Применение и особенности расчетов двутавровой балки

Применение и особенности расчетов двутавровой балки

Двутавр — прочный металлический стальной профиль из сортового проката. Его сечение напоминает «Н». Такая форма придает конструкции дополнительную жесткость, показатели которой в 30 раз больше по сравнению с обычной балкой квадратного типа аналогичной площади.

Применение и основные параметры

Н-образная балка металлическая имеет маркировку, в которую включены буквенные и цифровые обозначения. Первая цифра — высота металлопрофиля (в см), а буква — назначение металлоизделия. Это может быть:

  • «Б» — металлопрокат нормального типа. Его используют в качестве самостоятельного несущего элемента крупногабаритных конструкций. Применяют в опорах и колоннах;
  • «К» — балки колонные. Грани по ширине и высоте имеют практически одинаковые показатели. Они высокоустойчивы на сжимающие усилия. Используют при строительстве дорог, перекрытий, стоек, эстакад;
  • «У» — металлопрофиль узкополочного типа. Ширина полки у него меньше, чем у стандартной балки. Подходит при конструировании подвесных элементов и путей, каркасов в виде рам;
  • «Ш» — балки с широкой полкой. Это направляющие элементы и несущие опоры;
  • «М» — монорельсовый или мостовой вид проката. Используется в подвесных конструкций;
  • «С» — металлоизделие спецназначения. Назначение — чаще для шахтного строительства;
  • «Д» — отдельная, дополнительная серия.

Выпускаются двутавры стальные горячекатаные без маркировки. Они относятся к обычному типу и имеют наклон граней от шести до двенадцати процентов.

Изготавливается металлоизделия горячекатаным и сварным методом. В первом случае сталь подвергают термической обработке и формируют металлоизделие до нужных параметров. Обладают монолитностью. Благодаря отсутствию швов не нужны дополнительные армирующие элементы.

Горячекатаная балка

Сварной двутавр производят из отдельных фрагментов, которые соединяются между собой сварочным швом. При ее использовании требуется усилить конструкцию при помощи ребер жесткости. Вес такой балки меньше, чем у монолитной. Это позволяет снизить массу несущих объектов, в которых она применяется.

Процесс производства сварной балки

Двутавр подходит:

  • для перекрытий в конструкциях с высокой нагрузкой;
  • межэтажных несущих элементов;
  • монтажа стержневого (колонного) профиля;
  • обвязки свайного фундамента;
  • мостовых сооружений;
  • армирования шахтовых вертикальных стволов;
  • строительства элементов ферм;
  • колонн, рам.

Выбор металлической балки по номеру и примеры расчета

Согласно ГОСТу Р 57837-2017 по высоте выпускаются металлоизделия от 10 до 100 см. В частном и профессиональном строительстве чаще применяются балки с цифровым обозначением от 20 до 40.

По размеру лучше выбирать двутавр с маркировкой под номером:

  • 20 — для армирования объектов из бетона, а также выступает в качестве несущего элемента. Но если нужно распределить большие вертикальные нагрузки, используется металлопрофиль с наибольшей жесткостью;
  • 24 — для укрепления бетонных сооружений;
  • 25 — используется при возведении колонн и разнообразных металлоконструкций;
  • 30 — и для опор, перекрытий, и для направляющих подъемной техники;
  • 40 — востребован в вагоностроении. Также используется при строительстве мостовых сооружений, в горной промышленности.

При расчете важно помнить о нагрузке, метрических показателях пролетов и весе.

При расчете важно помнить о нагрузке, метрических показателях пролетов и весе.

Номер двутавра Размер профиля Площадь поперечного сечения
h b s t R r
10 100 мм 55 мм 4,5 мм 7,2 мм 7,0 мм 2,5 мм 12 см2
12 120 мм 64 мм 4,8 мм 7,3 мм 7,5 мм 3,0 мм 14,7 см2
14 140 мм 73 мм 4,9 мм 7,5 мм 8,0 мм 3,0 мм 17,4 см2
16 160 мм 81 мм 5,0 мм 7,8 мм 8,5 мм 3,5 мм 20,2 см2
18 180 мм 90 мм 5,1 мм 8,1 мм 9,0 мм 3,5 мм 23,4 см2
20 200 мм 100 мм 5,2 мм 8,4 мм 9,5 мм 4,0 мм 26,8 см2
22 220 мм 110 мм 5,4 мм 8,7 мм 10 мм 4,0 мм 30,6 см2
24 240 мм 115 мм 5,6 мм 9,5 мм 10,5 мм 4,0 мм 34,8 см2
27 270 мм 125 мм 6,0 мм 9,8 мм 11 мм 4,5 мм 40,2 см2
30 300 мм 135 мм 6,5 мм 10,2 мм 12 мм 5,0 мм 46,5 см2
33 330 мм 140 мм 7,0 мм 11,2 мм 13 мм 5,0 мм 53,8 см2
36 360 мм 145 мм 7,5 мм 12,2 мм 14 мм 6,0 мм 61,9 см2
40 400 мм 155 мм 8,3 мм 13,0 мм 15 мм 6,0 мм 72,6 см2
45 450 мм 160 мм 9,0 мм 14,2 мм 16 мм 7,0 мм 84,7 см2
50 500 мм 170 мм 10,0 мм 15,2 мм 17 мм 7,0 мм 100,0 см2
55 550 мм 180 мм 11,0 мм 16,5 мм 18 мм 7,0 мм 118,0 см2
60 600 мм 190 мм 12,0 мм 17,8 мм 20 мм 8,0 мм 138,0 см2
  • h — высота профиля
  • b — ширина полки
  • s — толщина стенки
  • t — толщина полки
  • r — радиус сопряжения

Например:

  • профиль 16 согласно ГОСТу 8239-89 имеет нагрузку с максимальным показателем в 300 кг на 1 п.м. При этом шаг укладки составляет около 1 м, а пролет около 6 м;
  • балка 20 имеет уже увеличенную нагрузку (до половины тонны на 1 п.м. Шаг увеличивается до 1,2 м.

Как на расчет влияет вид стали

Еще на этапе проектирования проводится расчет балки на изгиб и деформацию. Это позволяет предотвратить нежелательные последствия в ходе эксплуатации возведенного строения. Все размеры и величины должны полностью отвечать утвержденным стандартам. Играет роль и марка стали. Металл имеет свой индивидуальный химический состав, вес, плотность. Поэтому необходимо учитывать:

  • особенности климата той локации, где производится строительство здания или иного объекта;
  • вес, который будет приходится на балки.

По механическим свойствам и химическому составу чаще всего используются для производства двутавра обыкновенные углеродистые виды стали (ГОСТ 380-2005), строительный металл (стандарт 27772-88), низколегированные прокатные марки стали (ГОСТ 19281-89), мостотроительный металл (документ 4784-97), сплавы с содержанием алюминия (ГОСТ 4784-97).

На расчет тот или иной вид металла в первую очередь влияет из-за своего веса. В зависимости от плотности стали, меняется и масса металлоизделия. И это важно учитывать при расчете нагрузок.

Как узнать нагрузку, которая влияет на деформацию

Вычисление нагрузки необходимо для того, чтобы определить номер двутавра из общего списка сортамента. Оно осуществляется по табличным данным, утвержденным в ГОСТ Р 57837-2017 и ГОСТ 8239-89, а также формулам. Числа, которые получатся в итоге, будут влиять как на процесс проектирования и строительства, так и на эксплуатацию возведенной конструкции.

При подсчете, необходимо учитывать:

  • массу и размеры перекрытия,
  • нормативную давящую массу,
  • расчетный вес,
  • нормативное сопротивление.

Существует универсальная формула расчета (в качестве нормативных чисел берутся все представленные размеры и вес в таблице ГОСТа 8239-89.

Сначала необходимо узнать ширину пролета в кубическом объеме. После этого нормативную нагрузку умножить на предыдущий показатель. Число, которое у вас получится, нужно разделить на инерционный момент (об этом мы расскажем чуть ниже).

Итог нужно умножить на 0,013 (неизменный показатель). После этого следует сравнить полученные данные с допустимыми значениями в госстандарте. Если они больше или меньше, то рекомендуется использовать металлоизделие иного типоразмера.

Балка 10
от 81 000,00 
В карточку товара
Балка 12
от 81 000,00 
В карточку товара
Балка 12Б2
от 82 000,00 
В карточку товара
Балка 14
от 79 000,00 
В карточку товара
Балка 16
от 81 000,00 
В карточку товара
Балка 16Б2
от 82 000,00 
В карточку товара
Балка 20К1
от 81 000,00 
В карточку товара
Балка 20Ш1
от 84 200,00 
В карточку товара
Балка 25К2
от 84 500,00 
В карточку товара
Балка 30К3
от 21 536,00 
В карточку товара
Балка 30Ш1
от 82 100,00 
В карточку товара
Балка 35Ш2
от 21 678,00 
В карточку товара
Балка 40Б1
от 20 020,00 
В карточку товара
Балка 45Ш2
от 66 600,00 
В карточку товара
Балка 50Ш2
от 71 867,00 
В карточку товара
Балка 70Б2
от 85 900,00 
В карточку товара
Балка 100Б4
от 32 927,00 
В карточку товара
Балка 100Ш4
от 31 968,00 
В карточку товара

ГОСТы

ГОСТ Р 57837-2017 регулирует технические условия производства. Распространяется на металлоизделия из легированной и нелегированной стали, которые используют для металлоконструкций с болтовыми или сварными соединениями. Хорошая сварка балок двутаврового сечения — одно из преимуществ этого стройматериала. В стандарте представлены размеры по типу проката.

ГОСТ 8239-89 контролирует качество проката путем горячего проката с параллельными полочными гранями.

Полный сортамент представлен в стандарте 26020-83.

Вес 1 метра (таблица)

Вы можете найти точный вес 1 метра в таблице ГОСТа 8239-89. Представим значения востребованных видов двутавра:

Номер металлоизделия

Вес 1 м в кг

10

9,5

12

11,5

14

13,7

16

15,9

18

18,4

20

21

22

24

24

27,3

27

31,5

30

36,5

33

42,2

36

48,6

40

57

45

66,5

50

78,5

55

92,6

60

108

Таблица размеров

Ниже представим размеры (таблица) двутавров:

Номер металлоизделия

Высота в мм

Полка по ширине

Полка по толщине

Стенка двутавра (толщина)

Внутреннее закругление (радиус)

Радиус закругления двутавровой полки

10

100

55

4,5

7,2

7

2,5

12

120

64

4,8

7,3

7,5

3

14

140

73

4,9

7,5

8

3

16

160

81

5

7,8

8,5

3,5

18

180

90

5,1

8,1

9

3,5

20

200

100

5,2

8,4

9,5

4

22

220

110

5,4

8,7

10

4

24

240

115

5,6

9,5

10,5

4

27

270

125

6

9,8

11

4,5

30

300

135

6,5

10,2

12

5

33

330

140

7

11,2

13

5

36

360

145

7,5

12,3

14

6

40

400

155

8,3

13

15

6

45

450

160

9

14,2

16

7

50

500

170

10

15,2

17

7

55

550

180

11

16,5

18

7

60

600

190

12

17,8

20

8

Момент инерции и сопротивления двутавра

Для наглядности прикрепим картинку:

Чтобы вычислить момент инерции двутавра, необходимо:

  • ширину полки по оси (b) умножить на высоту двутавра (a) в кубическом параметре;
  • ширину полки до поперечного основания (b1) умножить на расстояние между полками (a1) в кубе;
  • от первого получившегося значения отнять второе;
  • итог разделить на 12.

Чтобы посчитать момент сопротивления двутавра, нужно проделать все то же самое до предпоследнего пункта. Итоговое число разделить не на 12, а на 6 умноженное на а (высоту).

Швеллер и двутавр: в чем разница

Имеет ли швеллер и двутавр отличия? Безусловно. Балка более прочна. Показатели жесткости выше. Она превосходит швеллер еще и потому, что:

  • для ее изготовления применяются виды металла, которые выдерживают большие механические нагрузки и высокую температуру;
  • используется в сложных конструкциях;
  • имеет хорошую несущую способность.

Если говорить про отличия двутавра и швеллера, то второй вариант удобен в монтаже на поверхностях с плоским основанием. С ним легче работать при частном строительстве. Балка же подходит для крупномасштабных проектов.

Популярные статьи
Особенности выбора арматуры
9537

Стальная арматура лишь на первый взгляд кажется простым изделием. На самом деле существует несколько технологических процессов производства арматурного проката.

Какой профнастил выбрать для дома
2863

Профнастил — популярный строительный материал. Его используют для забора, покрытия кровли и облицовки фасада, строительства цехов и складов.

Забор из профнастила: особенности монтажа
2070

Защитить свою территорию, спрятаться от посторонних глаз, оградиться от уличного шума и проникновения на участок животных — все эти задачи решает забор.

Исчерпывающая информация о металлочерепице
1641

При выборе кровельного материала мы часто задаемся вопросами: что выбрать? Какой материал будет объединять в себе 3 качества: надежность, экономичность и эстетичность?

ТОП-30 арматурных заводов России
1136

На территории нашей страны десятки предприятий специализируются на выпуске стальной продукции. Представим список лучших арматурных заводов России.

Причины снижения цен на металлопрокат в 2020–2021 гг. и прогнозы на начало 2022 года
871

Скачок цен на стальную арматуру и последующее снижение стоимости объяснили аналитики. Мы наглядно показываем на графиках и диаграммах динамику стоимости сортового проката и даем прогнозы на конец текущего и весну 2022 года.

Главные составляющие долговечной кровли
664

Соблюдение двух главных условий — использование металлочерепицы высокого качества и привлечение к монтажу профильных специалистов являются надежной гарантией долговечности кровли.

Как вязать арматуру
622

Вязка арматуры – главный этап при возведении металлического каркаса для дальнейшей его заливки бетонной смесью. Без этого шага немыслимо строительство фундамента, несущих стен, перегородок.

Особенности и различия арматуры А400, А500, А500с, А3 и А500сп
610

В строительстве арматурой принято называть комплект элементов в виде металлических стержней, обеспечивающих функционирование и усиление конструкций.

Особенности монтажа ворот из профлиста
603

Достоинства профнастила все давно знают и не раз о них говорилось. Это долговечный, эстетичный, неприхотливый материал, который к тому же еще и недорогой.

Инструменты для резки металлочерепицы
571

При монтаже металлочерепицы у строителя-новичка обязательно возникнет вопрос «чем резать».

Внешняя отделка дома в зимний период
570

Традиционно принято считать, что зимний период в России не подходит для проведения строительных и отделочных работ.

Стоит ли использовать композитную арматуру вместо стальной?
560

Композитная арматура — это неметаллические прутки, изготовленные из волокон — стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных.

Как упаковать металлочерепицу для транспортировки?
556

Для успешной транспортировки и хранения металлочерепицы необходимо правильно упаковать изделия.

Обзор профилей для вентилируемого фасада
541

Из специальных металлических профилей монтируют каркас для навесного вентилируемого фасада (НФС).

Арматура для столбчатого фундамента
523

Надежность, прочность и долговечность основания зависит от корректно осуществленного армирования. Расскажем подробно про особенности и правила выбора арматуры для столбчатого фундамента.

Чем вязать арматуру?
514

Вязка арматуры — процесс, который придет конструкции прочность и долговечность, поэтому к нему стоит отнестись со всем вниманием.

Металлочерепица или шифер? Критерии выбора
510

Выбирая между шифером и металлочерепицей, следует отдавать предпочтение долговечности, простоте монтажа и эстетичности материала. По этим показателям металлочерепица превосходит волновой шифер

Какие бывают виды профнастила для крыши?
509

Если вам нужен недорогой, но качественный кровельный материал с отличными эксплуатационными показателями — купите профилированный лист.

Выбор арматуры для фундамента бани
499

Многие владельцы загородных участков решают возвести на своей территории небольшую баню, где можно было бы хорошо отдохнуть телом и душой. Особое внимание при строительстве следует уделять обустройству надёжного фундамента.

Вам будет интересно

Трубные заводы России ТОП-50
183

Трубные заводы России ТОП-50: описание производственных предприятий-лидеров на рынке металлопроката.

Труба профильная
68

Труба профильная выпускается с овальным, квадратным и прямоугольным сечением. Производство контролируется целым перечнем ГОСТов. Перечислим их все.

Сталь 09г2с
71

Сталь 09г2с активно используется для производства листового проката, труб и различных деталей. Этот сплав обладает хорошими техническими характеристиками.

Профнастил ГОСТ
77

Профнастил изготавливается по ГОСТу, в котором прописаны требования к марке стали, толщине листа, высоте и ширине гофры. Существуют также госстандарты, контролирующие качество защитных покрытий настила.

Швеллер ГОСТ
174

Швеллер, независимо от вида, изготавливается по ГОСТу. В контролирующих документах указывается сортамент, марки стали и допустимые отклонения от норм.

Самый большой и самый маленький диаметр арматуры
101

Самый большой и самый маленький диаметр арматуры прописан в государственных стандартах. Эта информация поможет подобрать оптимальный вариант стальных стержней для решения определенных задач.

Что принимают и что не принимают в металлолом полный список
122

Природные запасы не бесконечны, они истощаются, а добывать и обрабатывать их затратное и трудоемкое дело.

Топ 3 профнастила: стеновой С8, кровельный Н60, универсальный НС35
102

Профнастил – это облицовочный строительный материал, представляющий собой гофрированный лист из стали с защитным антикоррозионным покрытием. Бывает универсальным, кровельным, несущим и стеновым.