Типы швеллеров: П, У, Л — в чём разница
Швеллер — П-образный профиль, широко используемый в металлоконструкциях как прогоны, обвязочные балки, стойки фахверка и элементы связей. По ГОСТ 8240-97 горячекатаные швеллеры производятся в трёх исполнениях.
Швеллер с параллельными гранями полок (П)
Серия П — полки с параллельными внутренними и наружными гранями. Постоянная толщина полки по всей ширине обеспечивает плотное прилегание к плоским элементам (фасонкам, пластинам, стенкам колонн). Болтовое и сварное соединение выполняется проще, чем у серии У. Выпускается в диапазоне номеров от 5П до 40П (высота от 50 до 400 мм).
Швеллер с уклоном внутренних граней (У)
Серия У — внутренние грани полок имеют уклон 10%. Толщина полки плавно уменьшается от стенки к краю. Это упрощает извлечение из прокатного стана, поэтому У-швеллеры исторически дешевле и более распространены на складах. Диапазон номеров аналогичен: от 5У до 40У. Недостаток — для болтового соединения по внутренней грани требуются косые шайбы.
Лёгкая серия (Л)
Серия Л — облегчённые швеллеры с уменьшенной толщиной стенки и полок. Масса на 10–18% меньше стандартных. Применяются для второстепенных элементов: прогоны при малых нагрузках, обрамление проёмов, каркасы ограждающих конструкций. Не рекомендуются для несущих элементов промышленных зданий.
Сортамент и сравнение характеристик
В таблице приведены основные характеристики популярных номеров швеллеров. Полный сортамент — в справочнике швеллеров по ГОСТ.
| Номер | h, мм | b, мм | s, мм | Масса П, кг/м | Масса У, кг/м | Ix, см⁴ | Wx, см³ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 80 | 40 | 4,5 | 7,05 | 7,05 | 89,4 | 22,4 |
| 10 | 100 | 46 | 4,5 | 8,59 | 8,59 | 174 | 34,8 |
| 12 | 120 | 52 | 4,8 | 10,4 | 10,4 | 304 | 50,6 |
| 14 | 140 | 58 | 4,9 | 12,3 | 12,3 | 491 | 70,2 |
| 16 | 160 | 64 | 5,0 | 14,2 | 14,2 | 747 | 93,4 |
| 18 | 180 | 70 | 5,1 | 16,3 | 16,3 | 1 090 | 121 |
| 20 | 200 | 76 | 5,2 | 18,4 | 18,4 | 1 520 | 152 |
| 24 | 240 | 90 | 5,6 | 24,0 | 24,0 | 2 900 | 242 |
| 30 | 300 | 100 | 6,5 | 31,8 | 31,8 | 5 810 | 387 |
| 40 | 400 | 115 | 8,0 | 48,3 | 48,3 | 15 220 | 761 |
Масса серий П и У одного номера совпадает. Различие — в распределении металла: у П толщина полки постоянная, у У — переменная. Момент инерции Ix у обеих серий практически идентичен (разница менее 1%).
Швеллер vs двутавр: когда что эффективнее
Одиночный швеллер уступает двутавру той же массы по несущей способности на 25–40%. Причина — несимметричное сечение: центр изгиба не совпадает с центром тяжести. При вертикальной нагрузке возникает крутящий момент, уменьшающий допустимую нагрузку. Двутавр при той же массе даёт больший момент сопротивления и не закручивается.
| Параметр | Швеллер 20П | Двутавр 20Б1 |
|---|---|---|
| Масса, кг/м | 18,4 | 19,8 |
| Высота, мм | 200 | 200 |
| Ix, см⁴ | 1 520 | 1 943 |
| Wx, см³ | 152 | 194 |
| Iy, см⁴ | 113 | 134 |
| Симметрия сечения | Одна ось | Две оси |
Спаренные швеллеры: короб и разводка
Для повышения несущей способности и устранения крутящего момента швеллеры спаривают. Два варианта компоновки:
Сечение «в короб»
Два швеллера полками наружу, стенки вплотную или через прокладки. Получается замкнутое сечение с высокой крутильной жёсткостью. Применяется для колонн, стоек с двухосным изгибом и сжатых элементов ферм. Момент инерции по слабой оси увеличивается в 8–12 раз по сравнению с одиночным швеллером.
Сечение «в разводку»
Два швеллера полками внутрь с зазором. Применяется для колонн, где необходимо пропустить между стенками фасонку или элемент связи. Расстояние между стенками выбирается из условия размещения узловых пластин — обычно 100–200 мм.
При расчёте спаренных швеллеров необходимо учитывать соединительные планки или решётку между ветвями. По СП 16.13330.2017 шаг соединительных элементов не должен превышать 40i (i — радиус инерции одного швеллера относительно оси, параллельной планкам).
Нужен расчёт стоимости? Оставьте заявку — ответим за 2 часа.
Области применения в строительных конструкциях
Швеллер универсален и применяется практически во всех типах стальных конструкций. Конкретная область определяется номером профиля и характером нагрузки.
Прогоны покрытий и стен
Основная область применения швеллеров — прогоны. При шаге ферм 6 м типовые решения: швеллер 14П при снеговой нагрузке до 1,2 кПа, 16П при 1,8 кПа, 20П при 2,4 кПа. Для стеновых прогонов обычно достаточно 12П–16П в зависимости от ветрового района и шага колонн.
Элементы каркасов и связей
- Обвязочные балки по верху и низу колонн — 16П–24П
- Стойки фахверка — 14П–20П одиночные или спаренные
- Распорки и связи — 8П–14П
- Каркасы площадок обслуживания — 10П–16П
- Обрамление ворот и проёмов — 14П–20П
- Пояса и раскосы лёгких ферм — 8П–12П
Подкрановые конструкции
Тормозные балки кранового пути устраивают из швеллера, приваренного к верхней полке подкрановой балки горизонтально. Типовые номера — 20П–30П в зависимости от грузоподъёмности крана. Швеллер воспринимает горизонтальные тормозные усилия от поперечного перемещения тележки.
Алгоритм выбора швеллера
Порядок подбора швеллера для конкретного элемента конструкции:
- Определите расчётную схему: однопролётная балка, неразрезная многопролётная, консольная, стойка на сжатие.
- Соберите нагрузки: постоянные (вес кровли, стенового ограждения) и временные (снег, ветер, крановые). Для определения снеговых нагрузок по регионам — см. раздел нормативов.
- Вычислите максимальный изгибающий момент М и поперечную силу Q.
- Определите требуемый момент сопротивления: Wтр = M / (Ry × γc). Для стали С245: Ry = 240 МПа.
- По таблице сортамента выберите ближайший номер швеллера с Wx ≥ Wтр.
- Проверьте прогиб: f = 5ql⁴/(384EI) ≤ [f]. Для прогонов покрытий [f] = l/200.
- Проверьте устойчивость плоской формы изгиба, если верхняя полка не раскреплена.
Гнутые швеллеры: когда применять
Гнутые швеллеры по ГОСТ 8278-83 изготавливают из листа на профилегибочных станах. Толщина стенки — от 2 до 8 мм, высота — от 25 до 410 мм. Преимущество — широкий сортамент нестандартных размеров. Недостаток — зона гиба имеет остаточные напряжения, снижающие усталостную прочность. Применяются для каркасов вентилируемых фасадов, лёгких перегородок, ЛСТК.
Марки стали для швеллеров
Стандартная сталь — С245 (Ст3сп). Для конструкций с повышенными требованиями — С345 (09Г2С). При расчёте массы металлоконструкций из швеллеров учитывайте коэффициент отходов 1,02–1,04. Для расчёта антикоррозийной защиты потребуется площадь поверхности швеллера.
Заказать швеллер и другой металлопрокат с доставкой — через наш отдел снабжения. Подробные таблицы с массой и моментами для всех номеров — в сортаменте швеллеров по ГОСТ.
Частые вопросы
Чем швеллер П отличается от У?
У швеллера П грани полок параллельны, что удобно для стыковки с плоскими элементами и болтовых соединений. У швеллера У внутренние грани имеют уклон 10%, что упрощает прокатку и снижает цену на 3–5%. Несущая способность обоих типов одинакова.
Можно ли использовать швеллер вместо двутавра?
Одиночный швеллер уступает двутавру на 25–40% по несущей способности при той же массе из-за несимметричного сечения. Для компенсации применяют спаренные швеллеры. Одиночный эффективен при пролётах до 4–6 м и малых нагрузках.
По какому ГОСТу выпускают швеллеры?
Горячекатаные — ГОСТ 8240-97. Гнутые равнополочные — ГОСТ 8278-83. Гнутые неравнополочные — ГОСТ 8281-80.
Какой швеллер лучше для прогонов кровли?
При шаге ферм 6 м: 14П для снеговой нагрузки до 1,2 кПа, 16П — до 1,8 кПа, 20П — до 2,4 кПа. Лёгкая серия (Л) — только при минимальных нагрузках и второстепенных элементах.