Как выбрать швеллер

Швеллер — вид металлопрокатного изделия, которое производится из разных сортов стали. Основной особенностью такой продукции является П-образное сечение. Швеллеры очень активно применяются в строительстве и разных отраслях промышленности благодаря высоким механическим и физическим свойствам.

Подробнее о классификации и применении швеллеров можно прочитать в этой статье: https://steelradar.ru/article/shvellery-vidy-razmery-i-primenenie/.

Рассмотрим, на какие характеристики и особенности следует обратить внимание при выборе стального швеллера.

Основные характеристики для выбора швеллера

Для начала следует определиться, какие швеллеры больше подойдут для выполнения вашей задачи — гнутые или горячекатаные.

• Гнутые швеллеры делать проще, чем горячекатаные, но они менее устойчивы к нагрузкам.
• Горячекатаные швеллеры обладают рядом преимуществ:

1. большой выбор размеров и форм;
2. высокая устойчивость к механическим повреждениям, нагрузкам и деформации;
3. хорошая коррозийная стойкость;
4. относительно низкая стоимость производства (по сравнению с гнутыми изделиями).

Горячекатаные и гнутые швеллеры различаются не только по прочности, но и по внешнему виду:

• Горячекатаные имеют четкие, ровные углы.
• Гнутые – закругленные внешние углы.

Горячекатаные швеллеры также делятся на два типа:

1. Равнополочные. В таких продуктах проката полки располагаются одинаково по высоте. Благодаря этому равнополочные стальные швеллеры используются в качестве усилителей корпусов или несущих элементов в сооружениях, которые очень быстро возводятся. Также из-за широкого распространения равнополочных изделий, их используют в строительстве, машиностроении, производстве автомобилей и станков.
2. Неравнополочные – полки разной высоты. Изготавливаются по спецзаказу для строительных и промышленных нужд.

Примечание: указанные размеры соответствуют ГОСТ 8240-97 для горячекатаных швеллеров. Для гнутых профилей применяются другие стандарты (например, ГОСТ 8278-83).

Размеры и форма изделия

Размер швеллера состоит из нескольких величин, каждая из которых имеет свое условное обозначение:

• высота профиля (h) — от 50 до 400 мм;
• толщина главной стенки (S) — от 4,4 до 8 мм;
• ширина полки (b) — от 32 до 115 мм;
• толщина полок (t) — от 7 до 13,5 мм;
• общий радиус закругленности полки (r) — не более 1,5–9 мм;
• радиус закругленной внутренней части полки (R) — не более 6–15,5 мм.

Допустимая погрешность измерений указанных значений в пределах ±3 мм.

Форма горячекатаного швеллера зависит от точности прокатки и обозначается буквами:

• П — швеллер с параллельными полками;
• Л — облегченное изделие с параллельными полками;
• Э — экономичные швеллеры с параллельными полками;
• У — расположение полок в конструкции предполагает наличие уклона;
• С — специальная продукция, произведенная под заказ.

Марка стали

При подборе качественного изделия важно обращать внимание на марку стали, из которой оно было произведено. Горячекатаные швеллеры изготавливают из двух видов стали:

1. Углеродистая сталь. Изделия из такой стали характеризуются высокой пластичностью и ударной вязкостью. Они имеют цену ниже, чем швеллеры низколегированной стали. Чаще всего используется сталь 3 марок:

• Ст3пс — полуспокойная сталь обыкновенного качества с 0,14–0,22% углерода. Используется для создания швеллеров, которые будут использоваться в несущих элементах конструкций и деталях грузовых вагонов, опор ЛЭП, экскаваторов, лесозаготовительной техники, морских сооружений, автомобильных мостов, строительных конструкций, нефтяных и газовых платформ.
• Ст3сп — конструкционная сталь обыкновенного качества с 0,14–0,22% углерода спокойной степени раскисления. Швеллеры из такого материала применяются в качестве опорных конструкций в промышленном строительстве.
• Ст3сп5 — прочная нелегированная сталь обыкновенного качества пятой степени окисления. Применяется для производства швеллеров, которые будут использоваться для строительства железобетонных конструкций, создания элементов машиностроительной, автомобильной и строительной промышленности.

1. Низколегированная сталь. Продукты профильного проката из этого вида стали стоят дороже швеллеров из углеродистой стали из-за того, что они имеют более высокую прочность и лучшие антикоррозионные свойства. Для производства швеллеров применяется сталь следующих марок:

• 09Г2С — конструкционная сталь с 0,09% углерода, с марганцем и кремнием в составе. Она применяется для изготовления металлических изделий, работающих при температуре от −70 до +425 °С и под большим давлением.
• 10ХСНД — сталь с 0,1–0,12% углерода, с кремнием, никелем и медью в составе. Она используется для изготовления швеллеров, которые необходимы в судостроении, машиностроении, при изготовлении запорной арматуры и инженерных сооружений.
• 15ХСНД — сталь с 0,15% углерода, с хромом, кремнием, никелем, медью и небольшим количеством марганца в составе. Она применяется для изготовления прокатных изделий, востребованных при возведении мостов в строительстве, промышленности и машиностроении.
• 17Г1С — сталь с 0,17% углерода, с марганцем, кремнием и никелем в составе. Применяется при создании швеллеров, которые используются при строительстве электростанций, нефтепроводов, газопроводов, тепловых сетей и сетей с высоким давлением.

Толщина стенок

Толщина главной стенки швеллера влияет на прочностные характеристики конструкции. В технических характеристиках изделия толщина обозначается буквой S.

Выбор швеллера с учетом параметров нагрузки

Чтобы подобрать швеллер по нагрузке, рекомендуется выполнить специальные расчеты, для которых необходимо знать материал изготовления, размер, и форму швеллера, тип оказываемой нагрузки и расположение швеллера в конструкции. Расчет выполняется по следующей инструкции:

1. Определить максимальный изгибающий момент. Он рассчитывается по формуле М = 9,81 × q × l² / 8 / 1000, где q — показатель распределенной нагрузки, l — длина профиля.
2. Рассчитать полную величину нагрузки. Для этого используется формула Wн = M × 1000 / Ry, где Ry — расчетная величина сопротивления материала по пределу текучести.
3. Высчитать момент сопротивления изделия. Для этого максимальный изгибающий момент делится на коэффициент 1,12. Он учитывает пластические деформации.
4. Сравнить расчетное значение с цифрами в ГОСТе. Рекомендуется подбирать размер швеллера, у которого момент сопротивления чуть больше полученной величины.

Для более простого расчета можно использовать онлайн-калькулятор, в который нужно будет просто указать искомые значения.

Рекомендации по выбору швеллера для различных конструкций

Подбор швеллера производится в зависимости от типа конструкции, в составе которого будет использоваться изделие. Основные рекомендации по выбору швеллера:

1. Учитывать запас по прочности. При подборе швеллера предельная нагрузка рассчитывается таким образом, чтобы она превосходила планируемую строительную нагрузку примерно в 3 раза. Это особенно актуально при строительстве зданий в сейсмически активных регионах.
2. Подобрать швеллер из наиболее подходящего материала. Например, изделия из углеродистой стали лучше подойдет для использования в строительстве и создании различных элементов для нужд промышленности. А швеллеры из низколегированной стали чаще используются в нефтегазовой и автомобильной промышленности, а также в машиностроении.
3. Учесть особенности монтажа конструкции и необходимость обработки поверхности швеллера. Для это необходимо сравнить насколько откланяются стандартизированные механические параметры от расчетных. Если отклонение составляет более 5%, то рекомендуется выбрать швеллер с номером, большим на 1.

Примечание: при проектировании руководствуйтесь СП 16.13330.2017 (актуализированная версия СНиП II-23-81).

Сферы применения стальных швеллеров

Стальные металлоконструкции широко используются в строительстве и промышленности. Ключевые сферы применения разных серий швеллеров:

• 8 — строительство (бетонные перемычки, часть дверных и оконных проемов);
• 10 — создание несущих конструкций;
• 12 — армирование конструкции сооружений;
• 14 — строительство вагонов, создание несущих балок в перекрытиях высотных зданий.
• 16 — возведение высотных зданий, а также в строительстве металлических опор для мостов.
• 18 — используется в качестве арматуры при возведении высотных зданий и конструкций, которые будут выдерживать сильную нагрузку;
• 20, 22 — постройка движущихся высоконагруженных конструкций,
• 24 — строительство раздвижных мостов, производство кранов;
• 30 — создание продукции тяжелой промышленности и судостроения, которая будет работать под сверхтяжелыми нагрузками;
• горячекатаные швеллеры с закругленными внутренними углами — изготовление корпусов станков, приборов, креплений для двигателей и архитектурных элементов сооружений.

Подберите подходящий для вашей задачи швеллер в каталоге STEEL RADAR: https://steelradar.ru/catalog/shveller/