Какой швеллер выбрать - виды, размеры, нагрузка и применение в строительстве
Содержание:
- Что такое швеллер
- Какие задачи решает
- Виды
- Размеры и масса
- Выбор швеллера с учетом несущей способности
- Какой швеллер выбрать
- Как читать маркировку
От правильного выбора швеллера напрямую зависит не только несущая способность и долговечность металлоконструкции, но и экономическая эффективность всего проекта. Ошибка в подборе профиля может привести к критическим деформациям, потере устойчивости или, наоборот, к неоправданному перерасходу металла и увеличению сметной стоимости.
Что такое швеллер
Это тип фасонного стального проката, имеющий П- или У- образное поперечное сечение. Конструктивно он состоит из параллельных полок и одного вертикального элемента между ними – стенки. Геометрические параметры профиля стандартизированы ГОСТ. Материалом для производства служит углеродистая и сталь марок Ст3сп и низколегированная 09Г2С. Для повышения коррозионной стойкости применяют оцинкование.
Сферы применения охватывают практически все отрасли строительства и машиностроения. Металлический профиль служит основой каркасов зданий, перекрытий, мостовых сооружений. Его используют в подъемно-транспортном оборудовании и рамных транспортных средствах.
Какие задачи решает
Швеллер выполняет следующие задачи:
-
Работа на изгиб – воспринимает вертикальные нагрузки (от веса перекрытий, оборудования, людей, мебели и др.) и работает как балка, сопротивляясь изгибающему моменту.
-
Распределение напряжения – работая совместно с настилом (например, железобетонной плитой или профлистом), он перераспределяет сосредоточенные усилия. Чем выше жесткость профиля, тем равномернее напряжение передается на опорные стены или колонны.
-
Увеличение жесткости перекрытий – предотвращает недопустимые прогибы. Деформация в 20–30 мм приводит к трещинообразованию в отделке потолка и стен, заклиниванию межкомнатных дверей и оконных рам.
-
Повышение стойкости к вибрации – увеличивает собственную частоту колебаний системы, за счет чего гасится амплитуда вибраций и обеспечивается стабильность сооружений.
Также балки и швеллеры используют для формирования пространства между несущими элементами – полость используют для скрытой прокладки инженерных коммуникаций: трубопровода, воздуховодов, кабельных трасс. Еще одна функциональная возможно – направляющая база. Профиль служит основой для движущихся механизмов в подъемном оборудовании и техники, откатных ворот, на станках.
Швеллер №20 для несущих конструкций
Виды
Швеллеры классифицируют по нескольким конструктивным и технологическим признакам. Их категория определяет рабочие свойства и применение.
По технологии производства
По способу изготовления выделяют следующие виды:
-
Горячекатаные (ГОСТ 8240-97). Изготавливают методом горячей прокатки. Исходным материалом служит стальная заготовка (блюм), которую пропускают через систему валков прокатного стана при температуре, превышающей температуру рекристаллизации, стали. В результате получают изделие с высокой прочностью. Его используют в качестве конструкционных металлоэлементов ответственных строительных и инженерных системах. Это основные балки перекрытий, колонны, мостовые сооружения, опоры линий электропередач, тяжелое машиностроение и вагоностроение.
-
Гнутые равнополочные (ГОСТ 8278-83). Производят методом холодной гибки из листового или полосового проката на профилегибочных станах. Толщина стенки и полок одинакова по всему сечению, что обеспечивает равномерное распределение напряжений. В отличие от горячекатаных, внутренние грани полок не имеют уклона и образуют четкий угол 90 градусов. Этот вариант применяют в легких металлоконструкциях, где не требуется сверхвысокая несущая способность: каркасы быстровозводимых зданий, торговые павильоны, легкие фермы, стеллажные системы, производство мебели и торгового оборудования.
-
Гнутые неравнополочные (ГОСТ 8281-80). Изготавливают по той же технологии холодной гибки из листового проката, что и равнополочные. Ключевое отличие заключается в геометрии: полки имеют разную ширину. Такая решение позволяет рационально распределять материал в сечении, обеспечивая высокую жесткость на изгиб в одной плоскости при экономии металла. Используют в конструкциях, где требуется асимметричное распределение нагрузок или специфическая геометрия узла. Применяют в качестве опорных элементов для крепления оборудования, направляющих, в нестандартных инженерных решениях. Их можно встретить в автомобилестроении, производстве сельскохозяйственной техники.
По геометрии поперечного сечения
Геометрия поперечного сечения – важный параметр для классификации фасонного металлопроката, определяющий их сортамент, прочностные характеристики и область применения. Согласно ГОСТ 8240-97, все горячекатаные профили по форме внутренних граней полок делятся на две группы: с параллельными гранями, расположенными строго параллельно друг другу (П-серия) и с уклоном 4–10% внутренних полок (У-серия).
Швеллер 16 П сертифицированный
П-серия считается универсальной и наиболее массовой в применении. Параллельность полок позволяет легко стыковать металлопрофиль между собой и с другими элементами (например, листовым металлом), образуя тавровое сечение. Их применяют там, где критически важен минимальный вес:
-
быстровозводимые здания;
-
офисные перегородки;
-
легкие фермы;
-
элементы дизайна;
-
транспортное машиностроение.
У-серия характеризуется способностью снижения концентрации напряжений в углах профиля, что повышает его усталостную прочность и сопротивление хрупкому разрушению при знакопеременному напряжению материала. Изделия У-серии лучше выдерживают воздействие на изгиб. Основная сфера их применения – сооружения, работающие под высоким статическом и динамическом воздействии: эстакады, каркасы промышленных зданий, подкрановые пути.
Размеры и масса
Геометрические характеристики регламентируются ГОСТ и определяют прочность:
-
Высота стенки (h) – от 50 до 400 мм. Определяет номер изделия. Например, швеллер №10 по ГОСТ имеет стенки высотой 10 см. Чем выше этот показатель, тем больше жесткость на изгиб и способность воспринимать вертикальные нагрузки без потери устойчивости.
-
Ширина полки (b) – от 32 до 115 мм. Влияет на площадь смятия, сварного шва при соединениях встык. Чем больше ширина, тем выше общая жесткость сечения на изгиб и лучше условия для болтовых и сварных соединений.
-
Толщина стенки (s) – от 4,4 до 8 мм. Уменьшение толщины снижает массу. Однако это сокращает местную устойчивость.
-
Толщина полки (t) – от 7 до 13,5 мм. При уменьшении толщины пропорционально сокращаются моменты сопротивления, инерции.
Масса погонного метра зависит от площади его поперечного сечения, которая определяется высотой стенки, шириной и толщиной полок, а также от плотности стали (для углеродистой стали это ~7850 кг/м³). Для быстрого и точного расчета веса лучше использовать онлайн-калькулятор веса и стоимости металла.
Выбор швеллера с учетом несущей способности
Учет максимальной несущей способности – требование безопасности, которое гарантирует, что конструкция не разрушится под механическим или вибрационным воздействием и не превысит допустимые пределы деформации (прогиба).
Расчет выполняют в 3 шага:
-
Расчет изгибающего момента: М = 9,81×q ×l²/8/1000, где l – длина профиля q – распределенная нагрузка.
-
Определение момента сопротивления Ry: пиковый изгибающий момент делят на коэффициент 1,12.
-
Расчет несущей способности: Wн = M×1000/Ry.
Металлопрофиль нужно подбирать с небольшим запасом несущей способности. Запас в 15–20% считается хорошим и достаточным для большинства стандартных задач (например, перекрытия между этажами). Запас больше 30–40% нужен для ответственных и нагруженных объектов: мостов, подкрановых путей, промышленных зданий, где цена ошибки высока.
Главное правило, которого нужно придерживаться – выбирать «на глазок» нельзя. Нужно либо пользоваться готовыми строительными таблицами (где эти запасы уже учтены), либо делать полноценный расчет у профессионалов. Небольшой запас – это безопасность, но слишком большой запас – лишние деньги за металл, который вам не нужен.
Какой швеллер выбрать
Выбор номера швеллера – комплексная инженерная задача, решение которой базируется на расчете нагрузок, определении расчетной схемы и требуемой несущей способности. Номер профиля напрямую коррелирует с его моментом сопротивления и инерции, что определяет жесткость, прочность конструкции.
Малые номера (5У/5П, 6.5У/6.5П, 8П, 10П)
Относятся к категории легкого вспомогательного проката с сопротивлением 4–8,5 см³. имеют самую малую прочность по сравнению с другими категориями, что ограничивает область применения:
-
Усиление существующих конструкций – укрепление кирпичной кладки, дверных и оконных проемов, создание рамных конструкций для витрин, пола террасы, подиума.
-
Каркасы легких перегородок и стеллажей – в качестве стоек и направляющих в системах хранения.
-
Мебельное производство и машиностроение – каркасы автомобилей и оборудования, опоры без основной нагрузки.
-
Декоративные и вспомогательные составляющие – перила, ограждения, предметы дизайна.
Средние номера (12П, 14У/14П, 16У/16П)
Универсальный диапазон для частного и малоэтажного строительства с сопротивлением 12–19,5 см³. Обеспечивают достаточную жесткость, поэтому хорошо подходят для большинства типовых задач.
Швеллер №10 по ГОСТ
Область использования:
-
Балки межэтажных перекрытий бытовок и иных объектов – в качестве лаг или второстепенных балок при шаге колонн до 4 метров и расчетной нагрузке до 350–400 кг/м².
-
Стропильные системы – для кровель с небольшим и средним пролетом (до 6 метров) при шаге стропил 0,8–1,2 м.
-
Лестничные марши – косоуры для лестниц с интенсивностью движения средней степени.
-
Каркасы небольших зданий – ангары, склады, быстровозводимые павильоны.
Крупные и тяжелые номера (18У/18П, 20У/20П, 22У/22П, 24У/24П, 27У)
Металлопрофиль этого класса – основные для ответственных сооружений в капитальном строительстве, изготовления мощного оборудования – например, пресса от 30 тонн. Обладают повышенной жесткостью на изгиб и сопротивлением 23–43 см³.
Применение:
-
Главные балки перекрытий – в каркасах зданий с пролетами 6–9 метров.
-
Фундаментные перемычки и ростверки – обвязка свай или столбчатых фундаментов под стены.
-
Опорные колонны – при использовании сдвоенного швеллера (в виде «короба»), который прочно держит перекрытия.
-
Мостовые конструкции – из них ставят балки малых мостов и путепроводов.
-
Подкрановые балки – для мостовых кранов малой и средней грузоподъемности.
-
Фермы – элементы тяжелых кровельных ферм с пролетами свыше 12 метров.
Как читать маркировку
Умение читать маркировку – единственный способ гарантированно идентифицировать металлопрокат и убедиться в его полном соответствии проектной документации. Без расшифровки невозможно подтвердить, что доставленный на объект материал обладает требуемыми геометрическими и прочностными характеристиками.
Маркировка представляет строгую последовательность, где сочетание букв и цифр несет ключевую информацию о фасонном металлопрокате этого типа. Например, 16У 09Г2С ГОСТ 8240-97, означает, что это швеллер горячекатаный с высотой стенки 160 мм, имеющий уклон внутренних граней полок. Изготовлен из низколегированной конструкционной стали марки 09Г2С, что обеспечивает ему высокую прочность и пригодность для сварки. Продукт соответствует требованиям ГОСТ 8240-97.