тоже время обычные деревянные брусья рискуют покрыться трещинами, кручению и усадке:
Благодаря особым свойствам деревянный двутавр настолько жесткий, что им можно перекрывать большие пролеты без каких-либо промежуточных опор.
Так, двускатные балки, и балки с параллельными поясами применяют для несущих перекрытий с пролетами от 6 до 15 метров! В таком случае офисные и жилые помещения получаются достаточно просторными, что сегодня особенно модно.
Причем эти преимущества особенно ценны, если их сравнивать с более привычными на российском рынке материалами. И главный плюс здесь – в весе двутавра:
К слову, двутавровые балки не применяют одновременно с обычным брусом, ведь степени их усадки значительно отличаются. В итоге, если все-таки совместить оба вида материала, через год-два перекрытие потеряет свою горизонтальность, а у стен больше не будет ровной опоры.
Материалы изготовления: полки и стены
Верхний и нижний пояса двутавровых балок изготавливают из массивной или специальной модифицированной древесины, а вертикальное заполнение — из OSB или фанеры.
Секрет всех перечисленных преимуществ в том, что при изготовлении двутавровых балок используется древесина с влажностью не более 18%. Для этого используются двухкомпонентный клей и ребра жесткости из качественных ориентированно-стружечных плит, благодаря чему у таких балок нет проблем со скрипом или неровностями пола.
Качественные балки не теряют своих ценных физических свойств при перепадах температуры и влажности, а резать и корректировать двутавровые балки не сложно самыми обычными плотницкими инструментами.
Бруски в такой конструкции нужно применять цельного сечения, а стыки делать с зубчатым шипом, который изготавливают специальной фрезой. Далее стенку на клей вставляют в пазы поясов балок. По торцам балок устанавливают ребра жесткости. Далее балки защищают антисептирующей обмазкой или раствором из краскопульта.
Плита OSB изготавливается из плоской древесной щепы путем прессования, а щепки, обычно из древесины хвойных пород, соединяются синтетическими смолами. Благодаря всему этому у плиты – высокие водостойкие характеристики. Ведь здесь кусочки древесины как бы переплетаются, и создают собой прочный материал без концентраторов напряжений (одним словом, однородный, одинаковый по всей длине).
Материал получается куда более качественным, чем обычная фанера. И при этом даже более эластичный, благодаря чему в нем отлично держатся строительные скобы, гвозди, шурупы и другие элементы.
Применение такой основы имеет свои преимущества. Так, природные пиломатериалы не лишены недостатков, их качество довольно сложно определить на глаз. В то же время искусственные балки максимально надежны и точны.
В них нет дефектов, сучков и деформаций, они не растрескиваются и не гниют. Конструкции, получаемые из таких материалов, называются формостабильными. Они не скрипят, как деревянные, более прочные и жесткие. На их изготовление необходимо меньше натурального сырья, и меньше требований к его качеству.
Вот очень интересное видео по изготовлению деревянных двутавровых балок своими руками:
Также деревянные двутавровые балки выпускают с фанерной стенкой. Полки здесь делают из деревянных брусков прямоугольной формы, с волнообразной стенкой из особой водостойкой фанеры.
Хотя для многих мастеров вообще слово «фанера» в междуэтажном перекрытии вызывает ужас. Ведь речь идет о колоссальной нагрузке! На самом деле тут срабатывают законы физики, а именно принцип давления: попробуйте поставить кусок фанеры на ребро, и убедитесь, насколько прочным может быть такое положение.
Вы наверняка задумывались, а почему нельзя в качестве стенки использовать обычную доску, тем более, что та попрочнее фанеры или OSB?
На самом деле такие материалы в процессе производства подвергаются горячему прессованию, а потому обладают куда большей плотностью, чем обычная древесина. Впрочем, доска действительно иногда используется, но только плотной породы, после профессиональной глубокой пропитки и в более редких случаях.
Серии и виды: современный сортамент
Сортамент двутавра говорит о характеристиках балки: высота, толщина и ширина каждого элемента. Так. деревянные двутавровые балки имеют такие виды:
- «БДК» — клеенный двутавр с широкой полкой, предназначенный для коротких пролетов.
- «БДКУ» — усиленная балка с широкой полкой для длинных пролетов.
- «БДКШ» — широкая балка для стропильных систем, нагруженных конструкций и особо длинных пролетов.
- «СДКУ» — усиленная балка для стенового каркаса.
- «СДКШ» — широкая стойка для устройства каркаса стен.
У всех этих вариантов также есть подвиды:
Иногда, для некоторых проектов, двутавровые балки изготавливают спаренными, увеличивая тем самым их жесткость:
К слову, есть еще одна вариация деревянного двутавра: пояс балки изготавливают из сухой хвойной древесины, а соединяющую перемычку – из оцинкованной высокопрочной стали с особым полимерным покрытием.
Деревянные части балки обязательно обрабатывают огнебиозащитным составом, ведь здесь идет контакт металла с древесиной.
Особенности применения и монтажа
Применение таких балок достаточно просто:
В жизни такой монтаж выглядит так:
Еще отметим, что у балок OSB высокая прочность и удобная конструкция, которая позволяет проводить нужные инженерные коммуникации прямо в перекрытиях.
Особенности конструкции двутаврового профиля
Двутавр – стандартная балка с сечением, по форме напоминающим букву «Н». Современное строительство мостовых конструкций, перекрытий, многоэтажных зданий или гидротехнических сооружений невозможно без использования профиля этого типа. Также его широко применяют в машиностроении. Двутавровые балки достаточно разнообразны в своем исполнении. В данной статье представлена информация о преимуществах профилей из разного материала, их размерах и модификациях. Данные, которые обязательно пригодятся в строительстве объектов гражданского и промышленного назначения.
Что такое швеллер: сортамент, характеристики, сферы применения (прочитать подробнее)
Так как двутавровые балки это строительный материал, который применяется в ответственных конструкциях, то и их изготовление осуществляется строго в соответствии с государственными стандартами.
Двутавровый профиль представляет собой разновидность сортового металлопроката, изготовленного из профильной стали высокого качества. Как правило, в производстве изделий используется сталь конструкционная без легирующих добавок или с их низким содержанием.
Двутавровые балки имеют различный вес и размерные характеристики. Для классификации профилей используется соответствующая нумерация и маркировка. Это облегчает процесс выбора материалов, учитывая особенности строящегося объекта и предполагаемые нагрузки на конструкцию.
Cложно недоооценить преимущества использования двутавровых профилей. Эти изделия, применяемые в разных сферах, отличаются устойчивостью к высоким нагрузкам, невосприимчивостью к внешним воздействиям. Они прочны, надежны, доступны. Радует и ценовая политика изделий. Стоимость конструкций, по сравнению с аналогами, отличается скромностью, что, несомненно, является плюсом.
Покупая двутавровые балки, обязательно следует обращать внимание на их номер, по нему можно узнать высоту профиля. В каркасном домостроении нашли широкое применение деревянные двутавровые балки, размеры которых также разнообразны
Использование профилей из этого материала позволяет уменьшить расходы при закладке фундамента, ускорить срок возведения конструкции, а также существенно уменьшить общий вес постройки. Применение двутавров из древесных пород исключает в дальнейшем проблемы, связанные с усадкой, сдвигами, усушкой строения. Изготовленная своими руками деревянная двутавровая балка позволяет избежать скрипа готового строения, шаткости и вибраций, присущих обыкновенным каркасным постройкам
В каркасном домостроении нашли широкое применение деревянные двутавровые балки, размеры которых также разнообразны. Использование профилей из этого материала позволяет уменьшить расходы при закладке фундамента, ускорить срок возведения конструкции, а также существенно уменьшить общий вес постройки. Применение двутавров из древесных пород исключает в дальнейшем проблемы, связанные с усадкой, сдвигами, усушкой строения. Изготовленная своими руками деревянная двутавровая балка позволяет избежать скрипа готового строения, шаткости и вибраций, присущих обыкновенным каркасным постройкам.
Обратите внимание! Балки из углеродистой стали рассчитаны на применение внутри помещения, где исключается воздействие неблагоприятных погодных условий. Для проведения наружных работ или при повышенных требованиях к прочности конструкции следует использовать балки из низколегированной стали.
Стальные двутавры для мощных построек
Сегодня объемно-планировочные решения бывают настолько сложными, что без несущих стальных балок не обойтись, ведь при пролетах от 7 метров никакие бетонные конструкции не эффективны.
В отличие от деревянной, металлическая двутавровая балка перекрывает пролеты со значительной нагрузкой, не горит и устойчива к биологическому воздействию (плесень, жучки). Правда, при пожаре со временем она способна потерять свою несущую способность, а также корродировать при отсутствии защиты. Кроме того, металлический двутавр тяжелый, и его не установить без специальной техники.
Но стальные балки не используются для строительства перекрытия мансард дома, у фундаментов которых – предельная нагрузка. Также такие балки окажутся достаточно тяжелыми для стен из пористых, ячеистых материалов и профилированного бруса, который со временем дает усадку.
Типы стали для изготовления балок
Двутавровые металлические балки сегодня изготавливают из прокатной стали, алюминиевых сплавов и стального литья. При этом сталь представляет собой сплав железа с углеродом, лишь с небольшими примесями и легирующими добавками. Наиболее популярна в этом плане малоуглеродистая.
Сама сталь может еще и отличаться по способу производства, например, на спокойную, кипящую и полуспокойную. А, в зависимости от свойств стали, ее делают на обычную и с повышенной или высокой прочностью.
Так, малоуглеродистые стали – это стали средней прочности, а низколегированные уже обладают повышенной прочностью. Самая крепкая – среднелегированная.
Сварные и прокатные двутавры: в чем разница?
По типу сечения стальные балки бывают прокатными или составными, соединенными при помощи сварки. Горячую прокатку балки производят на прокатных станках – специальных установках с вращающимися валиками. Для этого берется толстый слиток, который перемещают по рольгангу и балка приобретает форму двутавра.
В процессе прокатки слитки перемещаются по рольгангу и обрабатываются рядом валков, в результате чего длина заготовок сильно возрастает, а поперечное сечение постепенно уменьшается и приобретает форму двутавра. Это достаточно производительный метод, но, из-за применения сложного оборудования, обходится недешево.
А вот сварные двутавры производят на автоматизированных линиях. Для этого нарезаются заготовки, собираются двутавровые профили и варят их под флюсом. После этого профили еще дополнительно будут обработаны прокаткой, чтобы достичь идеальной геометрии полок.
Далее поверхность профиля зачищают и наносят защитное покрытие. Только при помощи сварной технологии можно изготовить балки с максимально точными размерами, тонкостенные и разнополочные двутавры.
Сварные балки более легкие, до 30% легче горячекатаных, и хороши тем, что позволяют применять в одной конструкции разные типы сталей. Например, для полок идет одна, для стенок – другая.
Так, самые напряженные участки в ней изготавливаются из стали повышенной прочности, а менее напряженные – из малоуглеродистой стали. Такой подход снижает стоимость балки на 5%.
Сами балки, в которых одновременно используются несколько разных сталей марки, называются бистальными. Все просто: наименее в балке нагружены стенки, а больше всего – пояса. Вот в поясах и используется сталь более высокой прочности, а это 14Г2, 10Г2С1.
К слову, применение бистальных двутавровых балок наиболее целесообразно при статических нагрузках. А по сравнению с балками из одной стали, такие обойдутся на 5-15% дешевле.
Сам по себе прокат таких профилей производительнее сварки, но сварные балки легче изготовить нужных параметров. Например, только сварным методом получается сделать балки высотой 4 метра и более.
Особенности конструкции стальных двутавров
Металлическую двутавровую балку часто делают разного сечения. Зачем? Дело в том, что у самой балки в процессе ее работы идет разное напряжение по длине, и местами оно значительно ниже допускаемого.
Кроме того, для разных задач допускается определенный изгиб стенок балки. Чего, кстати, не провернуть с деревянным двутавром. Рассчитывают кривизну стенок балки по такой формуле:
Также популярен такой метод, как концентрация металла в ребрах и уменьшение толщины стенок (этот прием дает экономию 10-20%).
Получается, что в таких местах металла приходится использовать больше, чем необходимо, а это уже перерасход. Поэтому иногда изготавливают профили с переменным сечением, ввиду экономии, хотя большинство балок имеет профиль, который постоянный по всей своей длине.
Серии и номера стальных двутавров
У металлических двутавровых балок разное назначение, а потому могут отличаются характеристики. Так, балки с параллельными полками маркируются так:
- «Ш» — это двутавры с широкими полками, выдерживающие значительные нагрузки.
- «У» — балки с узкими полками для жилого строительства.
- «Д» — двутавровые балки со средними полками.
- «К» — балки, специально выпускаемые длясооружения колонн, достаточно тяжелые и прочные.
По углу наклона балки делят на такие виды:
- «М» — балка с наклонными полками, для сооружения подвесных путей. Здесь угол наклона не превышает 12%. При этом 12% и 16% — это максимум для внутреннего угла.
- «С» — двутавр для укрепления стволов шахт, с углом наклона граней до 16%.
По степени точности двутавры классифицируют так:
- «Б» —балка обычной точности изготовления. Подходит для большинства строительных задач.
- «В» — продукция повышенной точности, специально разработанная для сложных задач, где имеют значение мельчайшие погрешности.
По форме полок металлические двутавры изготавливают двух видов — с уклоном внутренних граней полок или с параллельными:
А вот дополнительные серии таких балок:
Есть еще такие подвиды:
Подбирать стальные балки для строительства дома должен профессионал, который имеет на руках точные расчеты допустимой нагрузки на фундамент и сам проект постройки.
Есть еще такой отдельный вид двутавровых балок, в которых сочетается древесина и металл. Такая, к слову, применяется в Европе еще с 1970 года.
Подробнее о некоторых разновидностях двутавра
Алюминиевый двутавр имеет высокую степень прочности, обычно изготавливается из сплавов АД31 (для строительства домов) или 1915 (повышенная прочность). Стоит остановить выбор именно на нем, если у вас есть цель построить максимально облегченную конструкцию. Кроме прочего, алюминий экологичен и устойчив к коррозии.
По расположению полок существуют два подвида алюминиевого двутавра: с параллельными гранями и с уклоном граней.
По длине балки: двутавры с мерной длиной, с кратной мерной длиной и немерной длиной. Длина алюминиевой балки обычно в диапазоне от 1 до 6,7 п.м.
По точности производства алюминиевый двутавр делают обычной, повышенной и высокой точности (в зависимости от области применения).
По состоянию материала существуют балки: не подвергавшиеся термической обработке; отожженные (М); закаленные, состаренные естественно или искусственно (Т, Т1); полностью закаленные, состаренные естественно или искусственно (Т4,Т5).
Основные виды используемого покрытия: анодированное (Ан); лакокрасочное жидкое (Жл); жидкое электрофорезное (Жэ); полимерное порошковое (П); двухслойное комплексное (К).
Также существует классификация по условиям применения: нормальные (Б); колонные (К); широкополочные (Ш); необходимые на строительстве подвесных путей (М) и для армирования шахтных стволов (С).
Двутавр колонный –
металлоконструкция, имеющая большую толщину полок, благодаря чему ее можно использовать как несущий элемент здания. Производится из стали методом проката.Такие колонны чаще всего ставят в пролеты значительных размеров и при высоких крановых нагрузках. Этот тип балок весьма популярен, так как обладает высокой прочностью, но в некоторых случаях его целесообразно заменить широкополочным. По сравнению с прочими двутавровыми балками, двутавр колонный самый тяжелый и износостойкий.
Широкополочный двутавр – несущая балочная конструкция с металлическим профилем, длинными гранями полок, которые параллельны друг другу, и сечением. Исходя из числа пролетов в здании, используются следующие широкополочные двутавровые балки:
- разрезные. Они монтируются на один пролет. Имеет облегченный вес, соотношение высоты и ширины 1:1;
- неразрезные. Соответственно, монтируются на несколько пролетов сразу. Высота и ширина соотносятся как 1:2,5 – 1:1,16.
Увеличенная ширина полок гарантирует повышенную устойчивость этой разновидности двутавра. Именно поэтому, его можно монтировать как самостоятельный элемент, не требующий дополнительных деталей. Это помогает уменьшить объем требуемой работы, а также сократить расходы.
Швеллер двутавр – это изделие из стали, имеющее П-образную форму. Изготавливается из листового проката, используется для придания устойчивости и прочности конструкции.
Исходя из требований ГОСТА, максимальное отклонение ширины (высоты) не должно быть больше 3 мм, максимальное отклонение длины 100 мм. Кривизна – не больше 0,2% от его длины, предельное отклонение в массе 6%.
Швеллер двутавр позволяет укрепить несущие конструкции, перекрытия, благодаря возможности работают на изгиб. Сейчас существует огромный ассортимент типоразмеров швеллера для различных сфер применения.
Этот материал более востребован при строительстве зданий, где необходима сборка цельных каркасов, устройство межэтажных перекрытий, армирование стен.
Подведем небольшой итог. Основные преимущества алюминиевого двутавра:
- высокая жёсткость, отменная прочность при сравнительно небольшом весе. Как раз за счет жёсткости эти изделия намного прочнее аналогов. Например, исходя из расчетов, квадратный профиль с таким же сечением в семь раз слабее.
- симметричное сечение является наиболее выгодным типом сечения, так как нагрузка от изгиба распределяется по нему лучше всего.
- долговечность, устойчивость. Нанесение разнообразных антикоррозийных покрытий способствует сохранению качества алюминиевого двутавра на долгие годы. Он способен выдержать как низкую, так и высокую температуру, устойчив к механическим воздействиям внешней среды.
Гофрированные балки: отличная экономия
Хотя гофро0балка и выглядит интересно, в России такую конструкцию начали применять еще в 30-х годах прошлого века. Тогда нечто подобное задействовали в деревянных конструкциях. Сегодня же такие балки варят в нескольких металлургических заводах страны.
Теперь этот вид балки представляет собой сварную легкую конструкцию из профлиста, который приварен к стальным полкам. Причем сами полки здесь из горячего проката, а профлист – холоднокатанный.
Посмотрите, как выглядят такие балки:
К идее гофрирования стенок таких балок пришли с целью экономии, если говорить грамотным языком – снижения металлоемкости строительства. Естественно, гофрированная стенка может быть тоньше обычной металлической (всего 1,5-1,8 мм), т.к. у нее уже есть поперечные ребра.
Которые, ко всему, еще и повышают крутильную жесткость самой балки! А, значит, позволяет избавить от главного недостатка, который свойственен двутавру. Здесь напряжение развивается только у поясов, падает почти до нуля, а все касательные напряжения равномерно распределяются по высоте стенок.
Сама гофра может быть как волнистой, так и треугольной (такая считается более технологичной). Еще более прочная балка не с вертикальными гофрами, а горизонтальными.
В общей сложности гофры располагаются к верхнему поясу под углом 45-50°, с расчетом соотношения высоты волны к ее длине от 1/5 до 1/20.
По сравнению с обычными двутавровыми горячекатаными балками гофробалки выходят экономнее на 20-40%. Мало того, что такие балки весят меньше, само профилирование придает большей жесткости при вращении, а потому в монтаже таких балок используется меньше специальных подъемных приспособлений в виде дополнительных уголков и связей. Это значительно упрощает монтаж.
Гофробалки хороши в качестве кровельных прогонов с пролетом от 9 м и как несущее основание в многоэтажках с пролетами до 24 метров.
Единственный существенный недостаток таких конструкций в том, что они довольно трудоемки в изготовлении. Но, благодаря тому, что у таких балок нет ребер жесткости, уменьшается расход металла и длина сварных швов.
Параметры конструкции согласно сортаменту двутавровых балок
Подбирая двутавры для выполнения определенного рода задач, следует учитывать основные их параметры:
- высоту – расстояние между полками двутавра;
- ширину – величину промежутка от основания изделия до конца полки;
- толщину стенок, которая рассчитывается исходя из основания изделия и определяет прочность и несущую способность конструкции;
- среднюю толщину полки, определяемую путем вычитания из ширины полки толщины стенки, разделив результат на 4;
- радиус внутреннего закругления, образуемого путем прилегания полок, который берет на себя наибольшую нагрузку, определяющую заряд жесткости и прочности изделия.
Перфорированные балки: увеличенная несущая способность
На конечную стоимость любого изделия напрямую влияет такое понятие, как себестоимость. Еще сначала ХХ века ради экономии инженеры активно разрабатывали и испытывали изгибающие элементы в строительных материалах. Так и пришли к в выводу, что проектирование балок с перфорированной стенкой более целесообразно, чем двутавры со сплошными стенками.
Благодаря увеличению высоты балки и наличию в ней отверстий материал сечения перераспределяется ближе к полкам, а там нормальное напряжение (термин такой) больше. Вот почему само по себе увеличение высоты сечения в полтора раза во столько же повышает его сопротивление и в два раза увеличивает момент инерции.
У деревянных двутавров внутренние отверстия располагают по одиночке, а у стальных зачастую делают с регулярным шагом.
Двутавры с внутренними отверстиями
В таких балках часто изготавливают круглое либо прямоугольное отверстие. Также, чтобы увеличить прочность балки, в прямоугольных отверстиях делают вырезку углов по радиусу. Кроме того, нельзя делать нарезы прямо на полках балки. Само отверстие, обычно диаметром 38 мм, делают в любом месте стойки, кроме как прямо над опорой.
Если же отверстий несколько, тогда соблюдаются определенные рекомендации. Но в стойке балки при этом оставляют зазор 6,5 мм, между границей отверстия с нижней, верхней стороны и полкой.
Далее, придерживаются таких правил изготовления отверстий:
- длина прямоугольного отверстия не должна быть больше высоты проделанного отверстия более, чем в полтора раза;
- между краями круглых отверстий расстояние не должно быть больше, чем в 2,5 раза;
- расстояние между краями прямоугольных отверстий не должно быть больше, чем 5 раз, чем длина самого большого прямоугольного отверстия;
- между краями прямоугольного и круглого отверстия расстояние должно быть не менее чем в 5 раз, чем длина самого большого прямоугольного отверстия, или больше в 5 раз, чем диаметр самого большого круглого отверстия:
Сквозные двутавровые балки
Если говорить техническим языком, перфорированный двутавр – это многократная статически неопредеимая система. Если проще, то такая балка по своей конструкции подобна безраскосной ферме, и даже расчитывается по ее формулах.
Весь секрет в том, что в середине стенок и простенков в местах отверстий находятся точки с нулевыми моментами, а в них – условные шарниры. В такой балке взаимодействуют поперечные и продольные силы. А как именно, зависит от схемы резов стенок.
Необходимы балки с перфорированной стенкой, когда нужно увеличить несущую способность у прокатных двутавров. Здесь попросту увеличивают высоту перфорированной стенки, благодаря чему повышается жесткость и несущая способность самой балки. Иногда также применяют раскосы.
Чтобы изготовить такую балку, ее в процессе производства при помощи газовой резки или мощного процесса разрезают зигзагообразной ломаной линией, с так называемым регулярным шагом. Затем обе половинки соединяют сваркой так, где соприкасаются выступы стенки. Форма ломанной линии и внутренние отверстия бывают самыми разными, в зависимости от расчетов прочности.
В итоге перфорированная балка весит столько же, что и прокатный профиль, но обладает более высокой жесткостью и несущей способностью, а потому применяется на пролетах большей ширины.
Но, хотя в такой балке применение стали экономится до 30%, само изготовление выходит дороже, ведь оно сложнее. А на практике высота сквозного двутавра получается в 1,3-1,5 раз больше, чем обычный, а потому в 1,5-2 раза больше момент инерции сечения. Благодаря этому несущая способность сквозного двутавра, по сравнению с несквозным, получается в 1.3-1,5 раз больше!
Если вам интересно, вот занимательный видео-ролик о том, как на самом деле распределяются силы внутри стальной балки и почему лишний материал там совсем не нужен:
И при этом, если сквозной двутавр изготавливают бистальным (из разных видов стали), то при той же несущей способности балка получается на 34-39% легче и на 16-20% дешевле, чем сплошная горячекатаная или из малоуглеродистой стали. Одним словом, такой двутавр еще более компактен, транспортабелен и изготавливается на заводе при помощи высокоавтоматизированного оборудования.
Так, внутренние резы бывают симметричными и асимметричными, по отношению к вертикальной оси. Для изготовления симметричного реза балку соединяют из двух половинок от разных двутаров.
Так получается два вида балки: со вставками на опорах и без них. А вот при ассиметричном резе производят только один тип балки, у которого один конец остается без вставки, а у другого вставка есть.
Иногда перфорированные двутавры изготавливают из заготовок разных двутавров. Но тогда в сжатой зоне необходимо устанавливать половинку из более крепкого двутавра с более прочной сталью. Так добиваются устойчивости стенок сжатых поясов. Самое наличие отверстий в стенке распределяет нормальные напряжения по всей высоте балки.
Ко всему, сквозные двутавры настолько прочные, что при определенном усилении их верхней части стенки таковые активно применяют в качестве подкрановых балок.
Варианты изготовления профилей согласно ГОСТу двутавровой балки
ГОСТы на двутавры определяют, что изделия могут быть выполнены двумя способами. Первый вариант подразумевает изготовление профилей методом прокатывания из заготовок длиной 3-12 м, которые проходят обработку при температуре 1200 °С. Данный процесс осуществляется на специальных станках. В производстве используется конструкционная сталь, которая не содержит легирующих добавок.
Данная технология способствует быстрому производству монолитной продукции. Такие элементы проявляют повышенную устойчивость к различному роду механическим воздействиям. Технология дает возможность применения строительных деталей без использования дополнительных ребер жесткости.
Уникальная форма изделия позволяет снизить массу конструкции, увеличив при этом ее несущую способность. Полки, равномерно распределяющие нагрузку, исключают вероятность перекашивания конструкции.
Двутавры могут изготавливаться методом прокатывания из заготовок и посредством сварки трех основных элементов
Н-образный профиль может также изготавливаться из трех элементов с применением сварки. Такая технология позволяет получить деталь меньшего поперечного сечения в сравнении с монолитными конструкциями.
Процесс сваривания двутавра происходит в такой последовательности:
- выполнение на станках с ЧПУ раскроя листов из стали;
- сварка металлических заготовок на автоматизированных установках с применением гидравлических прижимов;
- правка конструкций на основании прописанных стандартом параметров.
Использовав метод сварной технологии, удается получить двутавровые балки, цена за 1 метр которых зависит от их геометрических параметров, разной ширины и толщины полок. Можно заказать изделие определенной длины с выполненными вырезами и отверстиями для крепежа в теле профиля.
Для большей надежности Н-образной балки соединяемые элементы свариваются с двух сторон
Если двутавровые балки производятся на современном оборудовании, изделия не уступают по своим техническим характеристикам горячекатаным аналогам. При использовании устаревшего оборудования и низкоуглеродистых марок стали строительные элементы будут характеризоваться низкими эксплуатационными показателями.
Какие бывают виды балок?
Строительные балки, как и практически все материалы, используемые на стройках, классифицируются по различным видам, ориентированным на определённые работы.
Деревянные
В спектр балочных древесных изделий применяемых, соответственно, в деревянных постройках, попадают лаги, ригели, прогоны, перекладины, и другие элементы, составляющие каркас брускового или бревенчатого жилого загородного дома. При разделении этажей используют балки перекрытий. Для устройства крыши выстраивают балочный каркас, где применяют стропила. Главная функция деревянных балок, равномерное распределение нагрузки по плоскости верхнего покрытия (крыши). Качественные характеристики материала залог прочности и устойчивости сооружения.
Железобетонные
В строительстве, монтаж железобетона, например, на промышленных предприятиях, учитывает включение соответствующих изделий в устройство подкрановых балок, бетонных ригелей, устанавливаемых на колонны, под плиты перекрытия.
Железобетонные балки являются строительным элементом линейного типа. Выполненные из качественного бетона с расположенной внутри стальной арматурой для усиления, предназначены перераспределять нагрузку и повысить устойчивость основного конструктива.
Металлические
Металлоконструкции в строительстве включают горизонтальные и наклонные стальные балки, как важную часть жёсткого каркаса. Чаще это двутавровые балки с параллельными гранями. Основные их типы — широкие и колонные. Последние не предназначены для выдерживания повышенной нагрузки, поэтому при монтаже опорных частей, воспринимающих влияние основных действующих сил, используют широкополые балки. Применяются при устройстве подвесных путей, шахтных стволов и так далее.
Опоры
Сама балка ложится на опоры. В зависимости от конструктивных особенностей детали бывают:
- разрезными: две опоры поддерживают строительный элемент между этажами, в кровле крыши или мостовыми пролетами;
- неразрезными: несколько опор держат балку, прогиб в одном месте влияет на всю балочную нагрузку.
В зависимости от количества опорных связей данные элементы можно классифицировать на виды:
- статически определимые: когда количество реакций связей равно числу независимых уравнений равновесия статики;
- статически неопределимые: когда количество связей больше возможных уравнений статического равновесия.
Поперечное сечение как форма классифицирования
Стальные балки можно классифицировать по торцевому сечению. Подобная классификация в строительстве позволяет распределить соответствующие элементы в сортаменте металла и, таким образом, провести подбор изделий. Например:
- Прямоугольное сечение. Соответствует применению в пролетах с небольшой длиной.
- Сечение типа «L». Предназначено главным образом при возведении фасадов сооружений.
- Сечение типа «Т». Принадлежит стандартным и двускатным тавровым балкам. Оптимально соответствуют проведению монтажа пролетов средней протяжённости.
- Двутавровое сечение. Балки наделены повышенной устойчивостью и используются для пролётов большой длины. В свою очередь, двутавр может иметь параллельные грани полок. Параметры их разнятся в соответствии со стандартами и установленными ГОСТами.
- Сечение типа «V». Такая строительная балка играет роль дополнительного изделия для усиления несущей конструкции.
- Сечение типа «VT». Соответствует прогонам.
Так, полые опоры обычно находят свое применение в легких постройках гаража, небольшого магазина, маленького навеса.
Цельные брусы вполне подойдут для перекрытий на чердаке простого деревянного домика. Различные «тавровые варианты» предназначены для более серьезных нагрузок в многоэтажных домах, производственных постройках. Двутавровые формы на крупных стройках самые популярные, так как они отлично справляются с нагрузкой на изгиб в кровельных конструкциях. Для придания им наибольшей прочности производят такие балки с толстой стенкой, с внутренними гранями под уклоном или параллельно.
А вот трапецеидальные горизонтальные опоры являются самыми крепкими и дорогостоящими.
Требования ГОСТа 26020-83: сортамент стальных горячекатаных двутавров
Настоящий стандарт определяет стальные горячекатаные Н-образные профили, имеющие параллельные грани. Строго регламентируются данным ГОСТом размеры двутавровой балки. Высота полок изделия находится в пределах 100-1000 мм, а ширина составляет 55-400 мм.
В отличие от габаритов швеллера, изготовленного по ГОСТу 8240-97, сортамент двутавра характеризуется широким диапазоном значений толщины, что находится в промежутке 100-600 мм. Такие двутавры могут быть нормальными – обозначаются маркировкой «Б», широкополочными – «Ш», колонными – «К» и дополнительными – «Д».
Сортамент широкополочных двутавров определяет профили высотой 193-718 мм, которые могут применяться без дополнительного закрепления. Такие изделия используются в качестве основы для укладки железобетонных плит или стального листа.
Данный тип элементов способен выдерживать значительные нагрузки, поэтому его часто употребляют при возведении многоэтажных зданий. Из широкополочных двутавровых балок 50Ш1 выполняют тавровые профили для решетчатых конструкций.
Балки выпускаются следующей длины: мерной, немерной, мерной с отрезком, кратной мерной, кратной мерной с отрезком от 6 до 24 м. Данная величина определяется как максимальное значение длины условного вырезанного профиля с перпендикулярными продольной оси торцами.
