Расчет нагрузки на двутавр

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.

Расчет нагрузки на двутавр – основные параметры выбора

Эксплуатационные характеристики двутавра напрямую зависят от его профиля сечения и габаритов. Это во многом связано с особенностями самого металлопроката. Напомним, что двутавровая балка — это вид металлоизделий, состоящая из двух полок, соединенных стенкой. Стенку зачастую называют шейкой. Оттого так важны такие значения 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 (свесу);
• общая длина двутавра;
• толщина шейки (стенки);
• толщина полки с гранями, расположенными параллельно;
• средняя толщина проката с уклоном внутренних граней;
• радиус закругления перехода от полки к шейке (радиус сопряжения, внутреннего закругления);
• радиус закругления полки (ее кромки).

Помимо этого, следует учитывать и характеристики самого объекта. Все напрямую зависит от специфики применения двутавра. Но в основном это такой параметр как расчетная нагрузка. В ненагружаемых конструкциях используется двутавровая балка гораздо реже. Нужно еще учитывать шаг. Шаг – определенное расстояние, через него производится монтаж двутавровых балок параллельно друг к другу. И еще большое значение имеет расстояние между точками опоры, на которые укладывается двутавровая балка. Этот параметр называется пролетом.

Виды и технические характеристики балки двутавровой

В METAL БЮРО вы всегда найдете по минимальным ценам балки для строительства:

1. С параллельными гранями полок:

• маркировка Б — нормальные
• (20 Б1, 25Б1, 25 Б2, 30 Б1 Б2, 35 Б1 Б2, 40 Б1 Б2, 45 Б1 Б2, 50 Б1 Б2, 55 Б1 Б2, 60 Б1 Б2)
• маркировка Ш — широкополочные двутавры
• (20 Ш1, 25 Ш1, 30 Ш1, 35 Ш1 Ш2, 40 Ш1 Ш2, 45 Ш1 Ш2, 50 Ш1 Ш2, 55 Ш1 Ш2)
• маркировка К — колонные двутавры
• (20 К1 К2, 25 К1 К2, К3, 30 К1 К2 К3 К4, 35 К1 К2)

ГОСТ 26020-83 (длина 6, 11,7, 12 метров)

• маркировка Б — нормальные балки перекрытия (12 Б1, 14 Б1, 16Б1)

2. С уклоном внутренних граней полок:

ГОСТ 8239-89 (длина 9, 11,7 и 12 метров)

• без буквы — обычные стальные балки перекрытия (10, 12, 14, 16, 18, 20, 30, 36, 45)

• маркировка М — специальные стальные двутавры для подвесных путей (18М, 24М, 30М, 36М, 45М)
• маркировка С — для армирования шахтных стволов (14С, 20С, 22С, 27С)

Для изготовления балок с параллельными гранями полок и с уклоном внутренних граней полок используют следующие марки стали: 3СП, 09Г2С.

4 Как вычислить нагрузку на деформацию?

Для определения нагрузки балки на деформацию необходимо учитывать такие параметры, как:

• расчетная и нормативная нагрузка;
• длина и вес перекрытия;
• нормативное сопротивление.

При этом для некоторых типов балок невозможно рассчитать нагрузку на прогиб, ввиду их формы и видов крепления при строительстве. Следует также понимать, что деформация балки (прогиб) возникает в поворотных углах. Поэтому она сильно зависит от габаритов конструкции, ее назначения, марки стали и других свойств и показателей. Существует несколько формул и вариантов для расчета балки на прогиб, использование которых зависит от расчета деформации внизу и вверху балки. Чаще всего для того, чтобы вычислить максимальную нагрузку на прогиб, специалисты используют универсальную формулу. Величину нагрузки на будущую конструкцию необходимо умножить на ширину пролета в кубическом объеме. Полученный параметр разделите на произведение модуля упругости и величины инерционного момента.

Модуль упругости вычисляется, исходя из конкретной марки стали, момент инерции прописан в ГОСТе по номеру выбранной балки. Полученное число необходимо умножить на коэффициент, равный 0,013. В том случае, если рассчитанный относительный коэффициент деформации больше или меньше, чем прописано в нормативе, то в строительной конструкции необходимо использовать двутавры большего или меньшего типоразмера из таблицы.

Следует понимать, что двутавровая балка, ввиду своей формы, конструкции и веса, довольно редко используется в частном строительстве. Обычно вместо балок применяются более легкие швеллеры или стальные уголки. Но если вы все же используете балку для строительства небольшого частного дома, дачи, то необязательно проводить сложные расчеты по всем видам деформации и нагрузок. Для небольшой конструкции перекрытия достаточно рассчитать максимальную и минимальную нагрузку на изгиб.

Как подсчитать предстоящую нагрузку?

С целью определения нагрузочных параметров на деформирование требуется четко придерживаться нижеперечисленных моментов:

• Прогнозируемая и существующая нагрузка.
• Размеры и масса предполагаемой конструкции.
• Нормативная сопротивляемость.

Для многих видов балок нет возможности произвести определение нагрузки на сгибание, ввиду их конфигурации и разновидности установки при возведении сооружений. Деформирование балки (прогиб) образуется в поворотных углах. Поэтому оно очень зависит от общих параметров сооружения, ее предназначения, марки стали и иных функциональных факторов.

Существуют различные варианты уравнений и способов для расчета балки на прогиб, их использование характеризуется расчетом деформирования обоих оснований. Наиболее чаще для проведения любых вычислений максимального нагрузочного давления на прогиб, профессионалы применяют специальную математическую формулу. Величину нагрузки проектируемой опоры следует перемножить на промежуток пролета в кубе. Итоговый результат делится на общую сумму модуля гибкости и величины момента инерции.

Модуль гибкости можно вычислить по марке стали, момент инерции обозначен в правилах стандартизации по цифровому коду исходного материала. Исходные цифры требуется удвоить на коэффициент, который равен 0,013. Если уже имеющийся относительный коэффициент деформирование выше либо ниже, чем обозначено в существующих правилах, то в будущей конструкции следует брать изделия большего либо меньшего диаметра.

Требуется понимание того, что двутавровая балка, из — за своей конфигурации и массы, не очень часто находит применение при строительстве частных одноэтажных сооружений. Зачастую вместо них применяются облегченные швеллеры либо металлические углы. Но если вы все же планируете приобретение балок для постройки маленького домика, то не нужно решать сложнейшие математические задачи по всем критериям деформационных нагрузок. Хватит и элементарных расчетов допустимых пределов.

• Двутавровая балка
• Балка Б1
• Балка Б2
• Балка К1
• Балка К2
• Балка Ш1
• Балка Ш2
• Балка М
• Балка 09г2с

Классификация двутавровых балок по ГОСТу

Для двутавровых балок разработаны ГОСТы на основе теоретических и экспериментальных исследований по выявлению наиболее рациональных типов фасонных профилей и частоты их градации.

С возрастанием ширины пролета увеличивается высота стальных балок:

• прочность при шестиметровом пролете обеспечивает двутавр № 20 с высотой профиля 200 мм;
• при уменьшенном до 4 м расстоянии между стенами можно использовать двутавр № 16 с высотой 160 мм.

Двутавр ГОСТ 8239-89	Двутавр нормальный (Б)	Двутавр широкополочный (Ш)	Двутавр колонный (К)

Классический двутавр с уклоном внутренних граней полок 6-12% (ГОСТ 8239-89) применяются главным образом в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в составных сечениях колонн. Работа в качестве сжатых элементов (стоек, колонн) не эффективна ввиду малого момента инерции. Балки обозначаются в сортаменте по номерам, соответствующим высоте профиля в сантиметрах.

Двутавры с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93) выпускаются трех основных типоразмеров:

• Нормальные балочные двутавры (Б), выпускаются высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм. Применяются для эксплуатация под средними нагрузками;
• Широкополочные двутавры (Ш), имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм. Могут использоваться для разрезки по продольной оси для получения таврогово 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;
• Колонные двутавры (К), их использование эффективно в колоннах зданий. Они имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 и максимальные размеры 400х400 мм. Это наиболее массивные профили. Имеют широкие, утолщенные полки и стенки. Применяются при устройстве большепролетных конструкций.

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, один из которых предоставлен на нашем сайте в рубрике “Калькуляторы” .

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

Сколько выдержит двутавр на проем 9 метров

• Нагрузка собственного веса
• Пример расчета двутавра
• Несущая способность
• Усиление

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.

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.

Как подобрать подходящий тип профиля?

Для сравнения можно использовать только изделия с одинаковой высотой стенки — типоразмером профиля. Кроме того, они должны иметь равную толщину стенок и полок. Чтобы выбрать подходящее изделие, необходимо ознакомиться с ГОСТами или воспользоваться консультациями специалистов. Сотрудники предоставят подробную информацию о преимуществах всех предлагаемой продукции и помогут найти оптимальное решение.

Наша компания предлагает широкий выбор продукции по выгодным ценам, сеть торговых баз реализует продукцию лучших изготовителей России. Выберите подходящее решение для любых строительных задач, товар соответствует высоким требованиям качества и надежности.