Как отличить двутавровые балки от Н-образных балок?

Двутавровые балки в основном подразделяются на стандартные двутавровые балки, облегченные двутавровые балки и двутавровые балки с широкими полками. В зависимости от соотношения ширины полки и высоты стенки, двутавровые балки с широкими полками подразделяются на широкие, средние и узкие типы. Первые два типа изготавливаются размерами от № 10 до № 60, что соответствует высоте от 10 до 60 см.

При одинаковой высоте легкие двутавровые балки имеют более узкие полки, более тонкие стенки и меньший вес. Широкополочные двутавровые балки, также известные как Н-образные профили, имеют параллельные полки без внутреннего наклона по внутренним кромкам. Они относятся к экономичной профильной стали и прокатываются на четырехвалковых универсальных прокатных станах, поэтому их также называют «универсальными двутавровыми балками». Стандартные и легкие двутавровые балки уже стандартизированы на национальном уровне.

Как следует из названия, двутавровая балка имеет поперечное сечение, напоминающее китайский иероглиф «工» (вертикальная балка с двумя горизонтальными балками сверху и снизу). Внутренние поверхности верхней и нижней полок имеют наклон — обычно с уклоном 1:6 — в результате чего внешние кромки тонкие, а внутренние — толстые. Это приводит к значительным различиям в свойствах поперечного сечения между двумя основными плоскостями, что ограничивает полное использование прочностных характеристик стали в практических применениях.

Хотя на рынке появились более толстые версии двутавровых балок, их конструктивные особенности по своей природе ограничивают их сопротивление кручению.

Двутавровые балки

Двутавровые балки — это высокоэффективные и экономичные профили с более оптимизированным распределением площади поперечного сечения и превосходным соотношением прочности к весу. Свое название они получили благодаря тому, что их поперечное сечение напоминает английскую букву «H».

Поскольку все части двутавровой балки расположены под прямым углом, она обладает превосходной устойчивостью к изгибу во всех направлениях, простой конструкцией, экономичностью и малым весом, что делает ее широко используемой.

В современных стальных конструкциях широко применяются двутавровые балки, которые существенно отличаются от обычных двутавровых балок. Во-первых, их полки шире; во-вторых, внутренние поверхности полок не имеют наклона, а верхняя и нижняя поверхности остаются параллельными.

Прочность поперечного сечения двутавровых балок явно превосходит прочность традиционных двутавровых балок, швеллеров и уголков.

Внутренние кромки двух внешних полок двутавровых балок прямые и плоские, что упрощает сварку и соединение по сравнению с двутавровыми балками, улучшает механические свойства на единицу веса и значительно экономит материал и время строительства.

Двутавровые балки хорошо работают при прямом сжатии и растяжении, но страдают от низкой устойчивости к кручению из-за узких полок. В отличие от них, Н-образные балки обладают превосходной устойчивостью к кручению, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Различия и области применения двутавровых и неразрезных балок

1. Как стандартные, так и облегченные двутавровые балки имеют относительно высокие и узкие поперечные сечения, что приводит к большим различиям в моментах инерции вдоль двух главных осей. Поэтому они, как правило, подходят только для элементов, подверженных изгибу в плоскости стенки, или для формирования несущих элементов решетчатого типа. Они непригодны для колонн, подверженных осевой нагрузке, или элементов, испытывающих изгиб перпендикулярно плоскости стенки, что существенно ограничивает область их применения.

2. Двутавровые балки — это высокоэффективные и экономичные профили (другие примеры включают холодногнутые тонкостенные профили и профилированные стальные листы). Благодаря рациональной форме поперечного сечения они позволяют стали достигать более высоких эксплуатационных характеристик и большей несущей способности. В отличие от стандартных двутавровых балок, двутавровые балки имеют расширенные полки, причем как внутренние, так и внешние поверхности обычно параллельны, что облегчает соединения с использованием высокопрочных болтов и других конструктивных элементов. Их размеры образуют рациональную серию с полным модельным рядом, что делает их удобными для проектирования и выбора (за исключением балок кранов, где двутавровые балки по-прежнему предпочтительны).

3. Двутавровые балки имеют равномерную толщину полки и могут быть как прокатанными, так и композитными, изготовленными путем сварки трех пластин. Двутавровые балки являются исключительно прокатанными, и из-за производственных ограничений их внутренние кромки полки имеют небольшой уклон 1:10. Прокатка двутавровых балок отличается от обычной прокатки двутавровых балок, при которой используется только набор горизонтальных валков. Поскольку двутавровые балки имеют более широкие полки и минимальный или нулевой уклон, во время прокатки требуются дополнительные вертикальные валки. В результате процесс прокатки и оборудование сложнее, чем у обычных прокатных станов. Максимальная высота прокатываемых двутавровых балок, достижимая в настоящее время в стране, составляет 800 мм; при превышении этого размера необходимо использовать сварные композитные профили.

4. Двутавровые балки имеют малую ширину полок и большую высоту, что позволяет им сопротивляться нагрузкам только в одном направлении.

5. Сталь H-образного профиля имеет глубокие полки и большую толщину, что позволяет ей выдерживать нагрузки в двух направлениях.

6. С развитием стальных конструкций зданий одних двутавровых балок уже недостаточно; даже утолщенные двутавровые балки, используемые в качестве несущих колонн, подвержены неустойчивости.

7. Двутавровые балки можно использовать только для балок, тогда как сталь H-образного профиля подходит для несущих колонн.

8. H-образный профиль — это экономичный профиль с превосходными механическими свойствами по сравнению с двутавровыми балками, названный так из-за формы поперечного сечения, напоминающей английскую букву «H». Горячекатаные H-образные профили имеют более широкие полки, чем двутавровые балки, что обеспечивает большую боковую жесткость и сопротивление изгибу. При одинаковых характеристиках H-образный профиль легче двутавровых балок.

9. Полки двутавровых балок имеют переменное поперечное сечение — толще у стенки и тоньше по внешним краям, — тогда как полки Н-образных стальных балок имеют равномерное поперечное сечение.

10. HW, HM и HN — это общие термины для H-образной стали; сталь H-типа относится к сварным профилям, а HW, HM и HN — к горячекатаной стали.

11. HW означает, что высота и ширина полки стального профиля H-образного сечения приблизительно равны; он в основном используется в качестве стальной колонны (также известной как композитная стальная колонна) в железобетонных каркасных конструкциях и преимущественно служит колоннами в стальных конструкциях.

12. HM имеет отношение высоты к ширине полки приблизительно от 1,33 до 1,75; он в основном используется в качестве колонн стальных каркасов в стальных конструкциях и в качестве балок каркаса в динамических несущих конструкциях, таких как платформы для оборудования.

13. HN имеет отношение высоты к ширине полки 2 или более и в основном используется для балок; его применение аналогично применению двутавровых балок.