Расчет и проектирование двутавровой балки

Двутавровая балка

Двутавровое сечение очень часто применяется в архитектуре, так как его форма позволяет выдерживать значительные нагрузки, экономя на материале.

Балки, которые имеют в сечении Н-образный профиль называют двутавровыми. Они могут быть выполнены, как из металла, так и из железобетона и дерева. Металло- и материалоемкость такого решения намного ниже, чем у стандартных прямоугольных или квадратных сечений, а характеристики прочности выше. Так, при сравнении двутаврового и квадратного профилей аналогичной площади, было установлено, что двутавр в 30 раз жестче и в семь раз прочнее. Форма балки необычна, а ее название происходит от латинского слова taurus - «бык».

Минусом этого профиля является его низкая устойчивость к скручиванию, она примерно в четыреста раз меньше, чем у круглой трубы, имеющей такое же сечение.

Двутавр состоит из двух полок и стенки, сопряженных между собой.

Главными характеристиками двутавра являются:

• высота профиля, она может варьироваться от 100 мм до 78 см (по ГОСТу);
• ширина полки;
• толщина полки;
• толщина стенки;
• момент инерции;
• момент сопротивления;
• радиус инерции;
• статический момент полусечения.

В зависимости от технологии изготовления уклон внутренних граней может быть выполнен с точностью Б (повышенная) и В (обычная).

По виду двутавры могут быть нормальными, широкополочными, колонными, также выделяют в отдельный класс двутавры из дополнительной серии.

Металлические двутавры могут быть прокатными и составными. Оба вида получили широкое применение в промышленности и используются в дорожном строительстве для мостов. Прокатный профиль изготавливается на заводах по методу горячего катания, при котором расплавленный металлический слиток пропускают через станок, где он формирует нужный профиль. Достоинствами горячекатаной балки являются монолитность и отсутствие швов, а недостатками большая толщина стенок и ограниченный типоразмер производимой продукции.

Деревянные двутавровые балки нашли свое применение в каркасном деревянном строительстве, их используют в качестве несущих элементов перекрытия.

Самым современным можно назвать решение в виде деревометаллической балки, которая выполняется из обработанной древесины и профилированной стали. Такая конструкция обладает легкостью, и при этом может перекрыть пролет до 24 метров длиной.

Рисунок 1. Пример сварки двутавровой балки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Расчет и проектирование двутавровой балки

Рассмотрим основные этапы расчета на примере металлической балки двутаврового сечения. Прокатный профиль применяют для относительно небольших пролетов, заводская номенклатура этих изделий полностью покрывает спрос на них.

Исходными данными для ведения расчетов являются пролет и шаг балок, условия эксплуатации и величина нагрузок. Проверки по первой и второй группам предельных состояний выполняют исходя из найденных и принятых размеров сечений и с уточненными нагрузками.

Этапы выполнения расчета:

• оцениваем расчетную погонную нагрузку, которая приходится на балку;
• находим изгибающий момент и требуемый момент сопротивления;
• по полученным данным назначим двутавр по сортаменту и используем его характеристики для дальнейших расчетов;
• оцениваем нагрузку от собственного веса балки;
• оцениваем расчетную нагрузку на балку;
• описываем расчетные усилия в балке;
• находим момент от нормативных усилий для проверки прогиба;
• на следующем шаге проверяем несущую способность подобранного сечения на прочность, общую устойчивость и местную устойчивость;
• выполняем проверку жесткости балки.

Двутавровые балки применяют при самых высоких динамических и статических нагрузках, так как именно этот профиль позволяет балке иметь высокую прочность. Для сравнения швеллер имеет меньшую прочность, хотя при этом и стоимость его изготовления, и вес ниже. Двутавровые балки используются в железнодорожном и автодорожном строительстве, для сооружения каркасов жилых домов и промышленных зданий. Для работающих на изгиб элементов двутавр является наиболее целесообразной формой поперечного сечения.