Сварной двутавр: из чего собирают, сколько весит и когда он выгоднее прокатного
Метр сварного двутавра весит площадь сечения, умноженную на 7,85. Площадь складывают из стенки и двух полок. Сечение высотой 500 мм со стенкой 8 мм и полками 200×12 весит 67,6 кг/м.
Коротко
- Сварной двутавр собирают из трёх полос листа, вес метра равен (h − 2t) × s + 2 × b × t, умноженное на 0,00785.
- Сечение 500×200 со стенкой 8 мм и полками 12 мм весит 67,6 кг/м, почти как прокатный 45Б1 с его 66,2 кг/м.
- На три балки по 6 м уходит лист 12 мм и лист 8 мм размером 1500×6000, вместе 1413 кг, в балки идёт 1216 кг.
- Сварное 600×200×8/12 весит 73,9 кг/м при Wx около 1810 см³, ближайший прокат не слабее, 55Б1, тяжелее на 17 %.
Сварной двутавр собирают из трёх полос листовой стали. Вертикальная полоса образует стенку, две горизонтальные становятся полками, и всё соединяют сплошными швами по длине. Вес метра считают по площади сечения. Её умножают на плотность стали 7,85 г/см³. Сечение высотой 500 мм со стенкой 8 мм и полками 200×12 мм весит 67,6 кг на метр, прокатный двутавр 45Б1 весит 66,2 кг. Ниже формула, расчёт раскроя листа на три балки по 6 м и случаи, когда сварная балка выгоднее прокатной.
Прокатные двутавры 20Б1, 30Ш1, 40Б1 и другие номера считать не нужно, масса метра для них есть в таблице ГОСТ Р 57837-2017 (сейчас его заменил ГОСТ 35087-2024) и в калькуляторе балки. Сварного двутавра там нет. У него нет общего сортамента, размеры стенки и полок задаёт проект или технические условия завода, поэтому вес сварной двутавровой балки считают вручную.
Из чего собирают
Полки и стенку режут из горячекатаного листа по ГОСТ 19903-2015. Чаще всего это Ст3 или низколегированная 09Г2С, которую делают как раз для сварных конструкций и которая работает на морозе до −70 °C. Толщины часто разные. Стенку делают тоньше, полки толще, потому что изгиб в основном воспринимают полки.
Полосы сваривают поясными швами, по два шва на каждую полку. На заводах для длинных поясных швов применяют автоматическую сварку под флюсом, типы и размеры таких соединений, в том числе тавровых, даёт ГОСТ 8713-79. Требования к поясным соединениям составных балок приведены в разделе 14.4 СП 16.13330.2017. После сварки полки проверяют и при необходимости правят, от нагрева их может повести.
Катет швов и способ сварки задаёт проект.
Формула
Сечение сварного двутавра состоит из трёх прямоугольников, скруглений у него нет. Площадь равна
A = (h − 2t) × s + 2 × b × t
M = A × 0,00785
- h, полная высота сечения, мм;
- b, ширина полки, мм;
- t, толщина полки, мм;
- s, толщина стенки, мм;
- (h − 2t), высота стенки между полками, мм;
- A, площадь сечения, мм²;
- M, масса 1 м, кг. Коэффициент 0,00785 означает плотность 7,85 г/см³ в пересчёте на мм² и метр длины.
На чертеже прокатный 45Б1 с теми же буквами. Стенка у него 8 мм, полки 199×12 мм, почти как у сварного сечения из примера ниже, только высота 446 мм вместо 500. У сварного в углах нет скругления r, там стоят угловые швы.
Пример расчёта
Пример первый, сечение высотой 500 мм, стенка 8 мм, полки 200×12 мм.
- Высота стенки: 500 − 2 × 12 = 476 мм.
- Площадь стенки: 476 × 8 = 3808 мм².
- Площадь полок: 2 × 200 × 12 = 4800 мм².
- Сечение: 3808 + 4800 = 8608 мм², это 86,1 см².
- Масса метра: 8608 × 0,00785 = 67,57 кг.
- Балка 6 м весит 405,4 кг, в тонне 14,8 м такого двутавра.
Металл швов в формулу не входит. Если принять катет четырёх угловых швов 6 мм (точный катет задаёт проект), они добавляют примерно 4 × 6 × 6 / 2 = 72 мм², то есть около 0,57 кг на метр, меньше 1 % массы балки.
Пример второй, закупка листа на три балки по 6 м с тем же сечением.
- Полки 200×12, нужно шесть полос по 6 м. Из листа 12×1500×6000 с припуском на рез выходит семь полос по 200 мм, хватает одного листа, седьмая полоса остаётся.
- Стенки 476×8, нужно три полосы. Из листа 8×1500×6000 выходит ровно три, на кромки и рез остаётся 72 мм.
- Масса листа 12 мм по ГОСТ 19903: 94,2 кг/м² × 9 м² = 847,8 кг.
- Масса листа 8 мм: 62,8 кг/м² × 9 м² = 565,2 кг.
- Всего покупают 1413 кг металла, в трёх балках 3 × 405,4 = 1216,3 кг.
- Остаётся 197 кг, около 14 % закупки, из них 113 кг приходится на целую лишнюю полосу 200×12.
Массу одной полосы проверит калькулятор листа.
Размеры из примера уже подставлены, поменяйте под свою задачу.
Вес и стоимость ориентировочные, рассчитаны по теоретической плотности. Точный расчёт уточняйте у менеджера.
Готовые значения
Сварные сечения не стандартизованы, таблица показывает несколько примеров, посчитанных по формуле выше. Последняя колонка показывает момент сопротивления Wx, от него зависит, какой изгиб выдержит балка. Мы считали его по тем же размерам, без учёта швов.
| Сечение h×b, мм | Стенка s, мм | Полки t, мм | Площадь, см² | Вес 1 м, кг | Метров в тонне | Wx, см³ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 300×150 | 6 | 10 | 46,8 | 36,74 | 27,2 | 494 |
| 400×200 | 8 | 12 | 78,1 | 61,29 | 16,3 | 1081 |
| 500×200 | 8 | 12 | 86,1 | 67,57 | 14,8 | 1431 |
| 600×200 | 8 | 12 | 94,1 | 73,85 | 13,5 | 1808 |
| 600×250 | 10 | 16 | 136,8 | 107,39 | 9,3 | 2783 |
| 800×300 | 10 | 16 | 172,8 | 135,65 | 7,4 | 4632 |
Для сравнения прокатные номера близкой высоты по ГОСТ Р 57837-2017. Масса метра здесь из стандарта.
| Номер профиля | Вес 1 м, кг | Метров в тонне | ≈ ₽ за метр |
|---|---|---|---|
| 40Б1 | 56,6 | 18 | 5 402 |
| 45Б1 | 66,2 | 15 | 6 235 |
| 50Б1 | 72,5 | 14 | 6 920 |
| 55Б1 | 89 | 11 | 8 556 |
| 60Б1 | 94,6 | 11 | 9 095 |
Лист под полки и стенку обычно берут из этого ряда толщин.
Когда сварной двутавр выгоднее прокатного
Прокатная балка дешевле за тонну, её не надо резать и варить. Сварную стоит рассматривать, когда металла в ней выходит заметно меньше. Так бывает у высоких сечений, в примерах ниже с 600 мм. Высоту стенки можно взять любую, а толщину подобрать под нагрузку, и металл уходит туда, где он работает.
| Балка | Вес 1 м, кг | Wx, см³ (наш расчёт по размерам) |
|---|---|---|
| Сварная 500×200, стенка 8, полки 12 | 67,6 | 1431 |
| Прокатная 45Б1 | 66,2 | около 1290 |
| Прокатная 50Б1 | 72,5 | около 1500 |
| Сварная 600×200, стенка 8, полки 12 | 73,9 | 1808 |
| Прокатная 55Б1 | 89,0 | около 2050 |
Сварное сечение 500×200×8/12 тяжелее 45Б1 на 2 %, но выше на 54 мм, и момент сопротивления у него больше примерно на 11 %. Прокатный 50Б1 тяжелее сварного на 7 % и по Wx сильнее примерно на 5 %, так что на этой высоте выигрыш скромный. На высоте 600 мм разница заметнее. Ближайший прокатный номер с Wx не меньше 1800 см³ в ряду Б1 это 55Б1. Он тяжелее сварного сечения на 17 %, правда, и Wx у него с запасом около 13 %.
Есть оговорка. Тонкая высокая стенка может потерять устойчивость. По п. 8.5.9 СП 16.13330.2017 стенку балки 1-го класса укрепляют поперечными рёбрами жёсткости, если её условная гибкость больше 3,2 без подвижной нагрузки на поясе и 2,2 с подвижной нагрузкой. Условная гибкость растёт с отношением высоты стенки к толщине и с прочностью стали, поэтому у той же стенки из 09Г2С она выше, чем из Ст3. Рёбра добавляют металл и сварку, и экономия от сварного сечения частично уходит на них. Нужны ли рёбра и какое сечение брать, определяет расчёт или проект, цифры выше годятся только для сравнения вариантов.
На небольших пролётах навеса или гаража считать сварное сечение обычно нет смысла. Номера 20Б1–30Б1 продаются готовыми, а разница в металле на такой высоте невелика, резка и сварка её съедят. Чем отличается двутавр от швеллера на таких пролётах, разобрано в статье швеллер или двутавр.
Как не ошибиться
Первая ошибка в формуле, когда подставляют полную высоту h вместо высоты стенки. Для сечения 500×200×8/12 это даёт лишние 192 мм² и 1,5 кг на каждом метре.
Вторая ошибка в закупке. В смету кладут вес балок, а покупают целые листы. Во втором примере в остаток ушло 14 % металла, при неудачной ширине полосы выйдет больше. Ширину стенки и полок удобно подбирать так, чтобы из листа 1500 мм выходило целое число полос.
Третья ошибка касается допусков. Вес посчитан по номинальной толщине, а толщина листа гуляет в пределах допуска ГОСТ 19903-2015, так что балка на весах может выйти легче или тяжелее.
Если балка всё же нужна прокатная, вес любой длины считает калькулятор балки, а готовые номера есть в разделе двутавровых балок. Формулы для труб, арматуры и листа собраны в статье о расчёте веса проката.
Частые вопросы
Есть ли ГОСТ на сварные двутавры?
Общего сортамента сварных двутавров, как у прокатных по ГОСТ Р 57837-2017, нет. Размеры стенки и полок задаёт проект или технические условия завода. Поясные швы рассчитывают по разделу 14.4 СП 16.13330.2017, а типы соединений для сварки под флюсом даёт ГОСТ 8713-79.
Сколько весит метр сварной двутавровой балки?
Столько, сколько её сечение в мм², умноженное на 0,00785. Сечение 400×200 со стенкой 8 мм и полками 12 мм весит 61,3 кг/м, 500×200 с теми же листами 67,6 кг/м.
Какое сечение сварной двутавровой балки выбрать?
Сечение определяет расчёт на изгиб и прогиб под нагрузку и пролёт. Для сравнения вариантов удобно смотреть момент сопротивления Wx, у сварной 500×200×8/12 он около 1430 см³, у прокатного 50Б1 около 1500 см³.
Что дешевле, сварной или прокатный двутавр?
Тонна прокатного двутавра обычно дешевле, потому что к цене сварного добавляются резка и сварка. Сварной может окупиться на высоких сечениях. В примере выше сварное 600×200×8/12 легче ближайшего прокатного номера не меньшей прочности, 55Б1, на 17 %, а на высоте 500 мм выигрыш всего несколько процентов.
