Termokings.ru

Домашний Мастер
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что прочнее, швеллер или двутавр? Что лучше

Что прочнее, швеллер или двутавр? Что лучше?

Швеллер и двутавр – виды металлопродукции, обладающие высокими прочностными характеристиками. Они популярны в строительстве, при производстве средней и тяжелой техники, изготовлении технологических линий. При одинаковой высоте стенок двутавровой балки и швеллера и сопоставимых размерах полок большими показателями прочности и жесткости обладает двутавр. Однако многое зависит от условий применения металлопроката, направления прилагаемых нагрузок, способов закрепления. Металлоизделия с П- и Н-образным профилем применяются именно в тех областях, в которых наиболее полно задействуются их технические характеристики.

Конструктивный элемент поперечного сечения, геометрия которого представляет собой перевернутую букву «Н» или римскую единицу, называется двутавром. Этимологическое происхождение слова «двутавр», является производным от латинского «taurus» (тавр) — бык. Соответственно, «двутавром» принято называть балку с поперечным сечением из двух тавров (двурогая балка).

Двутавр изготавливают из дерева и металла, но сегодня речь пойдет о металлической двутавровой балке. Уже не первый век человечество озабочено развитием технологий, и металлообрабатывающая промышленность не стояла на месте. Методами исследований и экспериментов было установлено, что двутавр является самой рациональной формой поперечного сечения для элементов, работающих на изгиб, т.е. для балочных конструкций.

Точной датой изготовления первой металлической двутавровой балки историки не располагают, но доподлинно известно, что чуть более полутора столетия назад, балку стали производить металлургические заводы известного германского оружейника Альфреда Круппа. Несмотря на то, что основным направлением производства было изготовление казнозарядных и дульнозарядных пушек, производство двутавра не останавливалось и приносило стабильную прибыль. Несколько десятилетий Крупп обеспечивал всю Европу (кроме Франции), а также Россию, оружием и металлопрокатом.

Примерно в 1900 году появилось первое российское производство металлического двутавра. Единственный производимый тогда тип двутаврового профиля, в силу особенностей своей геометрии, мог эффективно использоваться только в качестве элементов строительства, уступая сортаментам европейских стран. К концу 30-х годов развитие металлургической отрасли поднялось на достаточно высокий уровень, чем позволило в полной мере обеспечивать потребности строительной отрасли необходимым металлопрокатом. А в конце двадцатого века, двутавровую балку стали экспортировать в Европу и Азию.

Сфера применения стального двутавра

В сравнении с обычным тавром или уголком, двутавр отличается повышенной степенью прочности и надежности. Благодаря особой форме конструкции он способен выдерживать существенные статические и динамические нагрузки. Стальной двутавр подходит для возведения вертикальных (опоры, стеновые элементы) и горизонтальных (настилы, перекрытия) конструкций. В большей степени двутавр используется в строительстве, при возведении каркасных зданий и сооружений различного типа и назначения: производственные, общественные, административные, коммерческие, жилые.

Широко применяется в областях: машиностроения, мостостроения, судостроения, вагоностроения и автомобилестроения.

Двутавровые металлические балки идеально подходят для строительства высотных зданий, автомобильных и железнодорожных мостов. Задействуются в качестве материала для возведения опор горнодобывающих шахт и сельскохозяйственных объектов.

Оптимальные технико-эксплуатационные характеристики обеспечиваются за счет пространственной формы двутавра. Предел прочности, степень жесткости варьируются в зависимости от толщины стенок балки.

Классификация двутавровых балок

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

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 (Б), широкополочные (Ш), колонные (К). Двутавры «Б» выпускаются высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм. Двутавры «Ш» имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм. Двутавры «К», использование которых эффективно в колоннах зданий, имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 и максимальные размеры 400х400 мм.

Сварные и горячекатаные двутавровые балки

Прежде всего, следует сказать, что по методу производства различают сварные и горячекатаные двутавровые металлические балки. Горячекатаные изготавливаются путем проката стали и придания металлической болванке двутавровой формы.

Сварные получаются путем сваривания трех отдельных плоских элементов, образующих стенку и полки.

Достоинства горячекатаной балки:

· простота и дешевизна производства.

Вследствие чего она обладает более высокими показателями прочности и надежности.

Недостатки горячекатаной балки:

· Большая толщина стенок. Из-за утолщенности стенок увеличивается масса самого двутавра, а вследствие и всей конструкции в целом.

· Ограниченность размеров. На российских заводах выпускаются балки с шириной полки не более 400 миллиметров. К тому же, выпускаются они определенной длины – 12 метров. И если, к примеру, нужна балка меньшего размера, то придется отрезать лишнее, что увеличивает ее стоимость.

· Возможность производства стальной горячекатаной балки только на крупных предприятиях. Соответственно стоимость балки возрастает за счет транспортировки в населенные пункты, где нет производящих ее предприятий.

Читать еще:  Чем обезжирить поверхность металла перед покраской

Плюсами сварных является:

· Возможность подобрать нужные размеры. Благодаря этому, можно заказать балку нужной длины, шириной полки и высотой стенки. Вследствие чего заказчик платит только за то, что ему нужно и практически любых размеров.

· Дополнительные конструкционные особенности. В зависимости от требований заказчика сварная балка может быть изготовлена с разными полками, фланцевыми соединениями, дополнительно усилена ребрами жесткости, перфорирована и иметь биметаллический состав.

· Относительно легкий вес. Сварная балка является более легкой конструкцией, что позволяет сэкономить дополнительные денежные средства при фундаментных работах и возведении стен.

Недостатками сварной являются:

· Наличие швов. Это существенно снижает прочность конструкции. Тем более если сварка имеет дефект.

· Использование дополнительных деталей для усиления. Использование арматуры или другого материала при создании ребер жесткости приводит к дополнительным затратам денег и времени, соответственно увеличивая стоимость.

Расчет потребности двутавровых балок

Любые металлические двутавры изготавливаются в строгом соответствии с требованиями ГОСТ и ТУ, поэтому они имеют регламентированную форму и состав. Благодаря этому, имея нужную документацию, можно легко рассчитать необходимые размеры и параметры двутавров, необходимых для конкретной конструкции.

ГОСТ 8239-89 Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент. Настоящий стандарт устанавливает сортамент горячекатаных стальных двутавров с уклоном внутренних граней полок.

Подробнее ознакомиться с ГОСТами или скачать требуемый, Вы можете на нашем сайте, в разделе Справочник.

Геометрическими характеристиками являются:

· Высота – это расстояние между двумя плоскими площадками, называемыми полками, в сечении двутаврового профиля.

· Ширина – это длина полок двутавра.

· Толщина стенки – это толщина средней плоскости находящейся между полками. Этот параметр является одним из наиболее важных, так как от толщины стенки напрямую зависит несущая способность и прочность двутавра.

· Средняя толщина полки. Полки двутавра не прямоугольные, а имеют неправильную форму. К концам полки они сужаются, а в середине полки, к месту примыкания ее к стенке, расширяются вовнутрь. Поэтому средняя толщина полки рассчитывается по следующей формуле: ширина полки минус толщина стенки деленная на четыре.

· Радиус внутреннего закругления – это параметр закругления полки в месте ее примыкание к стенке. Благодаря тому, что полка примыкает к стенке не под прямым углом, а по радиусу возрастают ее прочностные характеристики. Радиус закругления полки. Так как на концах полки не требуется такая толщина и основная нагрузка идет к центру балки на стенку, то полки двутавра сужаются по радиусу.

· Уклон внутренней части полки. Полка также может идти под определенным углом по внутренней части, расширяясь к центру.

При определении количества необходимого для различных конструкций материала, выбора способа транспортировки необходимо знать соотношение размеров и массы двутавровых балок. Необходимость перевода одной величины в другую возникает так же при разработке проектной документации.

На сайтах металлопроизводителей можно найти он-лайн калькуляторы для необходимых расчетов, но многие специалисты предпочитают пользоваться справочными данными, указанными в соответствующих государственных стандартах.

Для определения размеров горячекатаных стальных двутавров, вы можете воспользоваться таблицей, приведенной ниже.

Размеры по ГОСТ 8239-89, ммМасса 1 м
балки, кг
Количество метров
в 1 тонне, м
hbSt
10100554,57,29,456105,7
12120644,87,311,5486,62
14140734,97,513,6873,09
161608157,815,8962,94
18180905,18,118,3554,5
18а1801005,18,319,9250,2
202001005,28,421,0447,53
20а2001105,28,622,6944,08
222201105,48,724,0441,6
22а2201205,48,925,7638,82
242401155,69,527,3436,57
24а2401255,69,829,434,02
2727012569,831,5331,71
27а270135610,233,8829,51
303001356,510,236,4827,41
30а3001456,510,739,1725,53
33330140711,242,2523,67
363601457,512,348,5520,6
404001558,31356,9617,56
45450160914,266,515,04
505001701015,278,6412,72
555501801116,592,6610,79
606001901217,81089,263

Купить двутавровую балку в Новосибирске, Красноярске или Новокузнецке очень просто!

Позвоните и наши специалисты проконсультируют Вас, а также помогут оформить заявку.

Сопротивление изгибу

Если взять одинаковые характеристики двух профилей (материал, длина, толщина) и одинаковые условия применения (способ крепления, длина прогона, нагрузка), то соревнование выиграет балка.

Примерное сравнение близких по размерам двутавров и швеллеров

Оптовые базы измеряют стоимость проката в тоннах. Отметим, что из-за меньшей удельной массы одна тонна швеллера будет включать в себя больше погонных метров.

Цена профилей для промышленного использования зависит от материала и способа изготовления. Если прокат приобретается на рынке «на глазок», то цена погонного метра простого швеллера будет однозначно меньше цены балки такого же сечения.

Читать еще:  Технические характеристики углеродистой стали С245

Таким образом, определять, какой именно профиль применяется в той или иной ситуации, следует исходя из вышеперечисленных факторов. Если от конструкции требуется многолетняя надежная служба, то лучше заказать расчеты и подбор металлопроката у специалистов.

Отличительные особенности швеллера и двутавра

Рассмотрим подробнее, чем же различаются эти два вида проката.

  • Двутавровая балка — стенка с полками одной ширины, равноудаленными от центра.
  • Швеллер — профиль с полками, прикрепленн
  • ыми к одной стороне.

Для большей наглядности основные различия металлопроката представлены в таблице.

Двутавр

Швеллер

Что общего у двутавра, швеллера и уголка?

Первое, что объединяет эти профили — это материал, из которого они производятся. Применяемая сталь бывает обычной углеродистой, качественной конструкционной, низколегированной.

Конструкционную сталь предпочитают использовать при горячекатаном производстве. Для профиля предназначенного работать в более суровых условиях используют низколегированную сталь. Изделия из нее могут выдерживать температуру от -70 до +450 градусов и значительные механические нагрузки. Для защиты от ржавчины применяют нержавеющую, либо углеродистую оцинкованную сталь. Легированную сталь для фасонного проката обычно не используют.

Вторая общая черта фасонного проката — способ производства. Его могут делать методом сварки, горячей и холодной прокатки. Помимо этого, фасонные профили получают путем сгибания заготовок. Каким образом был получен стальной профиль (сварным или гнутым) можно определить просто взглянув на него: у гнутых изделий угол будет скруглен, а у прокатанных он четкий.

Особенностью фасонного металлопроката является то, что из него самого ничего не делают. Это уже готовый продукт, который сразу идет в работу. В то время как плоский и сортовой прокат используют для производства других видов металлопроката.

Двутавровые балки

Для двутаврового металлопроката характерно сечение в виде литеры «Н». Благодаря этому материал обретает высокую механическую прочность при сравнительно малом весе. Жесткость делает балки стойкими к скручиванию и прогибанию, нивелируя риски, связанные с появлением в сформированной конструкции трещин и сдвигов. Двутавры находят применение при обустройстве перекрытий, опорных колонн, шахтных проходов и не только. Изготавливают их посредством сваривания либо горячей прокатки.

Полки Н-образного металлопроката могут быть расположены параллельно либо иметь уклон. На рынке двутавр представлен во множестве разновидностей, имеющих разные маркировки:

  • «Б» — это балки со стандартной шириной полок;
  • «Ш» — широкополочный прокат;
  • «К» — изделия для обустройства колонн (ширина основания и полок одинакова).

Кроме того, на прочность двутавра влияют:

  • толщина граней и основания;
  • способ изготовления металлопроката;
  • положение полок (под уклоном или параллельно);
  • марка использованной стали (обычно применяют низколегированные либо углеродистые сплавы).

Несмотря на массу достоинств двутавровой балки, в сравнении со швеллером этот продукт является более дорогостоящим. А потому такой металлопрокат принято использовать в масштабных объектах промышленного и гражданского строительства.

2 Как быстро сравнить швеллер и двутавр

Чтобы быстро выяснить, что прочнее, надо в таблицах с размерами ГОСТов сортамента сравниваемых швеллера и двутавра найти величины их моментов сопротивления относительно осей X и Y (Wx и Wy). Изделие, у которого значения этих характеристик выше, и будет прочнее.

Момент сопротивления – геометрический параметр поперечного сечения какого-либо изделия, который характеризует сопротивляемость в рассматриваемом разрезе (сечении) кручению или изгибу относительно выбранной оси. Его используют для последующего расчета сопротивления материалов и в формулах строительной и конструкционной механики.

Для швеллера и двутавра согласно их ГОСТам ось X проходит в плоскости поперечного сечения через середину стенки, перпендикулярно ей и параллельно полкам. Момент сопротивления перпендикулярен оси, относительно которой рассчитывается. Соответственно, Wx двутавра и швеллера определяет их сопротивляемость нагрузкам и усилиям, направленным перпендикулярно полкам и вдоль стенки. То есть, когда эти изделия выполняют роль несущих элементов конструкции и установлены в своем основном положении – на нижнюю полку.

Ось Y проходит в плоскости поперечного сечения через центр тяжести и перпендикулярно полкам, пересекая при этом осевую линию X и образуя с ней прямой угол. Собственно, в точке пересечения Y с X и находится центр тяжести. Таким образом, у двутавра осевая линия Y располагается точно на вертикальной оси стенки, а у швеллера – параллельна последней и вынесена за ее пределы между полками, так как это изделие имеет смещенный центр тяжести. Смещение обусловлено тем, что у швеллера полки выступают только с одной стороны относительно стенки.

Соответственно, момент сопротивления относительно оси Y (Wy) характеризует сопротивляемость этих изделий усилиям, направленным перпендикулярно стенке и вдоль полок. Для двутавра, когда он опирается на кромки полок с одной своей стороны, а нагрузка давит на противоположные и/или на поверхность стенки. У швеллера может быть два положения. Когда он опирается на поверхность стенки либо, как и двутавр – на кромки полок. Его Wy в обоих случаях одинаковый и противостоит усилиям, направленным со стороны, противоположной опорной поверхности.

Как отмечалось выше, и у двутавра, и у швеллера Wx всегда больше Wy.

Это обусловлено тем, что эти изделия конструктивно рассчитаны на более высокое сопротивление нагрузкам, направленным под прямым углом к полкам и вдоль стенки, то есть перпендикулярно оси X. Поэтому, когда двутавр или швеллер используются в качестве несущих элементов конструкции, они должны монтироваться таким образом, чтобы их стенка располагалась вертикально, а нагрузка воспринималась поверхностью полок.

Читать еще:  Зависимость механических свойств стали от содержания углерода

Отличия: форма, размеры, технологические особенности

Часто возникающую путаницу между тремя моделями профилей легко вычислить по внешнему виду. Все виды швеллерных балок имеют п-образное, дугообразное сечение. Сечение уголка имеет форму буквы «L». Швеллер двутавр имеет сечение буквой «Н». Из-за нерентабельности был прекращен выпуск Т-образных двутавров, но данный вид металлопрофилей пока еще пользуется спросом среди клиентов. Полную замену им составляют профили сечением «Н».

Швеллерная продукция п-образной формы характерна для горячекатаного изделия. Дугообразный формат имеют гнутые профили. Наиболее удобным для решения различных задач строительства считается классический швеллер в форме буквы «П». Двутавровая модель гораздо жестче, прочнее вышеописанного типоразмера. Части перекрытия здания на нее укладывать легче.

В качестве несущей составляющей дома двутавр прочнее, если его поставили вертикально. Если говорить о боковых нагрузках, перпендикулярных по вертикали, то тут выигрывает швеллер. Все дело в том, что происходит смещения центра тяжести сортамента в сторону поперечных сторон полок. Двутавр действует вертикально, на обе полки, стенка в этот момент противодействует сжатию.

Оба способа производства стальных углов — изгиб, горячий прокат, обеспечивают профиля устойчивостью к различным типам нагрузок. При высокой прочности они имеют приемлемую вязкость, долгое время противостоят износу. Швеллер, уголок, балка – каждый из типов металлопроката находит обширное применение в разных сферах строительства.

Где применяются швеллер, двутавровая балка, стальной уголок?

Стальной угол находит применение:

производство техники больших размеров, автомобилестроение, строительство вагонов;

формирование идеально точных, ровных углов при создании дверных, оконных проемов;

оформление коммуникаций, проведение кабелей, труб, пр.;

усиление бетонных стен, в качестве арматурного крепления.

Двутавровая балка незаменима:

строительство типовых зданий;

воплощение сложных архитектурных проектов;

сооружение ответственных металлоконструкций: мостов, подземных, наземных переходов;

как направляющая для промышленных систем кранов.

Швеллерная продукция применяется:

в создании металлоконструкций;

как перекрытие многоэтажных строений;

в автомобильной промышленности, вагоностроении, станкостроении;

в создании деталей для техники.

Каждая металлическая деталь имеет собственную специализацию. Швеллер подходит для использования в облегченных строениях, механизмах. Двутавр способен стать частью ответственной, сложной конструкции, целого здания. Стальной угол – как часть металлоконструкции или как деталь, придающая эстетику конструкции.

Почему удобно покупать металлопрокат в «Сталь-Инвест»?

На базах компании «Сталь-Инвест» всегда имеются большие партии металлопродукции, готовой к отгрузке заказчикам со всей России. Позвонив по многоканальному телефону, указанному на сайте, вы узнаете точные расценку на метр, тонну стального фасонного проката, узнаете у специалистов отличия каждой модели из ассортимента.

Сравнение двутавра и швеллера на прочность ↑

Ввиду высоких показателей жесткости и прочности целесообразно применение профильных балок в качестве основного стройматериала при возведении домов. Из них сооружают прогоны, лаги, несущие элементы, каркасы, стропильные ноги. Швеллер и двутавр по-разному работают на изгиб, потому имеют разные области применения в строительстве.

В перекрытиях и стропильных системах используют балки как с двутавровым, так и со швеллерным сечением.

Однако у них различная реакция на скручивающую силу, и они по-разному реагируют на локальные и распределенные нагрузки. Ответ на вопрос, что прочнее двутавр или швеллер, кроется в форме поперечного сечения балок.

При одинаковом типоразмере (при идентичных значениях поперечного сечения и массы погонного метра) двутавровый профиль жестче, а значит сопротивляемость нагрузкам и прочность у него выше.

Эту жесткость ему обеспечивают двусторонние ребра. В Н-форме полки выступают по обеим сторонам от основания на одинаковое расстояние, обеспечивая жесткость стенки с двух сторон.

Максимальный объем металла находится в полках и в них возникает напряжение от нагрузок. Весовая нагрузка, воспринимаемая полками, направлена по вертикали, приводит к продольному напряжению и передается на основание в виде сжатия. А вот устойчивость к скручиванию мала.

https://goo.gl/M85PIb Распределение нагрузки в швеллере и в двутавре

У швеллерного профиля из-за П-образной геометрической формы его главная ось инерции выходит за область нагрузки (не совпадает со стенкой). Такая балка в состоянии справиться с поперченными нагрузками и лучше работает на изгиб. В швеллере ребра выступают в качестве односторонних рычагов, увеличивающих силы, стремящиеся скрутить балку. Поэтому балки швеллерного типа целесообразно использовать при боковых нагрузках в легких конструкциях.

Много зависит от распределения, направления и силы нагрузки. Оба профиля плохо справляются с нагрузкой, действующей перпендикулярно плоскости их стенки. Для противодействия неустойчивости балки укрепляют привариванием жестких элементов, бетонированием.

Если вы не знаете, что лучше выбрать двутавр или швеллер для конкретной задачи, лучше обратиться за консультацией к специалисту, который поможет выполнить необходимые расчеты.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×