Швеллер или двутавровая балка - как выбрать профиль для перекрытия по нагрузке и пролету
- Когда в перекрытиях используют металлические балки?
- Основные задачи несущего профиля в конструкции перекрытия
- Какие параметры влияют на выбор балки?
- Чем отличается швеллер от двутавровой балки?
- Подбор профиля по пролету и нагрузке
- Важные уточнения для практики
- Где чаще применяют швеллер?
- Где лучше использовать двутавровую балку?
Металл в перекрытиях давно перестал выглядеть чем-то необычным. Там, где деревянные балки начинают сдавать позиции, стальные профили спокойно берут нагрузку на себя. Особенно в помещениях с широкими пролетами, где расстояние между стенами превышает 5-6 м. В подобных ситуациях строитель быстро понимает простую вещь. Без металлического профиля конструкция начнет гулять, пол станет пружинить, а отделка постепенно покрывается трещинами.
Среди всех разновидностей проката чаще всего встречаются два варианта. Швеллер и двутавровая балка. Оба профиля давно обосновались в перекрытиях домов, гаражей, мастерских и промышленных зданий. У каждого:
-
свой характер работы;
-
своя геометрия;
-
собственные особенности поведения под нагрузкой.
Швеллер выглядит довольно просто. П-образный профиль с одной стенкой и двумя полками. Геометрия знакома любому, кто хоть раз видел металлический каркас здания. Такая форма удобна при креплении к стенам или колоннам. Полки легко становятся опорой для настила или бетонной плиты.
Размеры швеллеров в строительстве колеблются довольно сильно. Высота профиля начинается примерно от 50 мм и доходит до 400 мм. Масса одного метра тоже может отличаться заметно. Самые легкие варианты весят около 4 кг на метр, крупные экземпляры достигают 48 кг.
Номер профиля напрямую связан с высотой конструкции. Швеллер №10 имеет высоту около 100 мм. Швеллер №20 уже приближается к 200 мм. Чем выше профиль, тем серьезнее нагрузку он способен принять.
Двутавровая балка устроена иначе. Внешне она напоминает букву "Н". В центре расположена вертикальная стенка, а сверху и снизу находятся широкие полки. Именно эта геометрия придает балке серьезную жесткость при изгибе.
При одинаковой массе двутавр переносит нагрузку примерно в 1,5-2 раза больше по сравнению со швеллером. Причина простая. Основная часть металла располагается дальше от центра профиля. В зоне, где напряжения при изгибе достигают максимума.
Подходящие товары
Высота двутавров в строительстве обычно начинается от 100 мм и доходит до 600 мм. Масса одного метра может находиться в диапазоне от 9 до 110 кг. В крупных зданиях встречаются балки высотой 400-600 мм. Подобные профили перекрывают пролеты 12-18 м без промежуточных колонн.
Когда мастер выбирает между двумя профилями, он смотрит сразу на несколько факторов:
-
Первый - длина пролета. Чем шире расстояние между опорами, тем выше требуется профиль. Для пролетов 3-4 м нередко хватает швеллера №16 или №18. Когда расстояние приближается к 6-8 м, чаще появляется двутавр №20 или №24. Для пролетов 10-12 м уже рассматривают двутавры №30, №36 и крупнее.
-
Второй - нагрузка. В жилых домах она обычно находится около 300-400 кг на 1 м². В складах цифры могут доходить до 800-1200 кг на 1 м². В производственных помещениях, где работают станки или размещается тяжелое оборудование, нагрузка иногда переваливает за 2000 кг на 1 м².
-
Швеллер чаще встречается в небольших зданиях. Гаражи, пристройки, мастерские, малоэтажные дома. Его удобно крепить к кирпичным и бетонным стенам. Иногда швеллер используют парами. Два профиля ставят спинками друг к другу. В итоге получается конструкция, очень близкая по поведению к двутавру. Подобное решение выдерживает уже гораздо более серьезные нагрузки. Двутавровая балка применяется там, где нужна высокая жесткость перекрытия. Под нагрузкой она прогибается заметно меньше. Даже при пролете 6-8 м деформация может оставаться около 10-15 мм. Для строительных норм это вполне допустимое значение.
-
Есть и вопрос бюджета. Швеллер чаще обходится дешевле примерно на 10-20 % по сравнению с двутавром похожей высоты. При небольших нагрузках разница может оказаться важной. При больших пролетах экономия быстро исчезает. Швеллер приходится брать крупнее или устанавливать дополнительные балки.
В реальном строительстве нередко встречаются комбинированные решения. Основные несущие элементы выполняют из двутавра. Второстепенные балки делают из швеллера.
Подобная схема помогает сократить расход металла примерно на 15-25 % без потери прочности перекрытия.
Выбор профиля почти всегда начинается с расчета. Инженеры учитывают массу перекрытия, нагрузку от мебели и людей, толщину стяжки, шаг балок и длину пролета. Только после этого появляется конкретный номер профиля.
Когда в перекрытиях используют металлические балки?
Металлические балки приходят на помощь в тот момент, когда привычные материалы перестают справляться с задачей. Чем шире пролеты, чем тяжелее нагрузки и чем сложнее архитектура здания, тем чаще в конструкции появляется стальной профиль.
Одна из типичных ситуаций возникает при перекрытии между этажами больших помещений. В старых домах расстояние между несущими стенами редко превышало 3-4 м. Деревянные балки спокойно справлялись с подобной задачей.
Современные проекты выглядят иначе. Просторные гостиные, производственные залы, мастерские. Ширина помещений может достигать 6-10 м. При таких расстояниях древесина начинает заметно прогибаться. Тут на сцену выходит металл.
Стальные балки активно используют и при реконструкции старых зданий. В домах возрастом 50-100 лет перекрытия часто усиливают дополнительными металлическими элементами. Конструкция получает новую несущую способность без полной разборки перекрытия.
Металлические балки часто применяются в следующих ситуациях:
-
высокая нагрузка на перекрытие (склады, мастерские, гаражи, помещения с тяжелым оборудованием);
-
большой пролет между опорами (залы, торговые помещения, ангары, производственные цеха);
-
реконструкция старых перекрытий (усиление существующих конструкций без демонтажа стен);
-
комбинированные перекрытия (металл + бетонная плита или металл + деревянный настил);
-
ограниченная высота перекрытия (металлическая балка обеспечивает высокую прочность при меньшей толщине конструкции).
Металл активно используется в монолитных перекрытиях. Сначала устанавливают стальной каркас. Затем укладывают профнастил или временную опалубку. После этого заливают бетон.
Получается композитная конструкция. Металл работает на растяжение, бетон принимает сжатие. Вместе они формируют прочную и долговечную систему.
В малоэтажных домах металлические балки часто появляются над подвалами. Здесь важна стойкость к влаге и способность переносить нагрузку от перегородок. Сталь переносит подобные условия лучше древесины.
Причина применения металла связана и с пожарной безопасностью. Стальные балки не поддерживают горение. В промышленных зданиях этот фактор играет заметную роль. Иногда элементы покрывают огнезащитными составами толщиной 2-5 мм. Подобная защита увеличивает предел огнестойкости до 60-120 минут.
Металл также встречается в каркасных зданиях. В таких конструкциях вся нагрузка проходит через стальной каркас. Балки перекрытия соединяются с колоннами болтами или сваркой. Подобная система позволяет возводить здания высотой 3-20 этажей.
В частных домах металл нередко появляется при устройстве больших проемов. Например, гостиная шириной 7-8 м. Перекрытие второго этажа опирается на одну центральную балку. Она принимает нагрузку от всего перекрытия. В таких случаях устанавливают двутавр высотой 200-300 мм.
Металл также используют в мансардных перекрытиях. Стальная балка уменьшает количество опор и сохраняет свободное пространство внутри помещения.
Основные задачи несущего профиля в конструкции перекрытия
Несущий профиль в перекрытии выполняет сразу несколько функций. От его характеристик зависит прочность здания и комфорт эксплуатации помещений:
-
Первая задача балки - восприятие нагрузки. В перекрытии одновременно действует несколько типов нагрузок. Собственный вес конструкции обычно находится в пределах 150-300 кг на 1 м². Мебель и люди добавляют еще около 200-400 кг на 1 м². В складских помещениях нагрузка может доходить до 1000 кг на 1 м² и выше. Балка принимает давление сверху и передает его на стены, колонны или фундамент. При этом профиль работает на изгиб. Верхняя зона балки сжимается, нижняя растягивается.
-
Вторая связана с жесткостью перекрытия. Слабая балка быстро начинает прогибаться. Даже деформация 20-30 мм приводит к трещинам в отделке, перекосу дверей и ощущению пружинящего пола. Строительные нормы ограничивают допустимый прогиб. Чаще используют значение около 1/200 или 1/250 длины пролета. Например, при пролете 6 м допустимый прогиб составляет примерно 24-30 мм.
-
Третья задача - распределение нагрузки между элементами перекрытия. Балки работают вместе с настилом. Это может быть бетонная плита, металлический профнастил или деревянные лаги. Чем жестче профиль, тем равномернее нагрузка расходится по всей конструкции.
-
Четвертая связана с устойчивостью перекрытия. Когда люди ходят по полу, возникают вибрации. Слабая конструкция начинает заметно колебаться. Металлический профиль с высокой жесткостью уменьшает этот эффект.
-
Пятая - формирование каркаса здания. В каркасных сооружениях балки перекрытия соединяются с колоннами. Вместе они образуют пространственную систему, удерживающую здание.
Несущий профиль влияет и на толщину перекрытия. Например, двутавр высотой 200 мм способен перекрыть пролет около 6 м. При использовании менее эффективного профиля высоту перекрытия пришлось бы увеличивать до 300-350 мм.
Важную роль играет долговечность. Стальные балки при защите от коррозии способны служить 50-80 лет. В промышленности срок эксплуатации металлических конструкций иногда превышает 100 лет.
Есть и еще одна задача. Балки формируют пространство для инженерных коммуникаций. В перекрытиях проходят трубы отопления, вентиляционные каналы и кабели электросети. Несущий профиль формирует основу всей системы перекрытия. Он держит нагрузку, удерживает геометрию конструкции и помогает распределять усилия внутри здания.
Какие параметры влияют на выбор балки?
Выбор балки почти всегда начинается с расчета нескольких параметров. От них зависит высота профиля, масса конструкции и тип металлопроката.
Первый параметр - длина пролета. Это расстояние между опорами. Чем шире пролет, тем выше требуется профиль. Для расстояний 3-4 м часто применяют балки высотой 120-160 мм. При пролетах 6-8 м высота профиля обычно находится в диапазоне 200-300 мм.
Второй - нагрузка на перекрытие. Она складывается из нескольких составляющих:
-
собственный вес перекрытия (бетон, настил, утеплитель, стяжка);
-
эксплуатационная нагрузка (люди, мебель, оборудование);
-
временные нагрузки (снег, складирование материалов).
В жилых зданиях расчетная нагрузка обычно принимается около 400 кг на 1 м². В общественных зданиях показатель достигает 500-600 кг на 1 м². В складах и мастерских цифры иногда превышают 1000 кг на 1 м².
Третий параметр - шаг балок. Это расстояние между соседними профилями. Чаще всего оно находится в диапазоне 600-1200 мм. Чем меньше шаг, тем меньшую нагрузку принимает каждая балка. В жилых домах часто используют шаг около 800 мм.
Четвертый - тип перекрытия. Балка может работать вместе с бетонной плитой, профнастилом или деревянным настилом. В монолитных перекрытиях нагрузка распределяется более равномерно, поэтому можно применять более легкие профили.
Пятый параметр - допустимый прогиб. Строительные нормы ограничивают деформацию балки. Обычно допускается прогиб не более 1/250 длины пролета. Если расчет показывает большую деформацию, выбирают более высокий профиль.
Шестой - масса конструкции. Иногда перекрытие опирается на стены из газобетона или легких блоков. В подобных ситуациях нежелательно сильно увеличивать вес балки. Тогда инженеры выбирают профиль с более эффективной геометрией, чаще всего двутавр.
Седьмой - условия эксплуатации. В помещениях с повышенной влажностью металл защищают от коррозии. Используют грунтовки, антикоррозионные краски или оцинкованные профили.
Учитывается и технология монтажа. Балки могут соединяться сваркой или болтами. В частном строительстве часто применяют болтовые соединения диаметром 16-24 мм.
После расчетов определяется конкретный профиль:
-
для пролета 4 м и нагрузки 400 кг/м² может использоваться двутавр №16;
-
для пролета 6 м при той же нагрузке устанавливают двутавр №20 или №24;
-
для пролета 8 м применяют двутавр №30.
Если нагрузка увеличивается до 800 кг/м², размеры профиля обычно возрастают примерно на 20-40 %.
Именно сочетание всех этих параметров определяет окончательный выбор балки. Правильно подобранный профиль спокойно работает десятки лет, удерживая перекрытие без деформаций и серьезного ремонта.
Чем отличается швеллер от двутавровой балки?
Швеллер и двутавровая балка оба из "горячекатаной стали", оба работают как несущие элементы, оба встречаются в перекрытиях, каркасах, фермах, стойках, рамах, но по характеру это разные инструменты. Один больше похож на удобный монтажный "кронштейн" с мощной стенкой и полками с одной стороны. Второй больше напоминает силовую "рельсу", которая любит длинные пролеты и тяжелые нагрузки, потому что металл у него разложен ровно там, где при изгибе самое жаркое место.
Главное расхождение начинается с геометрии:
-
швеллер имеет П-образный профиль;
-
двутавр напоминает букву "Н".
Из-за этой формы по-разному ведут себя жесткость, сопротивление изгибу, склонность к кручению и общий запас по прогибу.
В реальной стройке выбор почти всегда упирается в 3 вещи. Длина пролета, нагрузка, требования к прогибу. Если пролет 3-4 м и нагрузки умеренные, швеллер часто закрывает задачу без лишней "тяжелой артиллерии". Если пролет 6-8 м и перекрытие не должно "играть", двутавр обычно выходит вперед. В промышленности встречаются двутавры 400-600 мм, которые перекрывают 12-18 м, и там швеллер в одиночку уже выглядит не тем игроком.
Например, для пролета 3-4 м нередко ставят швеллер высотой 140-180 мм. Для пролета 6-8 м часто берут двутавр высотой 200-300 мм. Для пролетов 12-18 м уже встречаются балки 400-600 мм, где вопрос жесткости и прогиба становится главным, а не "как удобнее прикрутить".
Подходящие товары
Конструкция и форма профиля
Швеллер представляет собой профиль П-образной формы. Конструкция простая и узнаваемая. Одна вертикальная стенка и две полки по одной стороне. Полки бывают параллельными или с небольшим уклоном, это влияет на посадку при сопряжении деталей и на привычные монтажные решения.
Швеллеры выпускаются по ГОСТ, обычно с номерами от 5 до 40. Номер примерно связан с высотой стенки в сантиметрах. Примеры:
-
швеллер №10 - высота около 100 мм;
-
швеллер №16 - высота около 160 мм;
-
швеллер №24 - высота около 240 мм.
Толщина стенки часто лежит в диапазоне 4-12 мм. Ширина полок зависит от номера профиля и может быть 50-110 мм. За это швеллер любят на объектах, где нужно быстро закрепиться к плоскости стены или к колонне, а полка работает как удобная опора для настила, уголков, косынок, крепежа.
Двутавровая балка устроена иначе. У нее симметрия и другая "логика силовой работы". Она состоит из:
-
верхней полки;
-
нижней полки;
-
вертикальной стенки между ними.
Полки стоят симметрично относительно центра. Эта симметрия важна. Она снижает склонность балки к скручиванию при равномерной нагрузке и делает работу профиля предсказуемой.
Высота двутавров в строительстве часто 100-600 мм. Примеры размеров:
-
двутавр №16 - высота около 160 мм;
-
двутавр №20 - высота около 200 мм;
-
двутавр №30 - высота около 300 мм.
Толщина стенки часто 5-12 мм. Ширина полок у крупных профилей может доходить до 200 мм. И вот тут у двутавра появляется главная "фишка" силовой работы. Металл вынесен в полки, дальше от нейтральной оси. Это поднимает сопротивление изгибу.
У швеллера металл сосредоточен иначе. Профиль открыт, полки с одной стороны, из-за чего в некоторых схемах нагружения появляется склонность к кручению. Поэтому при одинаковой высоте двутавр часто показывает более спокойное поведение и меньший прогиб.
Принцип распределения нагрузки
Когда балка перекрывает пролет между опорами, нагрузка приходит сверху. Это вес перекрытия, стяжки, перегородок, мебели, людей, оборудования. Балка изгибается, и начинается классическая механика.
При изгибе образуются две зоны напряжений:
-
верхняя часть балки испытывает сжатие;
-
нижняя часть испытывает растяжение.
Внутри профиля проходит нейтральная ось, где напряжение близко к минимуму. Чем дальше от этой оси находится металл, тем сильнее он вовлекается в работу при изгибе.
У двутавра максимальная "работа" идет в полках. А полки как раз расположены в верхней и нижней зоне, где напряжения максимальные. Получается, что металл расходуется очень эффективно. Полки держат основную борьбу, стенка связывает их и принимает поперечные усилия.
У швеллера распределение менее симметричное. Профиль открыт, полки находятся с одной стороны, поэтому при определенных схемах нагрузки и при неудачном креплении настила появляется дополнительный крутящий момент. Балка может стремиться повернуться вокруг своей оси. На практике это выражается в том, что швеллеру чаще нужны связи, раскрепление, правильное опирание, а иногда и парная установка.
Из-за этого в стройке часто делают простой, но рабочий трюк. Швеллер ставят парой, спинками друг к другу. Получается форма, близкая к двутавру. Такая пара становится заметно устойчивее и по изгибу, и по кручению.
Примеры по нагрузке дают понять, как форма влияет на поведение:
-
одиночный швеллер №20 способен выдерживать распределенную нагрузку около 800-1000 кг на 1 м пролета;
-
пара швеллеров №20 может выдерживать около 1500-1800 кг на 1 м пролета;
-
двутавр №20 при сопоставимой массе способен выдерживать примерно 1800-2000 кг на 1 м пролета.
Цифры в конкретном проекте зависят от марки стали, схемы опирания, длины пролета, типа перекрытия, раскрепления. Но общий смысл видно сразу. Профиль формой "Н" чаще выигрывает по работе на изгиб без лишних танцев с усилениями.
Жесткость и сопротивление изгибу
Жесткость балки тесно связана с моментом инерции. Чем он выше, тем меньше прогиб при одной и той же нагрузке. В эксплуатации это ощущается моментально. Пол не "играет", перегородки не получают лишних микродеформаций, плитка и штукатурка чувствуют себя спокойнее.
У двутавровых балок момент инерции заметно выше, чем у швеллеров той же массы или близких габаритов. Причина та же. Полки вынесены дальше от центра.
Пример по типовым значениям:
-
двутавр №20 имеет момент инерции около 2500-2600 см⁴;
-
швеллер №20 имеет момент инерции примерно 1200-1400 см⁴.
Разница почти в 2 раза. Это означает, что при равной нагрузке двутавр прогнется ощутимо меньше. А меньше прогиб - меньше проблем с отделкой и ощущениями при ходьбе.
Если перекрытие выходит слишком "живым", начинаются типовые эффекты, знакомые любому, кто делал ремонт:
-
появляется заметный прогиб пола;
-
появляются трещины в отделке;
-
появляется вибрация при ходьбе.
Нормы ограничивают прогиб. Часто применяют предел 1/200-1/250 длины пролета. Примеры:
-
для пролета 5 м допустимый прогиб около 20-25 мм;
-
для пролета 8 м допустимый прогиб около 32-40 мм.
Двутавр легче удерживает эти значения без увеличения высоты профиля и без удвоения металла. По этой причине в мостах, эстакадах, производственных зданиях и больших перекрытиях двутавр встречается чаще.
Масса профилей при одинаковой несущей способности
Масса балки влияет сразу на 2 вещи. На бюджет металла и на нагрузку, которую получат стены и фундамент. Чем меньше металла нужно, тем экономичнее конструкция, тем проще монтаж, тем меньше претензий к опорам.
При одинаковой несущей способности двутавр часто выходит легче. Он эффективнее расходует сталь, потому что основные объемы металла сосредоточены в полках, там где при изгибе максимальные напряжения.
Пример для пролета около 6 м и нагрузки 400 кг на 1 м². Варианты могут выглядеть так:
-
швеллер №24 массой около 27 кг на 1 м;
-
двутавр №20 массой около 21 кг на 1 м.
Разница около 20-25 %. Для балки длиной 6 м экономия металла примерно 36 кг на одну штуку. Если балок 20-30, экономия превращается в сотни килограммов, а потом и в тонны. На крупных объектах это уже не мелочь, а ощутимая часть сметы.
При этом швеллер не исчезает и не сдает позиции. У него есть свои сильные стороны. Его удобно приставлять к стенам и колоннам. Его проще комбинировать с уголком, пластиной, косынками. Его часто легче стыковать болтами и сваркой в условиях частного строительства и небольших мастерских.
Поэтому итог логичный. Для коротких пролетов и умеренных нагрузок швеллер нередко оказывается практичным. Для длинных пролетов и серьезных нагрузок чаще выбирают двутавр, потому что он дает больше жесткости и меньше прогиба при сопоставимой массе.
Подбор профиля по пролету и нагрузке
Таблицы примерного подбора швеллеров и двутавров
Таблица 1. Шаг балок 0,6 м, нагрузка по перекрытию
|
Пролет, м |
250 кг/м² |
400 кг/м² |
600 кг/м² |
800 кг/м² |
|
3 |
Швеллер №10-12 или двутавр №10-12 |
Швеллер №12-14 или двутавр №12-14 |
Швеллер №14-16 или двутавр №14-16 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-18 |
|
4 |
Швеллер №12-14 или двутавр №12-14 |
Швеллер №14-16 или двутавр №14-16 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-20 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
|
5 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-20 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №22-24 или двутавр №27-30 |
|
6 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №30-35 |
|
7 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №30-35 |
Двутавр №35-40 |
|
8 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Двутавр №30-35 |
Двутавр №35-40 |
Двутавр №40-45 |
Таблица 2. Шаг балок 0,8 м, нагрузка по перекрытию
|
Пролет, м |
250 кг/м² |
400 кг/м² |
600 кг/м² |
800 кг/м² |
|
3 |
Швеллер №12-14 или двутавр №12-14 |
Швеллер №14-16 или двутавр №14-16 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-18 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
|
4 |
Швеллер №14-16 или двутавр №14-16 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-20 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
|
5 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Двутавр №30-35 |
|
6 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Двутавр №30-35 |
Двутавр №35-40 |
|
7 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №30-35 |
Двутавр №35-40 |
Двутавр №40-45 |
Двутавр №45-50 |
|
8 |
Двутавр №35-40 |
Двутавр №40-45 |
Двутавр №45-50 |
Двутавр №50-55 |
Таблица 3. Ориентировка по линейной нагрузке на 1 балку
|
Пролет, м |
200-300 кг/м |
300-500 кг/м |
500-800 кг/м |
800-1200 кг/м |
|
3 |
Швеллер №10-12 или двутавр №10-12 |
Швеллер №12-14 или двутавр №12-14 |
Швеллер №14-16 или двутавр №14-16 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-18 |
|
4 |
Швеллер №12-14 или двутавр №12-14 |
Швеллер №14-16 или двутавр №14-16 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-20 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
|
5 |
Швеллер №16-18 или двутавр №16-20 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
|
6 |
Швеллер №18-20 или двутавр №20-24 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Двутавр №30-35 |
|
7 |
Швеллер №20-22 или двутавр №24-27 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Двутавр №30-35 |
Двутавр №35-40 |
|
8 |
Швеллер №24 (пара) или двутавр №27-30 |
Двутавр №30-35 |
Двутавр №35-40 |
Двутавр №40-45 |
Подходящие товары
Важные уточнения для практики
При расчете перекрытий нагрузка почти всегда складывается из 2-х частей:
-
постоянная часть 150-350 кг/м² (настил, стяжка 40-70 мм, утеплитель, перегородки);
-
эксплуатационная часть 150-400 кг/м² (люди, мебель, хранение).
Толщина стяжки сильно влияет на общий вес конструкции. Например, бетонная стяжка 60 мм дает около 140-150 кг/м². Если толщина увеличивается до 80-100 мм, нагрузка заметно растет, поэтому профиль перекрытия обычно выбирают на 1 номер выше.
Двутавровая балка чаще выигрывает по жесткости при сопоставимой массе. При пролетах 6-8 м разница в прогибе обычно заметна, особенно если шаг балок находится в диапазоне 0,8-1,0 м.
Швеллер чаще используют при небольших пролетах, когда важно удобное крепление полками к узлам конструкции. При увеличении пролета его нередко применяют в усиленных схемах.
Например:
-
два швеллера спинками друг к другу;
-
коробчатая балка из двух профилей.
Пара швеллеров значительно увеличивает устойчивость к изгибу и кручению. При этом возрастает расход металла, появляется больше сварки, болтовых соединений и сложнее становятся узлы опирания. В реальных проектах такая схема часто обходится дороже, чем установка одного двутавра той же несущей способности.
Где чаще применяют швеллер?
Швеллер относится к числу самых распространенных стальных профилей в строительстве. Его применяют в перекрытиях, каркасах зданий, опорных конструкциях, усилениях и металлических рамах. Простая геометрия профиля и удобство монтажа делают швеллер востребованным элементом в частном и промышленном строительстве.
Профиль представляет собой П-образную балку с одной вертикальной стенкой и 2 горизонтальными полками. Такая форма позволяет удобно крепить его к другим элементам конструкции. Швеллер легко соединяется сваркой, болтами и анкерами, что важно при монтаже перекрытий и усилении зданий.
В строительстве используются швеллеры высотой от 50 мм до 400 мм. Один метр профиля может весить от 4 кг до 48 кг. Наиболее распространенные размеры для перекрытий - №12, №14, №16, №18, №20 и №24.
Швеллер часто используют в тех ситуациях, где нужна высокая прочность, но нет смысла ставить более массивные двутавровые балки. За счет этого он занимает промежуточное место между легкими профилями и тяжелыми балками.
Перекрытия небольших пролетов
Одна из самых распространенных областей применения швеллера - перекрытия с небольшими пролетами. Обычно это расстояния между опорами от 2,5 до 5 м.
В жилых домах и небольших зданиях такие пролеты встречаются часто. Например:
-
перекрытия между этажами частного дома;
-
перекрытия над подвалом;
-
перекрытия в гаражах;
-
перекрытия в мастерских и хозяйственных помещениях.
Для пролетов около 3 м обычно используют швеллеры №12 или №14. Высота 120-140 мм. Масса 10-14 кг на 1 м.
Если пролет увеличивается до 4-5 м, применяют профили №16, №18 или №20. Высота 160-200 мм. Масса 18-23 кг на 1 м.
В перекрытиях балки обычно ставят с шагом 600-1000 мм. Чем меньше шаг, тем меньше нагрузка на каждый профиль.
Например, при шаге 800 мм и пролете 4 м один швеллер №18 может выдерживать распределенную нагрузку около 700-900 кг на 1 м. Это соответствует нагрузке около 350-450 кг на 1 м² перекрытия.
В конструкцию перекрытия могут входить:
-
металлические балки;
-
деревянные лаги или металлический настил;
-
утеплитель;
-
черновой пол;
-
бетонная стяжка толщиной 40-60 мм.
Усиление существующих конструкций
Швеллер широко используется при усилении старых зданий. В домах возрастом 40-80 лет перекрытия часто рассчитаны на меньшие нагрузки, чем требуются сейчас.
Например, старые деревянные балки могли проектироваться под нагрузку около 200 кг на 1 м². Современные нормы ориентируются на 400 кг на 1 м². Разница становится заметной при тяжелой мебели, перегородках и технике.
Чтобы увеличить несущую способность, к существующим элементам добавляют металлические профили.
Наиболее распространенные варианты усиления:
-
установка швеллера рядом с деревянной балкой;
-
установка швеллера под существующей балкой;
-
соединение профиля с балкой болтами;
-
монтаж дополнительной балки между существующими.
Например, деревянную балку сечением 150×200 мм при пролете 4 м усиливают швеллером №16 или №18. Металл берет часть нагрузки и уменьшает прогиб.
В кирпичных зданиях швеллер часто используют для усиления проемов. При устройстве нового проема нагрузка от кладки должна уходить на перемычку.
Для этого ставят 2 швеллера по обе стороны стены и стягивают шпильками диаметром 16-20 мм. Получается жесткая металлическая перемычка.
В зданиях с бетонными перекрытиями швеллер также применяют для усиления плит. Профиль ставят под плитой и крепят анкерами. Это уменьшает прогиб и повышает допустимую нагрузку.
Каркасные и хозяйственные постройки
Швеллер активно применяется в каркасных сооружениях. Он работает как элемент металлического каркаса, который принимает нагрузку от стен, перекрытий и кровли.
В частном строительстве швеллер часто встречается в:
-
гаражах;
-
мастерских;
-
складах;
-
навесах;
-
хозблоках;
-
ангарах.
В каркасных зданиях швеллер часто используют как горизонтальные балки и ригели. Он связывает колонны и формирует жесткость каркаса.
Например, в гараже шириной 6 м могут ставить швеллеры №20 как балки перекрытия. При шаге 1 м они выдерживают нагрузку от кровли, утеплителя и снегового покрова.
В регионах с холодным климатом снеговая нагрузка может достигать 180-240 кг на 1 м². Металл такую нагрузку переносит без заметной деформации.
Швеллер также применяют для каркасов лестниц. Боковины лестницы часто делают из швеллера №12 или №14. К полкам приваривают ступени или косоуры.
В промышленности швеллер используют для платформ, опорных рам оборудования и каркасов станков. Он держит статические и динамические нагрузки.
Использование в паре или коробом
Иногда одного швеллера не хватает по жесткости. Тогда профили объединяют.
Самый распространенный вариант - 2 швеллера спинками друг к другу. Полки смотрят наружу. Получается форма, близкая к двутавру.
Соединение делают сваркой или болтами. Расстояние между профилями бывает 5-20 мм. Иногда ставят металлические прокладки.
Преимущества такой схемы:
-
увеличивается жесткость балки;
-
повышается устойчивость к изгибу;
-
уменьшается риск кручения профиля.
Например, 2 швеллера №18 могут работать почти как двутавр высотой около 180 мм. Несущая способность достигает 1500-1800 кг на 1 м пролета.
Другой вариант - коробчатая конструкция. 2 швеллера соединяют полками друг к другу. Получается замкнутый профиль, похожий на прямоугольную трубу.
Коробчатая балка лучше сопротивляется кручению. Поэтому такие схемы применяют в мостах, кранах и опорных рамах оборудования.
В перекрытиях короб используют при больших нагрузках. Например, при пролете 6-7 м можно применять короб из 2 швеллеров №20. Такая балка заметно жестче одиночного профиля.
Иногда короб заполняют бетоном. Металл работает на растяжение, бетон принимает сжатие. Получается композитная балка с повышенной несущей способностью.
Благодаря этим схемам швеллер остается универсальным элементом и подходит для широкого круга задач.
Где лучше использовать двутавровую балку?
Двутавровая балка относится к числу самых эффективных металлических профилей в строительстве. Геометрия в форме буквы "Н" распределяет металл в зонах максимальных напряжений при изгибе. Верхняя и нижняя полки принимают усилия сжатия и растяжения, вертикальная стенка работает на сдвиг.
Такая конструкция дает высокую жесткость и малый прогиб при умеренной массе. Поэтому двутавры применяют в перекрытиях, металлических каркасах, мостах, эстакадах и промышленных сооружениях.
Высота двутавров в строительстве обычно 100-600 мм. Масса 1 м профиля 9-110 кг. В тяжелых схемах встречаются балки до 1000 мм, перекрывающие пролеты более 20 м.
Основная зона применения двутавра - конструкции с высокой нагрузкой и большими расстояниями между опорами, где он работает эффективнее большинства других балок.
Межэтажные перекрытия жилых домов
Двутавры часто ставят в межэтажных перекрытиях жилых зданий, где нужно держать вес перекрытия, мебели, перегородок и людей.
Расчетная нагрузка для жилья обычно 350-400 кг на 1 м², иногда до 500 кг на 1 м² при тяжелой мебели или оборудовании.
При пролетах 5-6 м двутавр дает небольшой прогиб пола и снижает вибрации.
Для жилых домов часто применяются размеры:
-
двутавр №16 - высота около 160 мм;
-
двутавр №20 - высота около 200 мм;
-
двутавр №24 - высота около 240 мм.
При пролете 4-5 м подходит двутавр №16 или №18. При пролете около 6 м чаще ставят двутавр №20 или №24.
Шаг балок обычно 600-1000 мм. Между ними укладывают настил перекрытия. В конструкции могут использоваться:
-
деревянные лаги;
-
металлический профнастил;
-
бетонная плита;
-
монолитная бетонная стяжка.
Например, при пролете 6 м и шаге 800 мм двутавр №20 может воспринимать 1500-1800 кг на 1 м, это около 400-450 кг на 1 м² перекрытия.
При защите от коррозии срок службы балок может быть 50-70 лет.
Перекрытия с большими пролетами
Двутавры особенно полезны при пролетах более 6 м. В жилье это гостиные и залы без внутренних стен. В общественных зданиях и торговых центрах пролеты доходят до 10-15 м.
При таких расстояниях швеллер и древесина часто требуют слишком большого сечения, растет масса и стоимость.
Двутавр позволяет перекрывать большие пролеты без колонн. Примеры:
-
двутавр №24 перекрывает около 7 м;
-
двутавр №30 работает при 8-9 м;
-
двутавр №40 применяют при 10-12 м.
Допустимый прогиб часто ориентируют на значение около 1/250 длины пролета. Примеры:
-
при пролете 8 м допустимый прогиб около 32 мм;
-
при пролете 10 м допустимый прогиб около 40 мм.
Двутавр держит такие значения без резкого роста массы и позволяет делать свободные планировки.
Несущие элементы в промышленном строительстве
В промышленности двутавры относятся к базовым элементам металлоконструкций. Их ставят в цехах, складах, заводских зданиях, на производственных линиях.
Нагрузки там выше, чем в жилье. Примеры:
-
в складах 800-1200 кг на 1 м²;
-
в цехах с тяжелым оборудованием более 1500 кг на 1 м²;
-
движение техники дает динамические нагрузки.
В промышленных зданиях часто применяют балки высотой 300-600 мм, массой 40-110 кг на 1 м.
Двутавры используют в разных элементах конструкции:
-
балки перекрытий;
-
подкрановые балки;
-
ригели каркаса;
-
опоры технологического оборудования;
-
платформы и металлические настилы.
Подкрановые балки под мостовые краны грузоподъемностью 10-20 т нередко делают из двутавров 400-600 мм, потому что там важны и вес груза, и динамика движения.
Каркасы зданий и ангаров
Двутавры широко применяют в металлических каркасах зданий. Каркас из колонн, балок и ригелей принимает основные нагрузки.
В таких конструкциях двутавры работают как главные несущие элементы, связывают колонны и формируют жесткость каркаса.
Каркасные здания на двутаврах строят для:
-
складских комплексов;
-
логистических центров;
-
производственных цехов;
-
торговых павильонов;
-
авиационных ангаров;
-
спортивных сооружений.
Пролеты достигают 18-24 м, для этого применяют балки 400-800 мм. В ангарах двутавры часто работают в составе ферм, которые перекрывают пролеты более 30 м.
Металлические каркасы дают преимущества:
-
высокая прочность;
-
быстрый монтаж;
-
долговечность конструкции;
-
возможность демонтажа и модернизации.
Например, каркас здания площадью около 1000 м² может собираться за 2-3 недели, затем ставят стеновые и кровельные панели.
Именно сочетание прочности, жесткости и эффективности использования металла сделало двутавры одним из основных элементов современного строительства.
Получить точную информацию о стоимости металлоконструкции вы можете тут, также уточнить подробности о доставке.