тест

Стальные двутавры: особенности производства и использования

Возвращаемся к циклу статей, посвященных использованию стальной продукции. Ранее в этом блоге я рассказал вам о применении в строительстве таких изделий как профильные трубы и швеллеры. А сегодня рассмотрим со всех сторон двутавровые балки. Двутавры прочно закрепились в строительной и машиностроительной отраслях благодаря форме и набору механических и эксплуатационных характеристик. При этом, с одной стороны, нормативная документация на горячекатаный двутавровый прокат обуславливает стандартную сетку размеров таких изделий, что упрощает работы по проектированию и расчету несущей способности металлической конструкции и дальнейшему подбору нужного профиля. Но в то же время существует возможность под специфические условия эксплуатации изготовить сварной вариант балки с индивидуальными размерами, что может обеспечить большую эффективность и эргономичность выбранного решения и экономию металла при соблюдении требований к эксплуатационной стойкости сооружения.

Что ж, давайте разберемся, действительно ли металлическая балка настолько универсальна, и все ли так легко и просто в ее использовании в промышленности и быту.

Описание и разновидности металлических двутавровых балок

Общую информацию о балочных профилях и технологиях их изготовления вы можете найти в другой статье нашего блога. Двутавр – это продукция с поперечным сечением, похожим на букву I или H, которая производится из нелегированных и легированных сталей (для отдельных применений могут использоваться другие черные и цветные сплавы).

а                                                                                  б

Горячекатаные двутавровые балки с параллельными полками (а) и с уклоном полок (б), изготовляемые в соответствии с ДСТУ EN 10365

Основными размерными показателями балок являются общая высота профиля (h), ширина полки (b), толщина стенки (s), толщина полки (t). Стандартами оговорены допустимые отклонения этих параметров, а также возможные смещения от центра, перекос полок, кривизна профилей, допуски на массу партии или одного двутавра и т.п. Также техническая нормативная документация и строительные нормы указывают, какие марки стали могут применяться при изготовлении балок для тех или иных видов металлических конструкций.

Согласно классификации, представленной в ДСТУ EN 10079, двутавры относятся к группе длинномерных профилей (англ. Long products) и делятся на следующие виды.

Горячекатаные профили (англ. Hot rolled sections)

Такую продукцию получают путем горячей прокатки на среднесортных, крупносортных, универсальных балочных и рельсобалочных станах:

•       Крупносортные профили – горячекатаный прокат, имеющий следующие признаки: высота перемычки ≥ 80 мм; поверхности перемычки соединены с внутренними поверхностями полок; полки в основном симметричны и одинаковы по ширине; наружные поверхности полок параллельны; полки имеют уменьшенную толщину перемычки к ребру, конические фланцы или одинаковую толщину (в случае с параллельными полками). Различают стандартные профили, а также тонкие (с уменьшенными по толщине полками и/или стенкой) и толстые (с увеличенной толщиной полок/стенки);
•       Шахтные профили – двутавры для горнодобывающей отрасли, отличающиеся от других I-профилей большим наклоном внутренней поверхности полок;
•       Мелкие I- и H-профили – двутавры, высота которых не более 80 мм;
•       Специальные профили – изделия, имеющие неровные или асимметричные полки или стенки нестандартной толщины.

Наибольшая доля потребления горячекатаных двутавровых балок приходится на сферу промышленного, инфраструктурного и жилищного строительства. Металлические двутавры используются как колонны и перекрытия зданий и сооружений, опоры мостов и эстакад. Балка горячекатаная отдельных типоразмеров используется в машино- и вагоностроении, а также для армирования шахтных стволов и формирования подвесных монорельсовых путей для перемещения промышленного транспорта.

Сварные профили (англ. Welded sections)

Это длинномерные изделия имеют форму, подобную вышеуказанным продуктам, но для их изготовления применяется не горячая прокатка, а сварка горячекатаного и холоднокатаного сортового и листового проката на автоматических и полуавтоматических линиях. Сварные балки несколько уступают горячекатаным в жесткости и способности сопротивляться изгибающим нагрузкам из-за наличия сварных швов и зон термического воздействия в структуре материала, которые образуются при высокотемпературной обработке. Но и преимуществ у них тоже хватает, например:

•       Отсутствие стандартного ряда и возможность изготовления изделия определенных размеров под конкретный проект. Это позволяет существенно снизить общий вес и металлоемкость конструкции. Соответственно, нагрузка сооружения на фундамент также снижается, что дает возможность сэкономить и на его подготовке;
•       Возможность применения различных материалов для разных элементов двутавра с учетом схемы его нагружения (например, для полок использовать высокопрочную сталь S460NL, а стенку сделать из стали S235JR или наоборот);
•       Возможность изготовления технологических отверстий в менее нагруженных элементах балки (например отверстий для прокладки кабелей и труб в ее стенке);
•       Меньшая цена на сварной двутавр в сравнении с горячекатаным аналогом.

Ключевое направление использования сварной двутавровой балки – строительные опоры и перекрытия. Также ее применяют при производстве несущих рам и других элементов транспорта и оборудования.

Стандарты Украины на сортамент горячекатаных двутавров

И снова мы подошли к «интересностям отечественного стандартотворения». В части двутавровых балок тоже все непросто, поскольку сейчас в нашей стране одновременно действуют следующие группы стандартов:

•       ДСТУ, разработанные на основе советских и постсоветских ГОСТов;
•       ДСТУ EN – национальные гармонизированные версии соответствующих европейских норм EN;
•       ДСТУ ISO – национальные гармонизированные стандарты на основе документов Международной Организации по Стандартизации (ISO).

Стандарты на сортамент стальных двутавров, действующие в Украине по состоянию на 2025 год

Обозначения, размеры и сферы использования балок по этим стандартам отличаются, что затрудняет поиск аналогов и их применение в промышленности при отсутствии какого-либо конкретного профиля на рынке.

Особенности нормативной базы в части использования двутавровых балок

Кроме такого пестрого сборника действующих стандартов на стальные двутавры, есть еще несколько моментов, усложняющих общую ситуацию. О них речь пойдет ниже.

Европейская и национальная системы проектирования металлоконструкций

До 2013 года процесс проектирования строительных металлических конструкций в Украине проходил исключительно в поле национальных норм (ДСТУ, ДБН, СНиП и т.п.). Соответственно стальные профили и другая металлопродукция, которые в них фигурируют, также должны быть изготовлены согласно отечественным стандартам ДСТУ и межгосударственным ГОСТ.

Но с июля 2013 года в нашей стране были внедрены новые государственные строительные нормы ДБН А 1.1-94:2010, которые позволили выполнять проектные работы с использованием Еврокодов – системы европейских стандартов, охватывающих разработку, надежность, контроль долговечности и другие моменты эксплуатации зданий и сооружений. После этого на базе европейских строительных стандартов (EN 1090 и другие) были разработаны их гармонизированные национальные версии (в нашей системе стандартизации их обозначение начинается с «ДСТУ-Н Б»). Разумеется, в этом комплексе норм проектирования нет ни одного упоминания о прокате, производимом по ГОСТ/ ДСТУ – там исключительно стали по Евронормам и гармонизированным ДСТУ EN.

Сейчас выбор системы проектирования металлоконструкций в Украине выполняют заказчики и проектировщики в каждом отдельном случае, закрепляя это в соответствующих заданиях на проектирование. Одновременное использование в одном проекте национальной системы и Еврокодов запрещено. Соответственно, остается необходимость производства и применения стального проката как по национальным ДСТУ, так и по европейским EN/ ДСТУ EN. Как долго будет продолжаться эта «двойная игра» – пока неизвестно.

Использование устаревших технических норм

Значительная часть отечественной конструкторской, проектной и другой нормативной документации была разработана до 2000-х годов с использованием действующих на тот момент ГОСТов (некоторым из которых уже тогда исполнилось по полвека). И значительная часть этих документов с момента их создания никто не пересматривал на предмет актуальности указанных стандартов. Поэтому до сих пор во многих украинских проектах фигурируют двутавры по нормам, отмененным в Украине еще 5-10 лет назад.

И еще полбеды, если там можно найти технические документы, на смену которым пришли аналоги ДСТУ. Часто они внедрялись без значительных корректировок, сохраняя обозначение продукции и технические требования к ней. А что делать, если такой стандарт был отменен полностью без замены? Это уже реальная проблема, поскольку в проектных документах обычно указываются конкретные типоразмеры и конкретные материалы двутавров, которые либо не существуют сейчас, либо производятся в других странах, но не могут применяться у нас из-за отмены такой технической нормы на государственном уровне.

Наиболее популярными среди стандартов на сортамент двутавровых балок, за которыми безнадежно охотятся специалисты по закупке, являются ГОСТ 26020-83 (отменен полностью, без замены), ГОСТ 5267.5-90 (отменен с заменой на ДСТУ 7555), ГОСТ 8239-89 (отменен с заменой на ДСТУ 8768), ГОСТ 19425-74 (отменен с заменой на ДСТУ 8807) и другие. До 2022 года для решений, в которых было некритичным использование проката вне действующих государственных стандартов, такую ​​продукцию импортировали из стран бывшего соцлагеря, где эти нормы еще функционировали.

Но в последние годы реализация всех проектов, основанных на «древней нормативке», находится под серьезной угрозой. Эта ситуация касается далеко не одних двутавров – она охватывает почти все продукты и секторы экономики. И если не навести порядок в этом вопросе, ожидаемое восстановление инфраструктуры страны и возрождение других промышленных отраслей могут пойти совсем другими темпами, чем ожидалось. Надеюсь, у профильных украинских институтов все же хватит сил и ресурсов, чтобы в конце концов избавиться от всех этих советских «рудиментов» и привести в порядок отечественную нормативную базу.