Классификация двутавров: Б, Ш, К, ДБ, ДШ
Двутавровый профиль — основной несущий элемент стальных каркасов. По ГОСТ Р 57837-2017 горячекатаные двутавры с параллельными гранями полок делятся на пять типов. Каждый тип оптимизирован под конкретный характер нагружения.
Нормальные двутавры (Б)
Тип Б — базовый балочный профиль. Соотношение ширины полки к высоте b/h = 0,3–0,4. Предназначен для работы на изгиб в одной плоскости. Выпускается в диапазоне высот от 100 до 1000 мм. Это наиболее массовый и экономичный тип для однопролётных балок перекрытий и покрытий при пролётах до 9–12 м.
Широкополочные двутавры (Ш)
Тип Ш имеет увеличенную ширину полки: b/h = 0,5–0,7. За счёт этого момент инерции относительно оси Y в 3–5 раз больше, чем у типа Б той же высоты. Широкополочный двутавр эффективен при косом изгибе, в составе рамных конструкций и при больших пролётах (12–18 м), где требуется устойчивость из плоскости без дополнительных связей.
Колонные двутавры (К)
Тип К — профиль с полками, ширина которых примерно равна высоте (b/h ≈ 0,9–1,0). Оптимизирован для работы на сжатие с изгибом. Момент инерции по обеим осям сопоставим, что критично для колонн, воспринимающих нагрузку от кранов или ветра в двух направлениях. Выпускается с высотой от 150 до 400 мм.
Дополнительные серии: ДБ и ДШ
Серии ДБ (дополнительные балочные) и ДШ (дополнительные широкополочные) расширяют сортамент промежуточными типоразмерами. ДБ имеет увеличенную толщину стенки при той же высоте, что повышает несущую способность на 10–20% без изменения строительной высоты. ДШ — аналогичное расширение для широкополочной серии.
Геометрические параметры и сечения
Ключевые геометрические характеристики двутавра: высота профиля (h), ширина полки (b), толщина стенки (s), толщина полки (t), радиус сопряжения (r). От этих параметров зависят площадь сечения, масса погонного метра и все прочностные характеристики.
| Параметр | 30Б1 | 30Ш1 | 30К1 |
|---|---|---|---|
| Высота h, мм | 296 | 300 | 300 |
| Ширина полки b, мм | 140 | 200 | 300 |
| Толщина стенки s, мм | 5,8 | 7,0 | 9,0 |
| Толщина полки t, мм | 8,6 | 11,0 | 13,5 |
| Площадь сечения, см² | 40,8 | 58,4 | 110,8 |
| Масса, кг/м | 32,0 | 45,8 | 87,0 |
| b/h | 0,47 | 0,67 | 1,00 |
Из таблицы видно: при одинаковой высоте 300 мм масса колонного двутавра (К) в 2,7 раза больше нормального (Б). Это объясняет, почему применение К-профилей в качестве балок экономически нецелесообразно — избыточный металл в полках не работает при простом изгибе.
Соотношение b/h как критерий классификации
Соотношение b/h — главный классификационный признак. Для балочных профилей (Б) оно составляет 0,3–0,5, для широкополочных (Ш) — 0,5–0,75, для колонных (К) — 0,75–1,0. Чем выше b/h, тем больше боковая жёсткость, но и расход металла на погонный метр.
Механические характеристики и моменты
Для расчёта несущей способности критичны: момент инерции (Ix, Iy), момент сопротивления (Wx, Wy), радиус инерции (ix, iy). Эти характеристики определяют прогиб, напряжения и устойчивость элемента.
| Характеристика | 30Б1 | 30Ш1 | 30К1 |
|---|---|---|---|
| Ix, см⁴ | 7 080 | 10 800 | 17 530 |
| Wx, см³ | 478 | 720 | 1 169 |
| ix, см | 13,2 | 13,6 | 12,6 |
| Iy, см⁴ | 375 | 1 480 | 6 094 |
| Wy, см³ | 53,5 | 148 | 406 |
| iy, см | 3,03 | 5,03 | 7,42 |
Обратите внимание на Iy: у 30К1 он в 16 раз больше, чем у 30Б1. Именно за счёт этого колонный двутавр устойчив при сжатии в обоих направлениях. Радиус инерции iy у 30К1 составляет 7,42 см против 3,03 см у 30Б1 — расчётная длина колонны при одинаковой гибкости может быть в 2,4 раза больше.
Влияние типа двутавра на расчётную длину
Предельная гибкость колонны λ = l₀/i ≤ [λ]. При [λ] = 120 и iy = 3,03 см (30Б1) максимальная расчётная длина — 3,64 м. Для 30К1 с iy = 7,42 см — уже 8,9 м. Это означает, что при высоте этажа 6 м колонна из 30Б1 требует раскрепления из плоскости, а из 30К1 — нет.
Момент сопротивления и подбор сечения
Требуемый момент сопротивления балки: Wтр = M / (Ry × γc), где M — изгибающий момент, Ry — расчётное сопротивление стали, γc — коэффициент условий работы. Для стали С245 (Ry = 240 МПа) при γc = 1,0 и моменте M = 150 кН·м: Wтр = 150×10³ / 240 = 625 см³. По таблице подходит 30Ш1 (Wx = 720 см³) или 35Б1 (Wx = 685 см³).
Нужен расчёт стоимости? Оставьте заявку — ответим за 2 часа.
Области применения каждого типа
Выбор типа двутавра определяется характером нагружения, пролётом, конструктивной схемой здания и экономическими соображениями.
Где применяют двутавры Б
- Балки перекрытий промышленных зданий при пролётах 6–12 м
- Прогоны покрытий при шаге ферм до 6 м
- Ригели рамных каркасов малых пролётов
- Подкрановые балки при грузоподъёмности крана до 10 т
- Стропильные балки одноэтажных зданий
Где применяют двутавры Ш
- Ригели рамных каркасов при пролётах 12–24 м
- Главные балки мостовых и подкрановых конструкций
- Балки с большими сосредоточенными нагрузками
- Элементы, работающие на косой изгиб
- Стойки фахверка с ветровой нагрузкой в двух направлениях
Где применяют двутавры К
- Колонны промышленных зданий с мостовыми кранами
- Колонны многоэтажных каркасных зданий
- Стойки рам с жёсткими узлами при больших поперечных нагрузках
- Сжатые элементы с расчётными длинами, близкими в обеих плоскостях
На практике при выборе профиля часто определяющим является не прочность, а жёсткость — предельный прогиб. Для балок покрытий допустимый прогиб l/200–l/250, для перекрытий — l/250–l/400. Это может потребовать двутавр на 1–2 номера больше, чем определено по прочности.
Критерии выбора двутавра для проекта
При выборе между Б, Ш и К необходимо учитывать комплекс факторов. Ниже — алгоритм, которым пользуются инженеры-проектировщики при подборе сечений по СП 16.13330.2017.
Пошаговый алгоритм выбора
- Определите характер работы элемента: изгиб (балка), сжатие с изгибом (колонна), растяжение (подвеска).
- Рассчитайте требуемый момент сопротивления Wтр или площадь сечения Aтр.
- Для балок: проверьте предельный прогиб — часто он является определяющим.
- Для колонн: определите расчётные длины в обеих плоскостях. Если l₀x ≈ l₀y — выбирайте К. Если l₀y значительно меньше l₀x — достаточно Б.
- Проверьте устойчивость из плоскости изгиба. Если верхняя полка не раскреплена на длине более 20·b — рассмотрите Ш.
- Сравните массу вариантов с учётом связей и дополнительных элементов.
Горячекатаные vs сварные двутавры
Горячекатаные двутавры ограничены сортаментом ГОСТ Р 57837-2017: максимальная высота 1000 мм, масса до 314 кг/м. Для более крупных сечений применяют сварные двутавры по СТО АСЧМ 20-93. Сварной двутавр позволяет варьировать высоту, толщину стенки и полок независимо, что даёт экономию металла 10–25% по сравнению с ближайшим катаным профилем.
При изготовлении металлоконструкций сварные двутавры собирают на автоматических линиях. Стоимость изготовления компенсируется экономией на материале при больших объёмах. Переход на сварной профиль экономически оправдан при высоте сечения свыше 600 мм или при нестандартных соотношениях стенки и полок.
Марки стали для двутавров
Стандартный двутавр катается из стали С255 (Ст3сп5). Для ответственных конструкций (пролёты свыше 18 м, крановые нагрузки, сейсмика) применяют С345 (09Г2С), которая даёт прирост расчётного сопротивления на 38% (325 МПа vs 240 МПа). Это позволяет уменьшить сечение и снизить массу конструкций.
Для расчёта массы конструкций из двутавров используйте методику расчёта массы МК. При оценке стоимости учитывайте коэффициент отходов, который для двутавров составляет 1,02–1,05. Полные таблицы сортамента — в справочнике сортамента двутавров.
Для расчёта антикоррозийной защиты потребуется площадь поверхности профиля. Информацию о поставках двутавров и другого проката — на странице снабжения.
Частые вопросы
Чем двутавр Ш отличается от Б?
Широкополочный двутавр (Ш) имеет ширину полки, близкую к высоте профиля (b/h ≈ 0,5–0,7), тогда как у нормального (Б) — 0,3–0,4. За счёт этого Ш обладает в 3–5 раз большим моментом инерции относительно слабой оси Y, что обеспечивает боковую устойчивость без дополнительных связей.
Можно ли использовать колонный двутавр (К) в качестве балки?
Технически да, но экономически невыгодно. Масса К-профиля на 30–50% больше Б-профиля той же высоты. Избыточная ширина полок не работает при простом изгибе — вы переплачиваете за ненужный металл.
Какой ГОСТ регламентирует двутавры?
Горячекатаные двутавры с параллельными гранями полок — ГОСТ Р 57837-2017. Двутавры с уклоном граней — ГОСТ 8239-89. Сварные двутавры — СТО АСЧМ 20-93.
При каком пролёте переходить с Б на Ш?
При пролётах свыше 9–12 м нормальный двутавр требует раскрепления из плоскости. Широкополочный при пролётах до 12–15 м обходится без дополнительных связей, что компенсирует его большую массу экономией на элементах крепления.