Швеллер в строительных металлоконструкциях

Швеллер — профиль П-образного сечения, который встречается почти в каждом стальном каркасе. Из него делают прогоны, ригели фахверка, обрамление проёмов, косоуры лестниц, балки площадок, элементы связей и составные колонны. Швеллер удобен в монтаже: плоская спинка легко прилегает к другим элементам, а открытое сечение позволяет прикреплять обшивку и оборудование без сложных узлов.

При этом швеллер — профиль с особенностями. Его сечение несимметрично относительно одной из осей, и нагрузка, приложенная к стенке, вызывает не только изгиб, но и кручение. Непонимание этой особенности приводит к перекосам прогонов, закручиванию балок и неожиданным прогибам. В этой статье специалисты завода рассказывают, как выбирать швеллер, как он работает и где его применение действительно рационально.

Виды швеллеров

Горячекатаные швеллеры

Основной сортамент горячекатаных швеллеров установлен ГОСТ 8240. Номер швеллера соответствует его высоте в сантиметрах: 10, 12, 14, 16, 20, 24, 30, 40. Буква после номера обозначает серию.

• У — с уклоном внутренних граней полок. Классический профиль, полки утолщаются к стенке. При болтовых соединениях по полкам нужны косые шайбы.
• П — с параллельными гранями полок. Удобен для болтовых соединений и приварки, наиболее востребован в современных каркасах.
• Э — экономичные. Облегчённые профили с параллельными гранями и уменьшенной толщиной.
• Л — лёгкие и С — специальные серии применяются реже, для отдельных отраслевых задач.

Гнутые швеллеры

Изготавливаются из листа на профилегибочных станах или листогибочных прессах. Их главное преимущество — любая комбинация высоты, ширины полки и толщины, в том числе нестандартные размеры, которых нет в прокатном сортаменте. Гнутые швеллеры бывают равнополочными и неравнополочными. Радиус гиба в углах делает их менее жёсткими на кручение, чем горячекатаные, но для многих ненагруженных элементов это несущественно.

Швеллеры, изготовленные на заводе

На гидравлических листогибочных прессах усилием до 2 000 тонн можно получить швеллеры большой длины и толщины из листа С255 или С345. Это решение используется, когда нужен профиль нестандартных размеров или из стали, которой нет в прокатном сортаменте.

Особенности работы сечения

Центр изгиба

У симметричных сечений центр изгиба совпадает с центром тяжести. У швеллера он смещён за спинку, наружу от стенки. Если нагрузка приложена не через центр изгиба, а, например, по центру полки, возникает крутящий момент. Открытое тонкостенное сечение швеллера плохо сопротивляется кручению, поэтому закручивание может быть значительным.

Что это означает на практике

• Прогон из одиночного швеллера под кровлей стремится закрутиться, если его не раскрепить.
• Балка площадки, нагруженная по полке, может потерять устойчивость раньше расчётного момента при неучёте кручения.
• Ориентация швеллера в прогонах выбирается так, чтобы скатная составляющая нагрузки уменьшала, а не увеличивала закручивание.

Изгиб в двух плоскостях

В наклонных прогонах нагрузка раскладывается на составляющую по нормали к скату и скатную составляющую. Швеллер значительно слабее в плоскости полок, поэтому скатная составляющая воспринимается тяжами или связями между прогонами, уменьшающими пролёт в этой плоскости.

Сравнение швеллера с другими профилями

Спаренные швеллеры

Два швеллера, соединённые полками внутрь или наружу, образуют симметричное сечение, лишённое проблемы кручения. Это давно проверенное решение для колонн, поясов ферм и балок.

Коробчатое сечение

Швеллеры, сваренные полками друг к другу, образуют замкнутый коробчатый профиль с высокой жёсткостью на кручение и в обеих плоскостях. Такое сечение применяется в колоннах, ригелях, опорах оборудования. Сварка выполняется непрерывными или прерывистыми швами по полкам в зависимости от расчёта.

Сечение со спинками наружу на планках

Два швеллера, расставленные на расстояние и соединённые планками или решёткой, образуют сквозную колонну. Расстояние между ветвями подбирается так, чтобы уравнять гибкость в двух плоскостях. Сквозные колонны экономичны при большой высоте и умеренных нагрузках.

Требования к соединительным элементам

Планки и решётка рассчитываются на условную поперечную силу, возникающую при потере устойчивости. Расстояние между планками ограничивается гибкостью отдельной ветви. Недостаточное количество планок — частая ошибка, которая снижает несущую способность составной колонны.

Где применяется швеллер

Прогоны и фахверк

Швеллеры 14–24 — стандартный выбор для прогонов кровли при шаге рам 6 метров и ригелей стенового фахверка. Плоская спинка позволяет крепить профилированный лист и сэндвич-панели самонарезающими винтами без дополнительных элементов.

Обрамление проёмов

Проёмы ворот, окон и технологических отверстий в стенах и перекрытиях обрамляются швеллерами: спинка образует ровную поверхность для примыкания заполнения, а полки обеспечивают жёсткость.

Лестницы и площадки

Косоуры из швеллера — классическое решение для промышленных лестниц. К полкам привариваются уголки или столики для ступеней, а спинка образует аккуратную боковую поверхность. Балки площадок обслуживания часто также выполняются из швеллеров с настилом из рифлёного листа или решётки.

Связи и распорки

Швеллеры применяются в распорках между колоннами и в элементах связей, воспринимающих сжатие, особенно в спаренном виде.

Узлы и изготовление

Типичные соединения

• Крепление прогона к ригелю через уголковый или пластинчатый столик на болтах.
• Примыкание балки площадки к колонне через накладку по стенке.
• Приварка швеллера к закладным деталям при обрамлении проёмов в бетоне.
• Опирание косоура на площадку и на пол через опорные пластины.

Производственные операции

Швеллеры режутся в размер на ленточнопильных станках, отверстия выполняются на сверлильных линиях с ЧПУ или вырезаются лазером. Детали из листа — столики, пластины, рёбра — вырезаются с точностью ±0,1 мм. Сварка ведётся полуавтоматами в среде CO2 и аргоновых смесей. Готовые элементы проходят очистку и окраску грунт-эмалью или порошковой краской.

Защита от коррозии

Внутренние углы швеллера — зона скопления влаги и пыли, особенно у прогонов, установленных полками вверх. Поэтому для открытых конструкций важно качество покрытия во внутренних углах и, по возможности, ориентация профиля, исключающая застой воды. Требования к системе покрытия назначаются по СП 28.13330.

Выбор марки стали

Горячекатаные швеллеры выпускаются преимущественно из углеродистых сталей С245 и С255 по ГОСТ 27772, реже из С345. Для прогонов и фахверка, где сечение определяется прогибом и гибкостью, углеродистой стали вполне достаточно. Низколегированная сталь оправдана в нагруженных элементах, работающих в холодных районах на открытом воздухе.

Завод изготавливает прогоны, лестницы, площадки и составные элементы из швеллеров любой сложности. Подробнее о возможностях — в разделе продукции.

Итоги

Швеллер — универсальный и удобный профиль, незаменимый для прогонов, фахверка, обрамления проёмов и лестниц. Его главная особенность — несимметричное сечение и смещённый центр изгиба, из-за которых нагрузка может вызывать кручение. Эту особенность учитывают раскреплением, правильной ориентацией профиля или применением спаренных сечений.

Правильно подобранный швеллер экономичен и технологичен, а спаренные сечения позволяют использовать его даже в колоннах и поясах ферм. Если вам нужен подбор профилей или изготовление конструкций из швеллера, свяжитесь с нами через раздел контактов.