Характеристики двутавров и применение разных видов для перекрытия

Двутавр – это металлический профиль, изготовленный из углеродистой и низкогированных сталей, деревянная или стеклопластиковая балка с сечением в виде буквы Н. Двутавры применяют в строительной индустрии, мосто- и судостроении. При строительстве жилых и промышленных зданий он нужен для монтажа балок потолочного перекрытия. Как выбрать профиль и что учесть при его установке, чтобы получить прочную конструкцию?

Содержание

Форма двутавра
Конструкционная форма двутавра

Разновидности двутавровых балок и их основные характеристики ↑

Ввиду большого спроса на двутавровые изделия с самыми различными характеристиками налажено их производство не только из стали, но и прочих материалов – дерева, алюминия, железобетона, стеклопластика. В частном домостроении, в том числе многоэтажном, наиболее часто применяется фасонный металлопрокат, сварные и деревянные двутавры.

Разобравшись, что такое двутавр, несложно понять, что за счет своей формы он обладает высокой несущей способностью и жесткостью при малом удельном весе (в 30 раз больше, чем у квадратной балки с аналогичной площадью). Его горизонтальные поверхности – полки – являются несущими и служат опорными площадками, распределяющими нагрузку и не дающими балке перекоситься или опрокинуться.

Перекрытия, изготовленные из двутавровых элементов, отличаются прочностью, особенно важной для дальнейшего монтажа кровельного или полового основания.

Примечательно, что прочность расположенных рядом двутавровых элементов суммируется, а уложенных друг на друга – учетверяется.

Важными параметрами, по которым определяется необходимый вид двутавра, являются:

  • габариты и площадь сечения;
  • вес погонного метра;
  • осевой момент сопротивления и инерции;
  • статический момент и радиус инерции.
Двутавр как балка
Двутавр как балка потолочного перекрытия

Тонкости выбора двутавровых балок из металла ↑

Как правило, металлический двутавр производится из углеродистой и низколегированной стали, марка которой указывается в обозначении. Металлургические производства обязаны изготавливать его согласно нормативным документам, в которых прописаны основные требования к химическому составу материала, геометрическим параметрам и допускаемым отклонениям от нормы. Разделение металлопроката на различные по характеристикам подвиды позволяет его использовать максимально широко и рационально.

Сортамент металлических балок – размеры и маркировка ↑

По ГОСТ 8239-89 типоразмер двутавра определяется высотой его стенки: например, профиль под номером 10 имеет расстояние между полками 100 мм, а 60-й типоразмер – 600 мм.

Кроме номера, обозначаемого в маркировке материала, существует еще несколько типов двутавровых профилей. Так, их различают:

  • по расположению полок – с уклоном внутренних граней и с параллельными полками;
  • по способу производства – изготовленные методом горячего проката (горячекатаные) и сваренные из стальных листов (сварные);
  • точности изготовления – повышенной точности (маркируются литерой Б) и обычной точности (литера В).
 Сортамент двутавров
Сортамент двутавра

Металлический двутавр, уклон внутренних граней которого составляет от 6 до 12%, считается классическим и, в свою очередь, классифицируется по назначению на обычный и специальный металлопрокат. Сортамент специальных двутавровых балок регламентируется ГОСТом 19425–74 и распространяется на балки для подвесных путей (серия М) и для армирования шахтных стволов (серия С).

Двутавры с параллельным расположением внутренних граней полок изготавливаются согласно действующему ГОСТу 26020-83 либо техническим условиям крупного завода-изготовителя СТО АСЧМ 20-93. В зависимости от особенностей конструкции существуют следующие виды балок:

  • нормальные балочные «Б» (характеризуются высотой до 1000 мм, шириной полок до 320 мм);
  • широкополочные «Ш» (высота – до 1000 мм, ширина – до 400 мм);
  • колонные «К» (отличаются шириной полки, приблизительно равной высоте профиля).

Длина стандартного металлопрофиля составляет от 4 до 12 м (двутавры с параллельными полками могут быть и 13-метровыми), однако по согласованию с заказчиком допускается их изготовление большей длины.

Особенности сварного двутаврового профиля ↑

Поскольку производители выпускают горячекатаный прокат размером не более 60Б, для конструкций, требующих исключительно высоких показателей жесткости и несущей способности, используют сварной двутавр. Согласно ТУ У 01412851.001-95 их также маркируют по высоте стенки двутавра, поэтому существуют типоразмеры от 45БС (высота 445 мм) до 200БС (высота 2010 мм). Литерная маркировка для горячекатаных изделий распространяется и на сварные.

Производство двутавров
Производство сварной балки

Технология их производства из листового металла более экономична, чем прокатывание стального сляба, однако представляет собой достаточно сложный процесс. Качество и надежность сварной двутавровой балки во многом зависит от используемого оборудования и неукоснительного соблюдения всех операций:

  • заготовки требуемой толщины должны быть раскроены на станках с ЧПУ либо на оборудовании термической резки;
  • элементы будущего двутавра на современных заводах свариваются на автоматизированных линиях с применением гидравлических прижимных элементов;
  • готовое изделие подлежит обязательной правке, устраняющей термическую деформацию, после которой оно приобретает четко соблюденную геометрию.

Производство заготовок из малоуглеродистой стали, использование устаревшего оборудования, нарушение технологических приемов, низкая квалификация сварщика приводят к тому, что двутавры, изготовленные кустарным методом, имеют заниженные эксплуатационные возможности.

Выбирая материал, следует обращаться к надежным поставщикам, продукция которых по механическим свойствам не уступает горячекатаным аналогам.

В то же время, сваркой можно производить разнополочные двутавры и балки переменного сечения. Это позволяет подобрать оптимальную площадь сечения и уменьшить чрезмерный запас прочности конструкций. Также сварные изделия могут быть выполнены определенной длины, с заданными вырезами и отверстиями, с применением различных марок стали (бистальные балки), благодаря чему заказчик получает более технологичную и экономичную форму опор.

Сварные двутавровые балки
Сварные двутавровые балки переменного сечения и с перфорацией

Преимущества и недостатки использования Н-профиля ↑

Только в России и странах СНГ существует более 20 металлургических заводов, многие из которых являются гигантами, производящими миллионы тонн проката в год. Двутавровые балки занимают львиную долю этого объема, поскольку отличаются универсальными характеристиками:

  • наиболее рациональной с точки зрения расхода металла формой для балочных элементов;
  • отличными показателями по износостойкости и прочности изготовленных из них конструкций;
  • наличием госстандартов и технических условий, диктующих качественные параметры изделий;
  • монолитностью и отсутствием сварных швов у горячекатаных двутавров – для особо ответственных металлоконструкций;
  • разнообразием характеристик и свойств у сварных двутавров – для облегчения балочных конструкций, уменьшения нагрузки на фундамент и снижения стоимости строительного проекта.

Плюсов у сварной и горячекатаной металлопродукции много, однако есть и условные недостатки, которые необходимо учитывать их на этапе проектирования:

  • малая устойчивость Н-образной балки к скручиванию (в 400 раз меньше, чем у балки круглого сечения);
  • дефицит горячекатаных двутавров больших типоразмеров и вынужденная их замена сварным профилем;
  • необходимость дополнительного армирования сварных двутавров, используемых в качестве нагруженных элементов;
  • неоправданно высокая металлоемкость и большое количество отходов при использовании балки длины и толщины, определенных ГОСТом, а не заказчиком.

Приобрести прокатные балки можно сразу у торгующих металлопрокатом посредников либо производителей, а сварные изделия чаще всего необходимо заказывать заблаговременно.

Применение двутаврового металлопроката ↑

Интенсивное развитие строительной промышленности вызвало необходимость совершенствования и рационализации способов изготовления металлических двутавровых балок, благодаря чему сфера их применения заметно расширилась. Сегодня двутавр используется как в малоэтажном частном строительстве, так и в крупных проектах коммерческой и промышленной направленности, а также в тяжелом машиностроении.

Ферма из двутавров
Двутавр в виде кровельной фермы ангара

Где применяется Н-образный стальной прокат ↑

В ходе теоретических и экспериментальных исследований было доказано, что двутавровые балки оптимально воспринимают нагрузки на изгиб, следовательно, их целесообразно использовать в виде несущих элементов:

  • металлических балок перекрытия зданий;
  • колонных металлоконструкций;
  • мостовых сооружений;
  • подвесных путей;
  • рамных конструкций вагонов, автомобилей, экскаваторов и пр.;
  • арматурного каркаса стен шахт.

Широкополочный двутавр допустимо использовать для балок, колонн и стержней средненагруженных ферм, тогда как колонный ставится только при больших пролетах и существенных нагрузках (на фото – двутавровая балка колонного типа).

Колонные двутавры
Колонный двутавр

Расчет стального двутавра – что важно учесть ↑

Чтобы минимизировать отходы, облегчить конструкцию, тем самым снизив трудовые и материальные расходы без ущерба для прочности здания, необходим профессиональный расчет двутавровых балок. Такую услугу предоставляют архитектурные и конструкторские бюро или строительные фирмы.

В несложных случаях калькуляцию можно провести самостоятельно, однако рекомендуется проверить ее результаты у специалиста.

Исходными данными для решения задачи по выбору профиля согласно несущей способности служат несколько показателей:

  • расстояние между внутренними гранями более коротких стен (длина пролета);
  • нормативная и расчетная нагрузка (нормативные данные берутся из таблиц соответствующего ГОСТа, а расчетные определяются путем их умножения на шаг балки (от 0,8 до 1,2 м));
  • количество двутавров, соединенных в одной балке (в том случае, если она составная), и их ориентация относительно нагрузки;
  • расчетное сопротивление (параметр, зависящий от марки стали, обычно берется усредненное значение Ry=210 Мпа).

Вычислив требуемый момент осевого сопротивления, можно точно определить номер двутавра (это также делается по таблицам).

Монтаж перекрытия по металлическим двутавровым балкам ↑

Вне зависимости от того, ведется ли строительство нового здания либо реконструируется старое, монтаж перекрытия должен вестись по чертежу поверхности, дающему подробное представление о будущей конструкции. Запрещено увеличивать шаг между двутаврами на расстояние более расчетного, так как экономия на этом этапе чревата негативными последствиями.

Преимущества двутавра
Преимущества перекрытий из двутавра

Опорами для двутавра служат металлические, железобетонные либо кирпичные колонны и несущие стены. При установке обязательно надо использовать строительный уровень – это поможет избежать проблем при монтаже опалубки. Также важно обеспечить достаточную площадь опор – для этого балки должны заходить на стену более чем на 20 см.

На опорных поверхностях требуется закрепить фанерный лист расчетной толщины для опалубки под заливку монолитной бетонной плиты. Необходимо, чтобы ее толщина составляла не менее 1/35 шагового расстояния. После установки поддерживающей системы (ее обычно изготавливают из металлических распорок или деревянных балок по 1–2 шт. на кв. м.) важно проверить прочность балочного перекрытия собственным весом, стараясь выявить малейшие колебания поверхности.

При обустройстве больших пролетов иногда возникает необходимость в стыковке двутавров – ГОСТа как такового для этой операции не существует, однако есть соответственное требование в СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».

Согласно ему стыковку допускается производить одним из трех способов:

  • сваркой встык фрезерованных торцов;
  • на накладках со сварными или сварными соединениями;
  • с помощью фланцев, воспринимающих растягивающее усилие болтами, тогда как сжимающее – через прижатие фланцевых поверхностей.
Варианты стыков
Варианты выполнения монтажных стыков
Узел крепления двутавра с колонной
Узел крепления двутавра с колонной с помощью накладок и болтового соединения

Следует помнить, что металлические балки подвержены коррозии, поэтому их требуется защищать лакокрасочными покрытиями.

Деревянные балки-двутавры – сортамент и практическое применение ↑

Целесообразность применения двутавровых балок из дерева вызывает немало сомнений. В частности, многие недоумевают, чем они отличаются от простых деревянных брусьев. Ответ на эти сомнения кроется опять-таки в особой конструкции двутавра, который в данном случае состоит из двух деревянных полок и фанерной стенки – за счет этого он способен выдержать изгибающую нагрузку, в несколько раз большую, чем монолитная балка с простым сечением.

Деревянные двутавры
Деревянные двутавры – новинка на рынке стройматериалов

Виды и типоразмеры деревянных профилей ↑

Ассортимент этого стройматериала достаточно хорошо проработан и позволяет его применять как несущий элемент не только перекрытий и стропильных систем, но и каркасов стен и крыш. Так, различают следующие серии деревянных двутавров:

  • клееная (БДК) – балка склеивается из конструктивных элементов синтетическими смолами под высоким давлением и предназначена для использования в коротких пролетах;
  • клееная усиленная (БДКУ, БДКУ-Л) – благодаря увеличенной ширине полки (64 мм) балки этой серии имеют достаточную площадь для гвоздевого крепления и могут быть применены на длинных пролетах;
  • клееная широкая (БДКШ, БДКШ-Л) – отличаются еще более широкой полкой (89 мм), поэтому серия предназначена для использования в конструкциях, испытывающих крайне высокую нагрузку, стропильных системах или на сверхдлинных пролетах;
  • стеновая усиленная (СДКУ, СДКУ-Л) – этот вид балок используется в каркасе стен в качестве его основы;
  • стеновая широкая (СДКШ, СДКШ-Л) – стойки с такой маркировкой применяются для изготовления стеновых панелей.

Литера Л в конце маркировки означает, что балка изготовлена из высокопрочного бруса LVL, что придает ей прочность, превышающую обычную в 1,25–1,5 раза. Стандартная длина балок – 6 м, тогда как серии БДКУ-Л и БДКШ-Л выпускаются в длинах от 6,5 до 8 м. Их высотный ряд выглядит таким образом: 241 мм, 302 мм, 356 мм, 406 мм, 457 мм.

Каркасное здание
Каркасное здание из двутавровых балок
Монтаж перекрытия
Монтаж перекрытия их двутавров

Достоинства двутавровой балки из дерева ↑

Конечно, система двутавровых деревянных конструкций не может в полном объеме заменить металл и железобетон, однако они остаются лидером среди современных и надежных стройматериалов благодаря целому ряду технических и эксплуатационных характеристик:

  • универсальность применения – такие двутавры пригодны для строительства каркасных, кирпичных, блочных и деревянных домов;
  • малая масса опорного стержня (6-метровая балка весит в среднем около 40 кг), позволяющая вести монтаж без привлечения спецтехники;
  • высокая скорость монтажа и его простота – опытный монтажник за день может перекрыть весь дом с помощью простого плотницкого инструмента;
  • широкий выбор производственных серий и солидная номенклатура размеров;
  • низкая теплопроводность и водоустойчивость (при условии достаточной просушки древесины).

К условным минусам деревянного двутавра следует отнести зависимость его надежности от условий производства: качества и сорта древесины, из которой изготовлены опорные части и стойки балки, термостойкости и пластичности клеящей массы, точности геометрических размеров и сборки элементов.

Кроме того, дерево считается относительно нестабильным материалом, прочность которого может изменяться в течение всего эксплуатационного периода.

Варианты расчета и монтаж материала ↑

Так же, как и в случае с металлическими двутаврами, подбор размеров деревянного двутавра ведется исходя из расчетной и нормативной нагрузки, условий эксплуатации, шага балок и длины пролета. В отдельных случаях допустимо воспользоваться табличными данными, предлагающими готовые технические решения. Однако ввиду особой ответственности перекрывающих и стропильных конструкций, эти параметры рекомендуется сверить у профессионального архитектора.

Таблица 1: Подбор типоразмера для перекрытия
Таблица 1: Подбор типоразмера деревянного двутавра при устройстве перекрытия
Таблица 2: Подбор типоразмера для стропил
Таблица 2: Подбор типоразмера деревянной двутавровой балки при устройстве наклонных стропил

Установку двутавров производят с помощью временных крепежных элементов, которые в дальнейшем заменяются стационарными.

Эксплуатировать поверхность до того времени, как смонтирована обвязка и не установлены постоянные закрепления, запрещено. Тщательно рассчитанные и грамотно собранные конструкции из двутавров отличаются надежностью, долговечностью и высокой несущей способностью.





Добавить комментарий