Как правильно выбрать двутавровую балку

Подбор сечения двутавра – критерии выбора, правила и секреты

Балка двутавровая или просто двутавр – один из наиболее широко применяемых видов черного фасонного металлопроката. Главное его отличие – сечение в форме буквы «Н». Зачастую возникает необходимость выполнить подбор сечения двутавра. Как это сделать правильно? Читайте далее в нашей статье.

Начнем с общих параметров, чтобы определить основные критерии выбора сечения. Сначала нужно понять что такое двутавр и каковы его основные характеристики. Итак, двутавр это вид изделий, состоящий из двух полок и соединяющей их стенки. Стенку называют шейкой, полки располагаются параллельно друг другу. Именно шейка и полки образуют профиль сечения двутавра, о котором и идет речь. Думаем, понятно.

Несколько важных моментов влияющих на выбор сечения двутавра. Первый – материал изготовления и технология производства. Двутавр может изготавливаться из различных материалов, в статье поговорим о металлопрокате. Второй – технология производства, либо сварная, либо горячекатаная двутавровая балка. И третий – предназначение изделий (нагружаемые или ненагружаемые конструкции).

Подбор сечения двутавра – сортамент, ключевые моменты

Исходя из того что двутавр – две полки, соединенные шейкой, определяются размеры сечения по таким параметрам как:

  • общая высота профиля (включая длину шейки и толщину двух полок);
  • высота стенки двутавра;
  • общая ширина каждой из полок;
  • ширина одной части полки от шейки к краю, называется свесом;
  • толщина шейки (стенки);
  • толщина полки проката с гранями, расположенными параллельно;
  • средняя толщина полки проката с уклоном внутренних граней;
  • радиус закругления перехода от полки к стенке, он же радиус сопряжения, внутреннего закругления;
  • радиус закругления полки (ее кромки).

Вот эти значения и определяют подбор сечения двутавра. Ряд из них указан в маркировке, об этом ниже.

Отметим один важный, ключевой момент. Выбор сечения двутавра напрямую зависит от государства, на территории которого будет применяться двутавровая балка.

Немного истории

Не нам судить, но на территории России возникла интересная, парадоксальная ситуация. Суть вопроса в том что двутавр по наклону внутренних граней подразделяется на две группы. Первая – с параллельными внутренними гранями. Вторая – с уклоном внутренних граней. Характеристики (площадь сечения, масса и другие) и эксплуатационные параметры, предназначение зачастую совершенно разные.

Во времена Советского Союза сортамент первой группы определял ГОСТ 26020-83. Сортамент второй группы устанавливался ГОСТ 8239-89 (еще ранее ГОСТ 8239-72). С мая 2018 года в России действует свой национальный стандарт – ГОСТ Р 57837-2017. Он определяет технические условия, а вот тут внимательно, для двутавра с параллельными гранями полок. И что вполне естественно, заменяет ГОСТ 26020-83. Приказ Росстандарта от 30.11.2018 N 1047-ст. Пункт первый четко указывает что ГОСТ 8239-89 заменен на ГОСТ Р 57837-2017.

В результате двутавр с уклоном внутренних граней в России оказался вне закона, нет такого и все. На рынке такой прокат есть, а использовать в строительстве официально нельзя. Других ГОСТов для двутавра с уклоном внутренних граней в России нет. Если не считать специальный прокат (ГОСТ 19428-74) и изделия из цветного проката. Но ГОСТ Р 57837-2017 – это российский национальный стандарт. В ряде государств СНГ ГОСТ 26020-83 и ГОСТ 8239-89 действуют.

Выбор сечения двутавра – основные расчеты

Помимо сортамента, о нем поговорим детальнее далее, выбор сечения двутавра должен основываться на расчетах. Тут два важных определяющих критерия. Первый – действующие СНиП. Второй – такая наука как «Сопротивление материалов», сокращенно сопромат. Сечение двутавра рассчитывается исходя из его предназначения и предполагаемых статических и динамических нагрузок. То есть тех нагрузок, которые будут воздействовать на конструкцию. Учитывается развитие пластических деформаций в наиболее нагруженном сечении. Лекцию по сопромату читать не будем. Остановимся на основных моментах.

Величина сопротивления

Сечение двутавра зависит от величины нужного момента его сопротивления. Многое находится в зависимости от марки стали, ее расчетного сопротивления и корректирующего коэффициента. Рассчитываются такие параметры как:

  • высота сечения, в зависимости от пролета балки, условий наименьшего расхода стали, обеспечения требуемой жесткости;
  • толщина стенки;
  • геометрические характеристики сечения, исходя из момента сопротивления и момента инерции.

Толщина стенки

Под обеспечением требуемой жесткости следует понимать расчеты с учетом полного использования несущей способности материала. Отталкиваться надо от условий обеспечения предельного прогиба. Толщина стенки рассчитывается с использованием различных методик, включая:

  • эмпирическую формулу;
  • исходя из условий прочности шейки на срез;
  • исходя из условий обеспечения местной устойчивости шейки, без укрепления ее дополнительным продольным ребром жесткости.

Обязательно нужно выполнять проверку сечения двутавра. Наиболее важно на прочность по нормальным напряжениям, возникающим в поперечном сечении балки, и на жесткость. Инженерного образования нет, сопромат – темный лес, требуется выбрать сечение двутавра для несущих, нагружаемых конструкций? Воспользуйтесь услугами квалифицированного инженера или специальным программным обеспечением, введя все исходные данные. Если конструкции ненагружаемые, то при выборе сечения двутавра расчет нагрузок не так критичен.

Рекомендуем к прочтению:

Сортамент и сечение двутавра – ГОСТ Р 57837-2017

Не будем затрагивать тему двутавра с уклоном внутренних граней полок. Раз уж так повелось на Руси использовать только ГОСТ Р 57837-2017, пусть будет ГОСТ Р 57837-2017. Отметим лишь одно. В прайсах помимо него могут быть указаны все те же ГОСТ 26020-83 и ГОСТ 8239-89. Ах да, есть еще и СТО АСЧМ 20-93, на него тоже ссылаются. Но он отменен на основании информационного письма ТК375/ГР-57837 от 11.04.2018 года.

Разговор у нас пойдет о выборе сечения для горячекатаного двутавра с параллельными гранями полок. Возьмем за основу сортамент этого вида фасонного черного металлопроката. Но прежде о маркировке двутавра. Она состоит из букв и цифр. Первая цифра обозначает высоту профиля в сантиметрах. Этот параметр называется номером, цифра от 10 до 100. Следом идет буква. Она указывает на тип в зависимости от условий работы и соотношение размеров. Именно соотношение размеров в полной мере влияет на сечение двутавра. Оттого на типах двутавра остановимся детальнее далее. И еще в маркировке встречается цифра после буквы. Она указывает на профилеразмер в данной серии (по толщине стенки и полки). Это тоже влияет на сечение.

В качестве примера маркировки 12Б1. Двутавр высотой 12 сантиметров, балочный нормальный, первого профилеразмера.

Какие существуют типы двутавра

О профилеразмерах, соотношении толщины полки и балки, говорить не будем. Это очень важный параметр при выборе сечения двутавра. Но у одного производителя их бывает до 200 и постоянно количество растет. Все зависит от настроек и характеристик прокатного стана. Описать все в рамках одной статьи невозможно. Это каталожные данные, причем по каждому металлургическому предприятию в отдельности.

Теперь о типе двутавра и характерных особенностях сечения. Он делится на несколько групп:

  • балочный (о нем ниже);
  • колонный, характерная черта сечения – высота равна или близка ширине полок, толщина полок увеличенная;
  • свайный, сечение с высотой равной или близкой ширине полок, толщина стенки и полки равны.

Теперь о балочном типе двутавра, их два. Первый – нормальный. Характерная черта сечения – ширина полок меньше чем высота профиля. Толщина стенок минимальная. Второй – широкополочный, с увеличенной шириной полок.

Выбор сечения двутавра – другие виды изделий

Подбор сечения профиля для специального горячекатаного профиля будет отличаться. Во многом это определяется уклоном внутренних граней полок. ГОСТ 19425-74 еще ГОСТом Р 57837-2017 заменить гениальная мысль не пришла в головы (шутка). Если кратко, то существует два основных вида специальной двутавровой балки. Первый – М (подвесная, монорельсовая). Соотношение основания двутавра к ширине полок примерно 2/1 или 3/1. С – для армирования стволов шахт. Сечение отличается значительным уклоном внутренних граней полок.

Обращайте внимание что все еще есть на рынке и двутавровая балка У. Буква указывает на то что это узкополочный прокат. Характерная черта сечения – узкие полки.

И последний тип горячекатаного двутавра – Д. Это обозначает дополнительный. По ГОСТ Р 57837-2017 маркируется как ДК и ДБ. Изготавливается по требованиям заказчика. Какое нужно сечение, такое и сделают под заказ. Особенно актуально когда стоит сложная, нетривиальная инженерная задача при проектировании уникальных металлоконструкций. Среди характерных черт сечения – ширина полки. Она меньше чем ширина полки у широкополочного двутавра. Но при этом ширина полки двутавра Д меньше чем ширина полки у двутавра нормального типа. Хотя бывают и исключения.

Подводя итог скажем так. Подбор сечения двутавра определяется сложными расчетами. Форма профиля зависит от основных параметров проката и определяет его тип. Иногда характеристики типа определяют вид сечения. С особой тщательностью надо выполнять выбор сечения двутавра для нагруженных конструкций. Остались вопросы? Требуется двутавровая балка? Обращайтесь!

Двутавровые балки перекрытия – все про «Н»-образный прокат

Двутавровые балки перекрытия с каждым годом обретают все большую популярность благодаря своим неоспоримым достоинствам. Познакомимся с их видами, производством и уделим внимание особенностям расчета элементов.

1 Первое знакомство с двутавром

Что собой представляет двутавр? Это профиль, сечение которого по форме напоминает букву “Н”. Такое решение самым благоприятным образом отразилось на характеристиках изделия. Например, если сравнивать двутавр со стандартными конструкциями квадратного сечения, то его жесткость и прочность выше в 30 и 7 раз соответственно. Наиболее распространенными считаются металлические изделия, однако такие конструкции также изготавливают и из дерева.

Читайте также:  Необычные пуфы и подушки chicsindesign

Этот профиль очень часто используется при монтаже перекрытия и возведении мостовых сооружений. Кроме того, встретить двутавровые балки можно в автомобильной промышленности, вагоностроении, еще они незаменимы, если речь идет об армировании шахтных стволов. Основными характеристиками этого вида металлопроката считают высоту самого двутавра, ширину, среднюю толщину, а также радиус закругления полок. Еще учитывается и радиус внутреннего закругления. Все эти показатели и определяют дальнейшее применение элемента. Например, для поверхностных путей используют балки серии М с уклоном внутренних граней полок равным 12°. Если речь идет о прокате серии С, применяемом для армирования шахтных стволов, то этот параметр увеличивается и составляет 16°.

2 Особенности классификации и маркировки

Внутренние грани полок двутавра могут располагаться параллельно либо с уклоном. В зависимости от условий применения и соотношения размеров прокат делится на следующие типы. Нормальные, широкополочные и колонные элементы обозначаются символами “Б”, “Ш” и “К” соответственно. Если в маркировке обнаружите букву “Д”, то речь идет о профиле дополнительной серии. Еще широкополочные и нормальные двутавры могут обозначаться сочетанием символов “ДШ” и “ДБ”.

Кроме того, такие конструкции делятся на сварные и горячекатаные. Первые получают путем сваривания стенки и поясов. А вот вторые изготавливают на специальных прокатных станах. Если горячекатаные изделия имеют одинаковые размеры по всей длине, а также полностью состоят из одного и того же металла, то со сварными элементами можно экспериментировать. Их пояса могут состоять из листового или профильного проката, гнутого профиля либо швеллера. При этом характеристики и свойства поясов одного и того же двутавра иногда отличаются, так как состоят из различного металла. Существуют изделия переменного сечения. Это дает возможность более рационально использовать металл и упрочнить конструкцию в местах повышенной эксплуатации.

3 Достоинства и недостатки такого металлопроката

В этом пункте суммируем все плюсы, которыми обладают двутавровые балки. Прежде всего стоит отметить их отменные прочностные характеристики, благодаря которым этот материал можно использовать даже в качестве перекрытия очень длинных пролетов. При этом монтаж элементов не составит огромного труда, да и при необходимости вы всегда сможете обработать поверхность. Такой прокат не подвержен ни деформации, ни усадке. Его по праву можно назвать универсальным, ведь такая балка встречается как в конструкции потолка, так и стен.

Еще достоинства и недостатки элементов во многом зависят от их вида. Например, горячекатаные конструкции монолитные, и нет необходимости применять дополнительную арматуру, даже если речь идет об очень сильных нагрузках. К тому же они более просты в изготовлении и экономичны. Сварной профиль имеет дополнительные ребра жесткости, благодаря которым можно снизить толщину стенок и соответственно себестоимость изделия. Плюс такие элементы изготавливают по индивидуальным заказам, и их размеры устанавливает клиент. Это позволяет минимизировать отходы во время строительства. Также по требованию заказчика конструкция может быть усеченной, равно- либо неравнополочной, иметь перфорацию, фланцевые соединения.

А вот к минусам монолитного проката стоит отнести высокую емкость металла, вызванную утолщением стенок, а также вес и размеры конструкции. Дело в том, что такие двутавровые балки изготавливаются только в соответствии с ГОСТом, а значит, их параметры, в том числе и длина, должны полностью соответствовать размерам, указанным в документации. Поэтому очень часто мы вынуждены самостоятельно резать элемент, а излишки приходится списывать в отходы, что нерационально. Недостатками сварных изделий можно назвать необходимость использования дополнительной арматуры для создания ребер жесткости, что увеличивает трудозатраты.

4 Правила калькуляции двутавров

Как видно, выбор двутавровых конструкций довольно большой, но чтобы использование этого элемента было рационально и конструкция получилась надежной, следует правильно подобрать профиль. В этом пункте мы рассмотрим, как найти подходящий двутавр. Если планируете использовать изделие для перекрытия, необходимо знать такие параметры, как расстояние между стенами и максимальную нагрузку, которая будет приходиться на будущую конструкцию. Далее провести расчет можно с помощью специальных онлайн-калькуляторов либо вычислить параметры самостоятельно.

Заглянув в ГОСТ, вы найдете таблицы, в которых указаны обозначения, размеры, площадь сечения профиля и линейная плотность материала. Также существуют таблицы, где оговаривается масса одного метра изделия. Чтобы узнать вес всего элемента, необходимо умножить массу его метра на длину. А вот для расчета несущей способности двутавровой конструкции нужно уточнить и ширину полок. Причем этот параметр должен соответствовать и сечению несущей колонны. Например, если это квадрат со стороной 510 мм, тогда необходимо подобрать профиль шириной не более 460 мм. Это обусловлено тем, что двутавр нужно будет приваривать и требуется оставить запас для сварочных швов.

Для расчета нагрузки следует сначала узнать нормативное воздействие (нагрузка, приходящаяся на 1 м профиля). Затем это значение умножаем на коэффициент прочности по нагрузке и полученный результат суммируем с массой изделия. Таким образом, мы вычисляем момент сопротивления, а там дело за малым, осталось только подобрать из сортамента нужный профиль.

При этом следует учитывать, что металлическая конструкция может использовать максимум 80% от допустимого прогиба.

Современные технологии значительно упрощают нашу жизнь и если нет никакого желания самостоятельно заниматься расчетами и подбирать нужный вариант по справочникам, то можно воспользоваться онлайн-калькулятором. С ним работать очень просто, необходимо всего-то заполнить пустые поля и программа выдаст оптимальные варианты. Нужно указать конструкцию, в которой будет использоваться двутавровая балка, например, она необходима для перекрытия. Затем уточняете максимальный пролет и шаг установки профиля. Шагом называется расстояние между двумя элементами, расположенными параллельно друг к другу. Рекомендуемая величина составляет 1 м, но в некоторых случаях можно увеличить его до 1,2 м. Также необходимо знать расчетную нагрузку, приходящуюся на квадрат и угол наклона стропил. Теперь вы знаете, какой именно элемент лучше всего подойдет для конкретного перекрытия.

5 Усиление своими руками – делаем безопасно

Безусловно, лучше всего подобрать двутавр с нужной несущей способностью и использовать его, но иногда такой возможности нет и необходимо усилить конструкцию самостоятельно. Этому вопросу мы и уделим внимание. Стоит отметить, что усиление различных узлов происходит неодинаково.

Если на элемент перекрытия приходятся нагрузки на сжатие, растяжение либо изгиб, то необходимо увеличить сечение изделия. Сделать это можно, приварив дополнительные детали к профилю. Однако действовать нужно обдуманно и руководствоваться размерами двутавра, а также направлением сварочных работ. Дело в том, что во время этой операции металл нагревается, и несущая способность элементов может, напротив, снизиться. Для продольных швов максимально возможное понижение этой характеристики не превышает 15%. А вот если речь о поперечном направлении, то несущая способность может снизиться на целых 40%. Так что накладывать швы в поперечном направлении нельзя.

Перекрытие двутавром: какой номер двутавра брать ?

Есть вопрос касательно перекрытия двутавровыми балками подвального этажа.
Пролеты 3.6 (частично 4.5 – эркер) и 3.8 метра (см. рисунок). Почитал форум – посмотрел что есть в нете, и пришел к заключению что 14-го двутавра должно быть достаточно. В нете правда нашел только одну таблицу, где есть зависимость размера двутавра от ширины пролета:
” >

Эту таблицу можно на многих сайтах увидень. Одну и ту же. Больше информации я не нашел. По этой таблице, если брать нагрузку 300 кг/м2, то 14 двутавра должно хватить.

Перекрытие думаю делать так – двутавр 14-ка через 1.1 метра, между двутаврами арматурная сетка (приварена к двутавру) и 8-10 см бетона. Ну а далее утеплитель (пенопласт), стяжка, паркет (ламинат ?).

Вопрос: достаточно ли 14-го двутавра ? Как расчитать какой двутавр будет уверено держать перекрытие ?

Здравствуйте,Sharkan.
Обычно в таком типе конструкции перекрытий используют плиты БПР.
Например: ” >
Решил напомнить о них,видя не круглую цифру шага двутавра – 1100мм.
Кстати,на вашем чертеже не хватает 140-го швеллера вдоль стен.

Юра-сварщик написал :
Кстати,на вашем чертеже не хватает 140-го швеллера вдоль стен.

Там будет армирующий пояс. и арматуру хочу ложить прямо на него – сделав опалубку из кирпича например, и сразу заливать. тоесть получается что плита лежит на армопоясе.

Раз уж вы собираетесь лить бетон,то и перекрытие можно залить монолитом!Ведь все равно придется использовать опалубку.Сортовой прокат весьма дорог,разве не так?.

Юра-сварщик написал :
Раз уж вы собираетесь лить бетон,то и перекрытие можно залить монолитом!Ведь все равно придется использовать опалубку.Сортовой прокат весьма дорог,разве не так?.

Да нет. там немного другая история. С монолитом намного больше возни и т.д.
Уже решил что буду двутавр дставить. Тем более к нему можно прямо опалуку подвязать. Особых подпорок мудрить ненадо.

Sharkan написал :
достаточно ли 14-го двутавра ? Как расчитать какой двутавр будет уверено держать перекрытие ?

Да. 14Б1 нормально. Посчитать- можно. Но не нужно. Ваш пролет- 14-я балка.

Юра-сварщик написал :
Кстати,на вашем чертеже не хватает 140-го швеллера вдоль стен

Если все возможные варианты устройства перекрытий рассмотрены и выбран этот – пусть будет.
Единственно хочу предостеречь – арматуру сильно не варите,прихватками по одной стороне и не более.

Что-то не нравится по нагрузке. 10см бетона- 250кг, да + свой вес, да+ стяжка, ламинат.
Не не пойдёт. Что-то я погорячился. Для досок- нормально, для бетона- не очень.
Вот если сетку из д8-10 с ячейкой 100мм и толщину бетона 5см, то в натяжку, может и ничего.

Михалыч написал :
10см бетона- 250кг, да + свой вес, да+ стяжка, ламинат.

Ну а почему же тогда в таблицах стоит – 14-ка ?
Надо считать. ну тогда может 16-ка или 18-ка ?

Читайте также:  Струбцина своими руками: 6 этапов изготовления

Можно применить простой сопромат)) Максимальный момент при распределенной нагрузке равен произведению нагрузки на длину пролета в квадрате, деленную на восемь. Потом находим момент сопротивления разделив полученный максимальный момент на допускаемое напряжение, которое можно взять 1500кг/см. кв. Ну и по полученному моменту сопротивления подбираем балку. У 14 он равен 81,7 см.куб. Получается что 14 балка вполне прочна для вашего перекрытия.

Спасибо! Тоесть получается что балка 14-ка – даже с нагрузкой 500 кг/м2 подойдет ?
Почему я поменял нагрузку с 300 на 500 кг/м2. Я так подумал – посчитал:
Вес балки 14-ки (погонный метр): 13.7 кг
Вес бетона (кв. метр, 10 см тощина): 250 кг
Вес арматуры (на кв. метр, прибл.): 20 кг
Утеплитель (ЭППС): 2 кг
Стяжка (кв. метр, пускай 4 см): 80 кг
Ламинат (кв.м): 10 кг (навскидку)

Тоесть выходит 375,7 кг/м2. Ну а что остается – 124,3 – это уже нагрузка дополнительная: мебель, вес человека и т.д.
Поскольку в нормах нагрузка дополнительная (без веса балки, бетона и т.д.) должна быть не менее 150 кг/м2, то можно уменьншить толщину бетона до 8 см. Тогда будет дополнительных 50 кг/м2 “свободны”.

Есть програмка неплохая для расчетов: Balka называется. Но у меня язык системы на компе английский. И после инсталляции вместо меню и т.д. выдает знаки вопросов. Тоесть посчитать немогу.

Как подобрать двутавр: формулы и пример

Опубликовано 21.01.2017 · Обновлено 07.02.2018

Доброго времени суток друзья, в этой статье буду писать о том, как подобрать двутавровое поперечное сечение при плоском изгибе.

Поперечное сечение при плоском изгибе, всегда подбирается по нормальным напряжениям, так как касательные напряжения при данном виде деформации мизерны. Однако, после подбора двутавра, выполняют проверку по касательным напряжениям.

Условие прочности для двутавра

Так вот, условие прочности, при плоском изгибе, будет выглядеть так:

В неравенстве слева, записано максимальное расчетное напряжение, а справа напряжение допустимое.

Максимальное расчетное напряжение, в сопромате, находят двумя способами:

Как отношение максимального изгибающего момента к моменту сопротивления:

Либо по такой формуле:

Где М — максимальный изгибающий момент, y — расстояние от нейтральной линии до крайней точки сечения, J — момент инерции сечения.

Момент инерции и момент сопротивления связаны следующей связью:

Когда какую формулу удобнее использовать?

  • Если в условии задачи вас просят найти максимальное напряжение, то используйте формулу с моментом сопротивления. То есть, по этой формуле вы сразу вычислите максимальные напряжения в крайних точках сечения.
  • Если вам потребуется найти напряжение в любой другой точке сечения, например, в месте перехода полки в стенку, то используйте вторую формулу.

Подбор двутавра на практике

Ну что же, самое время перейти к практике. Например, посчитали вы балку, построили эпюры и нужно теперь подобрать двутавр удовлетворяющий условию прочности. Для этого вам необходимо:

Проанализировать эпюру изгибающих моментов и определить положение наиболее опасного сечения. Опасным считаем то сечение, в котором изгибающий момент максимален. Скажем, у вас он будет равен 30 кНм.

Далее необходимо определить минимально допустимый момент сопротивления из условия прочности. Допустимое напряжение примем равным 160 МПа:

Нашли момент сопротивления. Далее по сортаменту двутавров (ГОСТ 8239-89) выбираем номер профиля,у которого момент сопротивления будет ближайшим большим к нашему расчетному. Это двутавр № 20а у которого момент сопротивления равен 203 см 3 .

Делаем проверочный расчет. Вычисляем напряжение с табличным значением момента сопротивления:

Так как получили напряжение меньшее, чем допустимое, можно сделать вывод, что подобранный двутавр удовлетворяет условию прочности. В некоторых учебниках, авторы допускают перенапряжение для стандартного металлопроката не больше 5%. То есть, можно было взять и посчитать напряжение для двутавра №20, у которого момент сопротивления чуть меньше, чем наше расчетное значение. И возможно, что перенапряжение бы было меньше 5 %.

Расчет нагрузки на двутавр

Двутавр – вид фасонного металлопроката, способный принимать большие нагрузки, по сравнению с уголком и швеллером. В частном строительстве металлопрокат с сечением Н-образного профиля используется только при создании крупногабаритных строений. Для выбора подходящего номера двутавровой балки производят профессиональные расчеты на прочность и прогиб с помощью формул или с использованием онлайн-калькулятора. Исходными данными являются: длина пролета, тип закрепления балки, характер нагрузки, планируемый шаг размещения профильного проката, наличие или отсутствие дополнительных опор, марку стали.

Выбор типа балки, в зависимости от запланированных нагрузок

Производители предлагают металлические двутавры с несколькими типами поперечного сечения, предназначенные для различных эксплуатационных условий. Такая продукция, в зависимости от типа сечения, может применяться в крупногабаритном жилищном строительстве, при возведении зданий промышленного и гражданского назначения, в мостостроении. Для каждого из них в соответствующем стандарте имеется таблица, в которой указаны размерные параметры, масса 1 м, момент и радиус инерции, момент сопротивления. Эти характеристики используются в расчетах на прогиб и прочность.

С уклоном внутренних граней полок 6-12 %

Производство этого металлопроката регламентируется ГОСТом 8239-89. Благодаря скруглению внутренних граней около стенки, обладают высокой прочностью и устойчивостью к прилагаемым усилиям.

С параллельными внутренними гранями полок

Эта продукция выпускается в соответствии с ГОСТом 26020-83, выделяют следующие типы:

  • Б – нормальный. Применяется для эксплуатации под средними нагрузками.
  • Ш – широкополочный. Может использоваться для разрезки по продольной оси для получения таврового профиля. Тавр укладывается на один пролет. Целый двутавровый профиль – на один или несколько пролетов. Эти металлоизделия очень массивны. Плюсом их использования является возможность использования в качестве самостоятельного элемента без применения усиливающих деталей.
  • К – колонный. Это наиболее массивные профили. Имеют широкие, утолщенные полки и стенки. Применяются при устройстве большепролетных конструкций.

Типовые схемы расположения двутавра

Один из исходных параметров, учитываемых в расчетах, – схема закрепления балки и вид прилагаемой нагрузки. Большинство вариантов сводится к основным схемам:

  • шарнирно-опертая балка с равномерно приложенной нагрузкой;
  • с жесткой заделкой одного конца, сила распределена равномерно;
  • однопролетная с консолью с одной стороны, с дополнительной опорой, нагрузка равномерно распределена;
  • шарнирно-опертая, сила сосредоточенная;
  • шарнирно-опертая, с двумя приложенными силами;
  • консоль с жесткой заделкой, приложена сосредоточенная сила.

Сбор нагрузок

Перед началом расчета производят сбор сил, действующих на двутавровую балку. В зависимости от продолжительности воздействия,их разделяют на временные и постоянные.

Таблица нагрузок на двутавровые балки

ПостоянныеСобственная масса балки и перекрытия. В упрощенном варианте вес межэтажного перекрытия без цементной стяжки с учетом массы балки принимают равным 350 кг/м 2 , с цементной стяжкой – 500 кг/м 2
ДлительныеПолезныеЗависят от назначения здания
КратковременныеСнеговые, зависят от климатических условий региона
ОсобыеВзрывные, сейсмические. Для балок, работающих в стандартных эксплуатационных условиях, не учитываются. В онлайн-калькуляторах обычно не учитываются

Нагрузки разделяют на нормативные и расчетные. Нормативные устанавливаются строительными нормами и правилами. Расчетные равны нормативной величине, умноженной на коэффициент надежности. При усилии менее 200 кг/м 2 коэффициент обычно принимают равным 1,3, при более 200 кг/м 2 – 1,2. Шаг между балками принимают равным 1 м. В некоторых случаях, если это допустимо в конкретных эксплуатационных условиях, в целях экономии материалов его принимают равным 1,1 или 1,2 м.

При расчетах принимают во внимание марку стали. Для использования в условиях высоких нагрузок и при минусовых температурах востребованы двутавровые балки, изготовленные из низколегированных сталей.

Способы выбора оптимального размера сечения профиля

Наиболее точным вариантом подбора номера и типа двутаврового профиля является проведение профессиональных расчетов. Именно этот способ применяется при проектировании ответственных крупногабаритных объектов. При строительстве небольших зданий можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Для примерного определения размера профиля можно воспользоваться таблицей соответствия номера двутавровой балки максимально допустимой нагрузке:

Общая нагрузка, кг/м 2Длина пролета
3 м при шаге, м4 м при шаге, м6 м при шаге, м
1,01,11,21,01,11,21,01,11,2
300101010101212161616
400101010121212202020
500101212121212202020

Из этой таблицы видно, что для двутавровой балки номер 10 максимальная длина пролета составляет 4 м при шаге 1,2 м, нагрузка – 400 кг/м 2 , для номера 16 длина пролета может достигать 6 м, нагрузка, которую он может выдержать, – 300 кг/м 2 , для профиля 20 – 6 м и нагрузка 400 кг/м 2 .

Сколько выдержит двутавр на проем 9 метров

Двутавровая балка — прокат, имеющий сечение буквы Н и означающий с латинского языка — «двурогая» с двух сторон («тавр» — бык). Расстояние между полками называют высотой, у двутавра 20го высота составляет около 200 мм или 20 см. Двутавр — это металлопрокат фасонного типа, изготавливаемый из строительной стали — ст3 и низколегированной стали 09Г2С.

Читайте также:  Оформляем стены с помощью аэрографии

Балка двутавровая 20 наиболее распространена в применении у строителей и монтажников, в первую очередь при устройстве каркасов с большими пролётами в зданиях, для перераспределения нагрузки с перекрытий на несущие конструкции. Её используют для мостостроительства, изготовления кранов, автомобилей, трубопроводов, самолётных ангаров, в железнодорожном строительстве и т. д. 20й профиль производят по 8239 ГОСТ двутавры стальные , госстандарту 26020-83, двутавр гост 19425-74 и техническим условиям СТО АСЧМ 20-93.

Двутавр 20й подразделяют по СТО АСЧМ 20 на нормальную балку 20Б с параллельными гранями полок, широкополочную балку 20Ш и 20К — для колонн. Двутавр СТО АСЧМ 20-93 с высотой 20 см имеет грани полок, которые параллельны. СТО двутавр производится НЛМК, который и разработал данный стандарт. По такому стандарту производится также балка 09Г2С , которая также подразделяется на нормальную балку, колонную и широкополочную. Металлопрокат из низколегированной стали может употребляться как при очень низкой температуре, так и при высоких температурах, не подвергаясь деформации.

Двутавр стальной 20Б1 имеет массу метра — 21,3 килограмм. Масса 20Ш1 составляет 30,6 кг в метре, вес колонной балки 20К1 — 41,4 кг, вес двутавра 20К2 — 49,9 кг. Параметры двутавра 20Б1: высота (h)- 200 мм, ширина полки (b)- 100 мм, толщина стенки (s) — 5,5 мм, толщина полки (t)- 8,0 мм. Широкополочный 20й профиль 20Ш1 имеет следующие характеристики: h — 194 мм, b- 150 мм, s — 6 мм, t — 9 мм. Колонная балка 20К1 обладает h 196 мм, b стенки — 199 мм, s стенки — 6,5 мм, t полки — 10, 0 мм.

Балка 20 по стандарту 19425 может быть монорельсовой (обозначается буквой М) и спец. (именуется буквой С). Этот ГОСТ распространяется на горячекатаные двутавры с полками, имеющими наклон внутренней поверхности полок. Монорельсовый двутавр, известный как кран балка, предназначена для крановых путей, как несущий мост в козловом или мостовом кранах, как подрельсовая балка. Такое изделие характеризуется высокой прочностью и способно противостоять большим нагрузкам, давлению, скручиванию. Специальная балка применима в стволе конструкций, которые обеспечивают движение подъёмных стволов, то есть для армирования стволов шахт, а также в сооружении лестниц и прокладке инженерных коммуникаций, креплении водоотливов.

Специальный профиль 20С имеет следующие параметры — двутавр размеры : высоту — 200мм, ширину полки — 100 мм, толщину стенки — 7 мм, толщину полки — 11,4 мм. Масса 1 м такого двутавра составляет 27,9 кг. Вес погонного метра балки в таблицах теоретический, он нужен для того,чтобы рассчитать самостоятельно вес целой балки или необходимое количество метров и штук двутавра. Итак, если балка 20 на складе металлоторгующей компании имеется длиной 12м, то чтобы выяснить вес одного хлыста, нужно двутавр вес 1 метра 27,9 умножить на 12м. Зная общее количество метров балки, легко можно посчитать общий вес необходимого металлопроката. На практике это лучше всего выяснить, уточнив у менеджеров компании АО «Металлоторг», которые кроме того подскажут стоимость металла, двутавр цена за метр, выпишут счёт, чтобы двутавр купить , и решат все текущие вопросы по загрузке и доставке.

Двутавр ГОСТ 8239 89 — на сортамент двутавров , имеющий отличие — наклон внутренних поверхностей полок. Такая балка с расстоянием между полками 200 мм имеет ширину этих полок — 100 мм, толщину металла посередине высоты — 5,2 мм, толщину полок 8,4 мм.

Какой двутавр лучше? Горячекатаный двутавр или сварной?

Чтобы выбрать между горячекатаной балкой 20 и сварным профилем с похожими параметрами, вычиляют момент сопротивления. Для этого учитывают нагрузку на перекрытие, непрерывную и краткосрочную нагрузку, используют табличные данные — коэффициент прочности и допустимый прогиб для несущих конструкций.

Технические характеристики металлического профиля необходимы, чтобы их правильно применять в строительстве, ведь несмотря на большое разнообразие сфер применения, суть остается одна – создать надежную несущую конструкцию. Она позволяет преобразовывать архитектуру сооружений:

  • увеличивает ширину пролетов зданий;
  • значительно, примерно на 35%, уменьшить массу несущих конструкций;
  • существенно увеличить рентабельность проектов.

Говоря о достоинствах конструкции, нельзя не отметить и минусы, хотя их немного. Основные из них – это

  • необходимость применять при создании ребер жесткости дополнительную арматуру;
  • достаточно существенные трудозатраты, которые нужны для ее изготовления.

Однако, следует отметить, что с другой стороны дополнительные ребра жесткости дают возможность:

  • уменьшить общую металлоемкость сварной металлоконструкции, так как ощутимо уменьшают толщину стенок. Таким образом удается понизить ее стоимость, но целиком сохранить механические характеристики;
  • помимо этого облегченная конструкция экономична и с точки зрения устройства фундамента, поскольку после снижения общей массы можно использовать фундамент под БМЗ (быстровозводимые здания).

Чтобы найти двутавр, подходящий для конкретного случая, требуется произвести некоторые расчеты. Обычно для этого используют таблицы или онлайн калькуляторы. В их основе лежат заданные два параметра: расстояние от одной стены до другой и будущая нагрузка на строительную конструкцию.

Прочность двутавровой балки определяется такими параметрами, как:

  • длина,
  • метод закрепления,
  • форма,
  • площадь поперечного сечения.

Большее распространение получили изделия с буквой «Н» в сечении.

Жесткость металлической конструкции двутавра в 30 раз превышает жесткость квадратного профиля, а прочность, соответственно, в 7 раз.

Длина данной металлоконструкции бывает разной, к примеру, в случае ГОСТ 8239-89 это 4 –12 метров, то есть в зависимости от сортамента размеры и вес балки двутавровой отличаются. Помимо длины величина веса определяется толщиной металла и размерами граней. Поэтому для выполнения различных расчетов было введено понятие «вес метра балки двутавровой».

При покупке сварной конструкции обязательно требуется расчет на прочность, а для конкретного использования еще и расчет на прогиб. Грамотный расчет нагрузки на двутавровую балку позволит обеспечить устойчивость конструкции к проектным воздействиям, то есть способность воспринимать их без разрушения.

Нагрузка собственного веса

Чтобы определить в случае необходимости вес двутавровой балки пользуются специальными таблицами, где расписаны ее характеристики, к примеру, габариты, марка стали и т. д. В таблице представлена теоретическая масса 1 м профиля.

балка двутавровая размеры и вес (ГОСТ 8239-89)

Пример расчета двутавра

Предположим необходимо рассчитать вес двутавра № 12 длиной в 3 метра . Согласно таблице условная масса погонного метра данного профиля равна 11,50 кг. Если перемножить полученные значения, то получим величину общей массы – 34,5 кг.

Точнее значение веса сварной металлоконструкции можно посчитать, используя специальные онлайн калькуляторы.

В калькуляторе выбирают соответствующий номер двутавра и вводят необходимый метраж. Как видите, полученное значение больше рассчитанного нами на 0,12 кг.

Несущая способность

Среди всех типов балок двутавровая имеет наибольшую прочность, более того, она устойчива к температурным перепадам. Допустимая нагрузка на двутавр бывает указана на маркировке, как размер. Чем больше число, указанное в его наименовании, тем большую нагрузку может воспринимать балка.

Любой расчет предполагает изначальное знание размеров прокатного или сварного профиля, его длины и ширины. Проясним смысл значения ширины на примере самой популярной балочной опоры – колонны.

Предположим, что в сечении колонны лежит квадрат со стороной 510 мм, тогда на нее можно будет опереть профиль, для которого ширина не может превышать 460 мм. Это связано с тем, что двутавр придется приваривать к железобетонной подушке, а для сварочных швов понадобится запас, по крайней мере, в 40 мм.

После определения ширины переходят к выбору профиля и расчету нагрузки, воздействующей на профиль. Она представляет собой совокупность воздействий от перекрытия, а также воздействий временного и постоянного характера.

Нагрузку, выражающую величину нормативной нагрузки, собирают на длину 1 м профиля.

Но, расчет несущей способности двутавровой балки предполагает учет другого воздействия. Чтобы получить расчетную нагрузку, рассчитанное нормативное воздействие умножается на так называемый коэффициент прочности по нагрузке. Остается к результату прибавить уже подсчитанную массу изделия и найти его момент сопротивления.

Полученных данных достаточно, чтобы из сортамента подобрать профиль, необходимый для изготовления сварного профиля. Как правило, с учетом прогиба конструкции рекомендуется выбирать профиль выше на два порядка.

Сварная металлическая конструкция должна использовать примерно 70–80% от максимально допустимого прогиба.

Усиление

Если несущая способность двутавра оказывается недостаточной, то возникает необходимость ее усиления. Для различных элементов сварной конструкции этот вопрос решается по-разному.

К примеру, для элементов, воспринимающих нагрузки типа растяжения, сжатия или изгиба, используют такой вариант усиления: увеличивают сечение, иначе говоря, повышают жесткость, скажем, приварив дополнительные детали.

Теоретически – это один из лучших вариантов усиления, однако, при его реализации не всегда удается получить требуемый результат. Дело в том, что элементы в процессе сварочных работ нагреваются, а это несет за собой уменьшение несущей способности.

В какой степени можно ожидать такого понижения зависит от размеров двутавра и режима и направления сварочных работ. Если для продольных швов максимальное понижение оказывается в пределах 15%, то для швов в поперечном направлении оно может достичь и 40%.

Поэтому при усилении двутавра под нагрузкой категорически запрещено накладывать швы в направлении, поперечном к элементу.

Расчетно и экспериментально было доказано, что оптимального результата усиления под нагрузкой можно получить при максимальном напряжении в 0,8 R y , то есть 80% расчетного сопротивления стали, которая была использована для изготовления двутавра.

Добавить комментарий