Что такое двутавр и где он используется?

Двутавровая балка – конструктивный элемент, обладающий формой буквы «Н» в поперечном разрезе. Относится к усовершенствованной версии простого тавра. Это как бы два тавровых блока, которые соединили вместе встречно и продольно, расположив полки врозь.

Выполнение двутавровой балки должно быть строго параллельным: грани не изгибаются и не пересекаются в произвольной форме. Характеристики двутавровой балки таковы, что она отличается от швеллера, имеющего вид укороченной буквы «П». Отчасти двутавр с утолщённой, а не более тонкой, чем боковые полки, стенкой можно получить, сложив вместе главными перемычками друг к другу два швеллерных элемента. Получить двутавр с равным успехом можно из двух Т-образных элементов.

То же самое относится к легированию, ещё более упрочняющему сталь: насыщение сплава легирующими элементами производится в большем процентном соотношении по массе, чем углеродом – встречаются марки стали, из которых изготавливают швеллеры, с 1-2% содержание хрома, никеля, марганца и молибдена. Эти примеси для тавровых и швеллерных элементов являются основными. А вот наличие вредных примесей – фосфора и серы, делающих сталь более хрупкой, регламентируется специальными ТУ и вспомогательными требованиями ГОСТа.

Они представляют собой сборки из пиломатериалов, изготовленных на основе опилок и клея – простейший композит, который в отличие от натуральной древесины не выкручивает при дальнейшем усыхании. Они не покрываются трещинами волокон, ссохшихся при высушивании и разошедшихся впоследствии с образованием пустот. Крепление таких двутавровых балок осуществляется на отрезки перфолиста, согнутого в уголок и изготовленного из среднелегированной стали. Достоинство деревянного двутавра – относительная лёгкость до 10 раз по сравнению со сталью, недостаток – подверженность обугливанию даже при покрытии пропитками, не поддерживающими самостоятельное пламя.

Алюминиевый двутавр – замена стальному. Он непригоден для создания несущих конструкций. Скорее подойдёт он именно для сооружения вспомогательных, например, перегородок в большом офисном помещении. Момент сопротивления стали, равно как и прочность, упругость, в несколько раз превосходит алюминий. Обусловлена высокая прочность не менее высокой плотностью материала: чем толще и тяжелее элемент, тем большие нагрузки он выдержит.

Сечение профиля в разрезе типовых двутавровых балок определённого размера составляет более 10 см2. Прочность, обеспечиваемая таким количеством стали, распределённой по этому сечению согласно ширине полок и главной перемычки элемента достаточна, чтобы отрезок в несколько метров выдержал вес 10 человек, стоящих на этом элементе, без заметного прогиба.

Тавровые и двутавровые элементы, наряду со швеллерными, применяются для организации железобетонных перекрытий, являющихся основой ленточно-монолитного фундамента, залитого с учётом нагрузки от какого-нибудь особенно тяжёлого оборудования. Например, трубо- и прутогибочные станки, чей вес, в свою очередь, достигает тонны и более, а производственная (ударная) нагрузка в процессе основной работы оказывает дополнительное воздействие на такой фундамент, нуждаются в усилении фундаментной плиты не только арматурой, но и балочным профилем.

В отличие от российских условий – скажем, в США – применяют широкополочные двутавровые элементы.

Нормально сработанные балки – стандартный параллельно-равнополочный двутавр. Подобно швеллеру, он обладает строгой прямоугольностью торцов в поперечном разрезе. В продольном сечении его ориентиры – продольные края граней – строго прямолинейны и параллельны. Какие-либо специфические характеристики (уклон, закругление, скос стенок) полностью отсутствуют. Ширина полок снаружи и изнутри, соответственно, с каждой из обеих сторон равны по всей длине.

Уклон внутренних поверхностей полок в «наклонных» элементах ДТ – условный, не затрагивает расположения и параллельности внешних сторон полочных бортиков.

На краях, в пределах последних нескольких миллиметров ширины, она переходит в плавное закругление, снизившись до нуля на границе раздела стали и окружающей такой элемент, либо примыкающей к нему – среды (воздух, бетон, рубероид, древесина и другое).

Колонный двутавр, подобно квадратной профтрубе, обладает установочными торцами. Это поперечные отбортовки, которыми элементы крепятся при помощи анкеров или приваренной к арматуре перед заливанием бетона шпильки. Во втором случае отрезки шпильки должны расположиться строго параллельно и отстоять друг от друга по углам этих торцовых бортиков, как и в случае с забиванием анкеров.

Если допущены погрешности при бетонировании, то целесообразно выполнить стяжку пространства (можно заливную, с «самотёком» затвердевающего состава), либо отшлифовать места установки колонных двутавровых элементов, периодически проверяя уровнемером место установки на соответствие горизонтальности.

Свайный двутавр по принципу расположения, монтажа, подготовки к установке горизонтальных балочных элементов напоминает колонный, но не содержит крепёжных горизонтальных торцов. Подобно профтрубе, швеллеру, круглой трубе, сплошным кругу и квадрату, он забивается при помощи копра. Нижний конец, входящий в землю, для ускорения и облегчения забивки в грунт подтачивается до заострённого состояния, что снижает зазубренность и сплющенность противоположного конца элемента при работе ударника.

Двутавровые балки с параллельными гранями производятся, как ранее отмечалось, с центрально расположенным центром тяжести, не имеющим смещения. Прокатный способ производства – горячекатаная профсталь, обладающая в целом равнопрочной структурой. Стыки между такими ДТЭ выполняются сварными, либо болтовыми – как на монорельсовой линии.

По материалу, помимо деревянно-композитных, стальных и алюминиевых, часто встречаются монокомпозитные (однородно-композитные, к примеру, из цельного МДФ-стройматериала), а также пластиковые двутавры. И если однородный композит – композитно-цельнолитой (дву) тавр – может использоваться для построения полноценных вспомогательных несущих конструкций, то пластиковый двутавр скорее напоминает двустороннюю мебельную кромку, которая может быть запрессована между металлическими рейками. Роль пластикового двутавра, особенно мелкого, в придании итоговой прочности конкретному изделию заметно снижена.

Двутавр, помимо форм-фактора – поперечного разреза и протяжённости формообразующего профиля, а также типа и разновидности материала, классифицируется по размерам. Типоразмер, обладающий конкретными показателями применённого при изготовлении каждой такой единицы материала, обладает важными характеристиками: толщиной стенок и полок, их шириной и протяжённостью отрезка. Так, двутавр-20 обладает 20-сантиметровой шириной основной стенки-перемычки, соединяющей эти полки. Высота ДТ от 25 см широко востребована в строительстве.

Помимо ширины в сантиметрах, встречается и конкретная маркировка, подчёркивающая эту же ширину в миллиметрах: 150, 200, 250, 320, 350, 400 и так далее. Высота такого двутавра соответствует типоразмерам 15, 20, 25, 32, 35 и 40.

Сложный значок, к примеру, 26Б2, указывает на следующие особенности. Так, профильный элемент Б1 отличается от профиля Б2 высотой, толщиной полки и стенки при одинаковой ширине полок. Изделие с маркером 26 Б1 обладает высотой в 258 мм при толщине поперечины 5,8 мм и ширине полки в 12 см. Изделие же 26Б2 отличается высотой в 261 мм при толщине стенки в 6 мм и ширине полки всё в те же 12 см.

Параметры, например, балки 30Б3, выглядят следующим образом. Высота сечения – 30,5 см, ширина – 15,1 см, толщина перемычки – 0,8 см, толщина полки – 11,5 мм, радиус закругления – 1,3 см. Изделия марки 26Ш1 обладают высотой стенки в 251 мм, шириной полки в 180, и толщиной полок в 1 см, толщина стенки – 0,7 см.

Расчёт запаса прочности производится в соответствии с площадью сечения, длиной балки, расстояния для пролёта между балочными элементами. Если выбирается конструктивный компонент для эксплуатации в режиме лютых морозов и затяжных зим, то целесообразнее использовать не сплав Ст3, а его более морозостойкий аналог, к примеру, 09Г2С. Эту же сталь применяют и при строительстве, к примеру, земных полярных станций. Широкое применение он найдёт и при создании обитаемых колоний на Марсе и Луне, так как состав 09Г2С считается одним из кандидатов при использовании в медицинской и космической крионике.

Строительство мало- и многоэтажных зданий учитывает суммарную нагрузку на такой дом или производственную постройку. Для промышленного строительства, в чьи задачи входит обеспечение работоспособности конвейеров, размещённых на разных этажах, применяют двутавровые элементы самых крупных размеров и с максимальной толщиной стенок. Аналогичные используют и для строительства мостов, по которым проходит большегрузный и многотоннажный транспорт в количестве до тысяч машин/вагонов в день.

Как ранее отмечалось, двутавр – обязательный элемент при строительстве мостов, многоэтажных зданий и подземных гаражей, линий метрополитена, бомбоубежищ и иных сооружений. Он дополняет швеллер и простой тавр – а его, в свою очередь, дополняет арматура. Соединения таких конструкций выполняются главным образом на сваях и болтах. Диаметр последних подбирается с учётом нагрузочного запаса: если использовать слишком мелкие болты, то они сломаются, и конструкция сложится. Заклёпочные соединения применять нецелесообразно – они больше подходят для листовой обшивки, играющей вспомогательную роль, а не выполняющей функции основной опорной конструкции.

Холоднокатаные и изготовленные из специальных сортов сталей, а также отделанные двутавровые балки применяются во вспомогательном строительстве, например, при разграничении интерьерных зон в помещении. Здесь целесообразно использовать укатанные до идеально гладкого зеркального состояния балочные конструкции, которые могут заменить железобетонные колонны внутри помещения. Характерный пример – музеи и банковские залы, где скапливается толпа посетителей, насчитывающая десятки человек. Но такое решение зачастую заменяется облегчёнными каркасно-гипсокартонными перегородками, где каждое рабочее место сотрудника и место для клиента – единый отсек.