Равнополочный и неравнополочный уголок: где применяется

Стальной уголок — один из самых старых и при этом самых востребованных профилей проката. Его выпускают почти все металлургические комбинаты, он есть на складе у любого поставщика, а из него можно собрать и лёгкую ферму навеса, и связевой блок каркаса, и опорную раму под оборудование. Именно из-за этой универсальности уголок часто выбирают «по привычке», не задумываясь, какой именно профиль нужен в конкретном узле.

На заводе мы ежедневно раскраиваем, свариваем и собираем конструкции из уголка разных калибров. Опыт показывает: правильный выбор между равнополочным и неравнополочным уголком, грамотная ориентация полок и продуманные узлы сопряжения способны снизить массу элемента на десять–пятнадцать процентов без потери несущей способности. Ошибка же в обратную сторону приводит к перерасходу металла, лишним сварным швам и сложностям при монтаже.

В этой статье расскажем, как устроены оба вида уголка, где каждый из них раскрывает свои преимущества, какие марки стали применяются и на что обращать внимание при проектировании и заказе.

Что такое уголок и как читать его обозначение

Уголок — это профиль, сечение которого образовано двумя полками, расположенными под прямым углом. Внутренний угол между полками скруглён, края полок тоже имеют небольшое закругление. Такая форма даёт профилю заметную жёсткость при минимальной массе и позволяет удобно крепить его к другим элементам — болтами или сваркой по полке.

Равнополочный уголок

У равнополочного уголка обе полки одинаковой ширины. Горячекатаный равнополочный уголок изготавливают по ГОСТ 8509. В обозначении указывают ширину полки и её толщину в миллиметрах: например, уголок 75×6 имеет полки по 75 мм при толщине 6 мм. Номер профиля соответствует ширине полки в сантиметрах, поэтому тот же уголок в старых чертежах могут называть «уголок № 7,5».

Неравнополочный уголок

У неравнополочного уголка одна полка шире другой. Горячекатаный неравнополочный уголок выпускают по ГОСТ 8510. Обозначение содержит три числа: ширину большей полки, ширину меньшей полки и толщину, например 100×63×8. Номер профиля записывают дробью — 10/6,3. Соотношение полок обычно лежит в пределах от 1,5 до 2, что даёт профилю разную жёсткость в двух главных плоскостях.

Гнутый уголок

Помимо горячекатаного, существует гнутый уголок из листа или рулона. У него острые внешние грани, постоянная толщина по всему сечению и отсутствие внутреннего скругления большого радиуса. Гнутый уголок легче, но менее устойчив к местной потере устойчивости полок, поэтому в ответственных несущих элементах его применяют после расчёта, а чаще — в ограждающих и вспомогательных конструкциях.

Механика работы: почему форма полок имеет значение

Главная особенность уголка — несимметричное сечение. Центр тяжести смещён от полок, главные оси инерции повёрнуты относительно граней. На практике это означает, что сжатый уголок теряет устойчивость не в плоскости полок, а относительно оси минимальной жёсткости, проходящей под углом. Поэтому при расчёте сжатых стержней из одиночного уголка определяющим оказывается минимальный радиус инерции.

Жёсткость в двух плоскостях

Равнополочный уголок имеет одинаковые моменты инерции относительно осей, параллельных полкам. Он хорош там, где нагрузки и расчётные длины в обеих плоскостях близки. Неравнополочный уголок, напротив, заметно жёстче в плоскости широкой полки. Если элемент сильнее нагружен или имеет большую расчётную длину в одной плоскости, неравнополочный профиль позволяет «поставить металл туда, где он работает».

Парные уголки

В фермах широко применяют сечения из двух уголков, соединённых через фасонку и прокладки. Спаренные равнополочные уголки дают тавровое сечение с примерно одинаковой гибкостью в обеих плоскостях. Неравнополочные уголки, составленные узкими полками вместе, обеспечивают большую жёсткость из плоскости фермы, а широкими — в плоскости. Этот приём давно используется при подборе сечений верхних поясов, опорных раскосов и стоек.

Прокладки и шаг соединений

Чтобы два уголка работали как единое сечение, их соединяют прокладками. Шаг прокладок ограничивают нормами, как правило не более сорока радиусов инерции одного уголка для сжатых элементов и восьмидесяти — для растянутых. Если прокладок мало, каждый уголок начинает работать самостоятельно и теряет устойчивость при нагрузке значительно ниже расчётной.

Где применяется равнополочный уголок

Равнополочный профиль — «рабочая лошадка» лёгких конструкций. Его выбирают там, где важна простота узлов и взаимозаменяемость.

• Решётка ферм. Раскосы и стойки лёгких ферм покрытия и навесов чаще всего делают из парных или одиночных равнополочных уголков.
• Вертикальные и горизонтальные связи. Связевые крестовины каркасов работают преимущественно на растяжение, и уголок здесь оптимален по цене и удобству крепления.
• Обрамления и закладные. Окантовка проёмов, опорные столики, закладные детали в железобетоне.
• Каркасы ограждений и площадок. Стойки перил, обвязка площадок обслуживания, рамки под решётчатый настил.
• Лёгкие опорные рамы. Основания под вентиляционное оборудование, кондиционеры, щиты.
• Электросетевые конструкции. Решётчатые опоры, траверсы и порталы традиционно собирают из равнополочного уголка на болтах.

Где применяется неравнополочный уголок

Неравнополочный уголок встречается реже, но в ряде задач он незаменим или даёт ощутимую экономию.

• Пояса ферм с разной расчётной длиной. Если верхний пояс раскреплён прогонами редко, его расчётная длина из плоскости больше, и сечение из неравнополочных уголков оказывается рациональнее.
• Опорные раскосы. Наиболее нагруженные раскосы у опор фермы часто требуют развитой жёсткости в одной плоскости.
• Прогоны и ригели фахверка малого пролёта. Изгибаемый элемент из неравнополочного уголка, установленный широкой полкой вертикально, работает эффективнее равнополочного той же массы.
• Опорные столики под тяжёлые балки. Широкая полка принимает опорное давление, узкая крепится к колонне.
• Каркасы ворот и перегородок. Неравнополочный профиль даёт удобную полку под обшивку и достаточную жёсткость рамы.

Сравнение профилей: сводная таблица

Ниже приведено сравнение основных характеристик двух видов уголка применительно к типовым задачам металлоконструкций.

Марки стали и требования к материалу

Для строительных конструкций уголок поставляют из сталей по ГОСТ 27772. Чаще всего применяют С245 и С255 для малонагруженных и вспомогательных элементов, С345 и С355 — для основных несущих конструкций, где важна экономия массы. Для объектов в холодном климате выбирают стали с гарантированной ударной вязкостью при отрицательных температурах, это задаётся категорией и группой конструкций по СП 16.13330.

Что проверять при приёмке

• Соответствие марки и категории стали сертификату качества и маркировке пачки.
• Геометрию: ширину и толщину полок, прямой угол, отсутствие скручивания.
• Кривизну по длине — она не должна превышать допусков стандарта, иначе при сборке фермы появятся перекосы.
• Состояние поверхности: плены, закаты и глубокие риски недопустимы в несущих элементах.

Заменяемость профилей

На практике часто возникает вопрос замены отсутствующего типоразмера. Равнополочный уголок можно заменить ближайшим бо́льшим по сечению с проверкой узлов: изменится длина сварных швов и расстояния до болтов. Замену неравнополочного уголка на равнополочный делают только после пересчёта, так как меняется соотношение гибкостей. Любые замены согласуются с проектировщиком и отражаются в исполнительной документации.

Особенности обработки и сборки на производстве

Резка и разметка

Уголок режут ленточнопильными станками или на линиях с ЧПУ, которые одновременно выполняют пробивку и сверление отверстий. Автоматизированная линия выдерживает положение отверстий с высокой точностью, что критично для болтовых узлов опор и связей. Скосы торцов раскосов фермы выполняют по шаблону, чтобы обеспечить плотное примыкание к фасонке.

Сварка узлов

Уголки крепят к фасонкам фланговыми и лобовыми швами. Длину фланговых швов распределяют между обушком и пером пропорционально расстоянию до центра тяжести сечения: обушок нагружен больше. Сварку ведём полуавтоматами в среде CO2 или смеси с аргоном, что даёт стабильный провар и минимальное разбрызгивание.

Центровка в узлах

Оси элементов решётки должны сходиться в одной точке узла. На практике ось уголка совмещают с риской, проведённой по линии центра тяжести, округлённой до пяти миллиметров. Нарушение центровки порождает дополнительные изгибающие моменты в поясах и фасонках, которые расчёт не учитывает.

Антикоррозионная защита

Сечения из парных уголков с зазором под фасонку — зона риска: в узкой щели скапливаются влага и пыль. Поэтому перед окраской поверхность очищают абразивом, а затем наносят грунт-эмаль или порошковую краску с обязательным прокрашиванием зазоров. Для наружных конструкций система покрытия подбирается по ГОСТ 9.402 и условиям эксплуатации.

Типичные ошибки при выборе и применении уголка

1. Расчёт одиночного уголка по радиусу инерции относительно полки. Для сжатых элементов нужно учитывать минимальный радиус относительно наклонной оси, иначе несущая способность завышается.
2. Слишком редкие прокладки в парных сечениях. Элемент теряет устойчивость как два отдельных тонких стержня.
3. Неправильная ориентация неравнополочного уголка. Установка широкой полкой «не в ту сторону» сводит на нет преимущество профиля.
4. Излишне тонкие полки. Уголки толщиной менее 4–5 мм плохо переносят сварку, сильнее коробятся и быстрее корродируют.
5. Игнорирование эксцентриситета крепления. Одиночный уголок, прикреплённый одной полкой, работает с эксцентриситетом, и нормы требуют понижающего коэффициента.
6. Пёстрый сортамент. Десяток разных типоразмеров в одной ферме усложняет закупку и повышает риск перепутать детали при сборке.

Как оптимизировать проект с уголком

Мы рекомендуем на стадии проектирования сократить число типоразмеров до трёх–пяти на конструкцию, согласовать сортамент с реальным наличием металла и заранее учесть технологию изготовления. Иногда выгоднее заменить парные уголки на гнутый замкнутый профиль или тавр — это уменьшает количество прокладок и сварных швов. В других случаях, наоборот, уголок на болтах позволяет отказаться от сварки на монтаже и ускоряет сборку.

Конструкторский отдел завода выполняет проверку проектов, предлагает замены профилей и готовит деталировочные чертежи КМД с учётом возможностей наших линий. Подробнее о возможностях производства — в разделе услуги.

Итоги

Равнополочный уголок — универсальный, доступный и удобный профиль для решёток ферм, связей, обрамлений и лёгких рам. Неравнополочный уголок выигрывает там, где жёсткость в двух плоскостях должна различаться: в поясах ферм с редким раскреплением, опорных раскосах, прогонах и опорных столиках. Правильный выбор профиля, корректный расчёт с учётом наклонной оси, достаточное число прокладок и тщательная центровка узлов обеспечивают надёжность конструкции и экономию металла. Если вы сомневаетесь, какой уголок заложить в проект, специалисты завода помогут подобрать оптимальное решение.