Швеллер и двутавр – виды металлопродукции, обладающие высокими прочностными характеристиками. Они популярны в строительстве, при производстве средней и тяжелой техники, изготовлении технологических линий. При одинаковой высоте стенок двутавровой балки и швеллера и сопоставимых размерах полок большими показателями прочности и жесткости обладает двутавр. Однако многое зависит от условий применения металлопроката, направления прилагаемых нагрузок, способов закрепления. Металлоизделия с П- и Н-образным профилем применяются именно в тех областях, в которых наиболее полно задействуются их технические характеристики.
Основные характеристики швеллера
Этот вид металлопроката производится способами горячей прокатки и гибки полосовых заготовок. В соответствии с таблицами ГОСТа 8240, высота стенки стального швеллера – 50-400 мм. Горячекатаные изделия с наклонными внутренними гранями полок имеют увеличенную площадь сечения и по прочностным характеристикам приближаются к аналогам с двутавровым профилем. Для повышения прочности и устойчивости к низким температурам прокат изготавливают из качественных углеродистых и низколегированных марок стали.
Швеллер удобен для монтажа на плоских поверхностях. Прокат используется для армирования бетонных конструкций, создания каркасных строений, при производстве легких машин и механизмов. В частном строительстве лучшим выбором является швеллер, а не двутавр, что объясняется сочетанием достаточной прочности и доступной стоимости П-образного профиля. Двутавровая балка, благодаря массивности и высоким прочностным характеристикам, в основном применяется в крупномасштабном промышленном и гражданском строительстве.
Цены на швеллер и фасонный профиль
По большей части швеллер (в особенности горячекатаный) применяется в машиностроении и строительстве для изготовления конструкций различного назначения, которые воспринимают значительные нагрузки. Он может использоваться для монтажа перекрытий, балконов, лестниц, каркасов зданий и сооружений, кранов мостовых, козловых, цеховых пролетов, этажей, колонн и пр. В основном эти металлоконструкции являются несущими и ответственными. Поэтому важной задачей является правильный подбор П-образного профиля при проектировании, а также при необходимости осуществление мероприятий по его усилению.
Основные характеристики двутавровой балки
Двутавр выпускается с наклонными гранями полок в соответствии с ГОСТом 8239-89, сортамент продукции с параллельными гранями соответствует таблицам ГОСТа 26020 или СТО АСЧМ 20-93. Изделия отличаются высокой жесткостью и прочностью, на величину которой, помимо размеров сечения, влияют:
- марка стали, из которой производится металлопродукция, для эксплуатации при высоких нагрузках и в сложных температурных условиях используют низколегированные стали типа 09ГС;
- длина пролета – чем больше эта величина, тем ниже несущая способность двутавровой балки;
- способ закрепления балки, направление и характер нагрузки.
Сравнение двутавра и швеллера на прочность, в зависимости от прилагаемой нагрузки
Основное различие между свойствами двутавровой балки и швеллера заключается в различной реакции на нагрузки, в частности – на скручивание, что объясняется разницей в нахождении центра тяжести.
- Двутавр. Максимальный объем металла, особенно в изделиях широкополочной и колонной серий, сосредоточен в полках. Симметричные относительно стенки полки двутавра воспринимают основные вертикальные нагрузки и обеспечивают высокий момент инерции. Стенка работает в основном на сжатие. Этот симметричный профиль может подвергнуться скручиванию только в тех случаях, когда на него уложено перекрытие с неравномерной нагрузкой. Двутавр, благодаря массивности, высокой стоимости и прочностным характеристикам, используется в основном в крупномасштабном строительстве для создания перекрытий, испытывающих высокие нагрузки.
- Швеллер. Его главная особенность – несовпадение главной оси инерции со стенкой. Такая продукция хорошо работает при косом изгибе. Для создания легкой и прочной металлоконструкции швеллер сваривают в коробку с усилением шва металлическими пластинами. Создание такого металлоизделия требует больших трудозатрат. Швеллер чаще всего используется для создания каркасных конструкций, изготовления перекрытий небольших строений – дач, гаражей, хозпостроек, – а также лестниц.
И швеллер, и двутавр относятся к профильному прокату, не рассчитанному на восприятие серьезных усилий, направленных перпендикулярно стенке.
Калькулятор предусматривает расчёт балок на изгиб и прогиб, из горячекатаного и другого проката следующей номенклатуры:
- уголка равнополочного;
- уголка неравнополочного;
- швеллера с уклоном и с параллельными гранями полок;
- двутавров с уклоном полок и с параллел. гранями полок различных модификаций, а также тавровых балок (тавров).
Размеры проката углового профиля оговариваются ГОСТ 8509-93 и 8510-86; швеллеров – 8240-97; двутавров – 26020-83; тавров – ТУ 14-2-685-86; (получаемых продольным разрезом пополам горячекатаных двутавров с парал-ыми гранями полок по ГОСТ 26020-83) – смотрите калькулятор веса двутавра.
При вычислении массы 1 метра длины проката плотность стали в этих стандартах принята равной 7,85 г/см3 (7.85 кг/дм3 или 7850кг/м3).
ПРИМЕЧАНИЕ. Размеры выбранного швеллера, двутавра и тавра указываются в строке “РАЗМЕРЫ ВЫБРАННОГО ПРОФИЛЯ”; размеры полок уголков в их таблицах; толщина уголков выбирается отдельно после появления возможных толщин выбранного номера уголка в вышеуказанной строке.
Основные способы усиления швеллера
Можно встретить различные ситуации, когда необходимо провести мероприятия по усилению той или иной конструкции, выполненной из швеллера или другого вида проката. Существует множество различных способов, которые можно применить для усиления швеллера. Среди них можно выделить несколько типовых ситуаций.
1. На этапе проектирования можно подобрать швеллер большего размера; изготовленный из более прочной марки стали. Если же размеры балки по высоте строго или частично ограничены, то можно использовать швеллер усиленный (серия С горячекатаных швеллеров, которая при совпадающих номерах профиля, обладает большими значениями площади и моментов сопротивления/инерции), составное сечение балки/стержня, которое можно выполнить из двух швеллеров, либо швеллер+полоса/уголок и т.д.
2. В случае, если необходимо усилить уже существующую конструкцию, то можно провести следующие мероприятия. 1) Увеличение сечения швеллера, которое можно осуществить приваркой полосы, уголка, швеллера либо к полкам, либо к стенкам, и этим самым, либо изменить площадь и сопротивление сечения, либо снизить нагрузку, воспринимаемую одним швеллером. 2) Организацией дополнительных распорок, связей ребер, диафрагм с целью увеличения местной или общей устойчивости швеллера и конструкции. 3) Монтаж дополнительных элементов, которые изменяют схему конструкции (шпренгельные элементы, подкосы и т.д.). 4) Бетонирование конструкции – позволяет повысить жесткость и несущую способность колонн и стоек из швеллера и прочего проката.
3. В случае, если элемент конструкции находится в предаварийном состоянии, то усиливать его не стоит, а следует произвести замену.
Предварительные соображения
Калькулятор предусматривает расчёт балок для различных схем их крепления и нагрузки. Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3,4,5,9,15 и др.) или сосредоточенной (“P” на схемах 1,2,6,7,8 и др.)
Читать также: Оборудование для токарного цеха
Крепление балок может быть: а)консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1,2,3 и другие); б)”заделка – заделка”, когда оба конца балки жестко защемлены (заделаны), схемы 6,7,8,9; в)”шарнир – шарнир”,(схемы 12,13,14,15 и другие),причём левый шарнир неподвижный а правый подвижный; г)”заделка – шарнир”,(схемы 9,10,11 др.)
Жесткая заделка балки предотвращает поворот балки и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости. Подвижный шарнир допускает поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси.
Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки под нагрузкой. Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной к балке нагрузкой зависит также от длины балки, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1)10^5 MПа; легированной (2.1-2.2)10^5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1*10^5 MПа, что составляет 2142000кг/см2.
Из размерных характеристик поперечного сечения балки для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки балки относительно опор. Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины балки.
ПОЭТОМУ НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕТСЯ ПРОВЕРЯТЬ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА НА ДОПУСТИМОСТЬ.
При строительстве ответственных объектов и конструкций применяют швеллера, которые обладают высокой прочностью и способны выдерживать существенные нагрузки, а также возникающие сдвиговые и осевые напряжения без потери несущих свойств. Однако могут наступать такие ситуации, когда здание было возведено с ошибками в расчётах предполагаемых нагрузок или они были изменены в ходе эксплуатации в результате чего был достигнут предел его прочности.
Это означает, что дальнейшая эксплуатация конструкции невозможна, так как велика вероятность создания аварийной ситуации. Поэтому единственным выходом из сложившейся ситуации без изменений условий нагружения будет выполнение усиления конструкции.
Усиление швеллера на прогиб и изгиб
Одним из самых простых способов усиления швеллера является установка подпоры. Она позволит существенно разгрузить несущую балку без внесения существенных изменений в готовую конструкцию. Способ соединения должен в полной мере соответствовать типу нагружения: в случае постоянного действия поперечной силы можно выполнять любые соединения деталей способных обеспечить высокую надёжность и прочность, а вот при динамических — стоит использовать клёпаные и болтовые соединения.
В некоторых ситуациях установка подпорки невозможна из-за особенностей эксплуатации объекта. Следовательно, придётся увеличивать поперечное сечение путём приваривания стальных накладок или уголков в продольном направлении либо приварить еще один швеллер таким образом, чтобы получилась симметричная конструкция. Благодаря этому основная нагрузка сместится с точки возможного разрыва металла и распределится равномерно по площади балки новой формы.
Ещё одним способом усиления швеллера считается перераспределение нагрузки между всей конструкцией при помощи конструктивных изменений каркаса или его элементов. Это позволит снизить возникшие изгибающие напряжения и обеспечить необходимый запас прочности. Однако при этом не стоит забывать о проведении новых расчётов объекта, так как проблема может стать более серьёзной.
Усиление швеллера на кручение
Чтобы усилить швеллер на скручивание следует обеспечить установку симметричной конструкции методом сварки. Считается, что сварные швы в углах балки способны её ослабить, так как при нагреве металла она может продеформироваться, а накладной металл, особенно при локальной установке, принять на себя нагрузку. Поэтому нужно использовать специальные методы двухсторонней сварки.
Стандартным методом усиления считается приваривание второго швеллера параллельно установленному, чтобы получить в итоге двутавр или коробку. Оба варианта являются примерно одинаковыми по эффективности, но их реализация возможна только при полном доступе ко всей поверхности стального каркаса, в противном случае придётся разрушать часть отделки, а также устанавливать временные страховочные опоры.
Вторым способом увеличения устойчивости к кручению является выполнение бетонирования.
Как усилить швеллер на прогиб-изгиб и на скручивание
Бетонное перекрытие частного дома с применением швеллера
Современное строительство невозможно представить без различных видов металлопроката, без таких видов металлоизделий как двутавровая балка, стальной швеллер, уголок, арматура. С помощью металлопрокатных изделий достигается высокая прочность строительных конструкций, с помощью балок и швеллера создаются мосты, перекрытия, различные ангары. Металл применяется при строительстве жилых домов, промышленных зданий.
Читать также: Шестерённые насосы с внутренним зацеплением
Швеллер в строительстве
Среди всех конструктивных элементов, которые являются каркасным основанием зданий, наибольшую популярность приобрел швеллер. Это металлоизделие представляет собой балку сечением в виде буквы П. В зависимости от размеров возводимого строения, может применяться разный швеллер по размерам и толщине стенок.
Швеллер для перекрытия
В строительстве частного дома часто возникает потребность в производстве бетонного перекрытия. Бывает такие моменты, когда нет финансовой возможности или не хочется покупать готовые ЖБ конструкции.
Как можно сделать бетонные перекрытия самостоятельно?
Изображение с https://metinvestservice.ru/image/data/news_foto/shv.jpg
В первую очередь при установке внимание следует обратить на соотношение между длиной и шириной перекрытия, на слой заливаемого бетона, на форму и размер создаваемого несущего элемента.
Почему выбираются именно бетонные перекрытия? Такая конструкция не будет пропускать какие-то лишние звуки, есть и еще одно преимущество – основание получается прочным, оно не будет раскачиваться и прогибаться.
Безусловно, для упрочнения конструкции можно использовать и другой металлопрокат, например, двутавровую балку. На швеллер по праву считается наиболее выгодным, так как он получается дешевле, а по прочности не уступает двутавру ни в чем.
Размеры швеллера
Для бетонного перекрытия длиной 5 м Вам необходимо взять швеллер сечением 14 мм.
Как согнуть швеллер
Швеллер гнется сложно и без специальных станков высокого давления не обойтись. Если такие траты не предусмотрены, то единственный выход обратиться в компанию, предоставляющую услуги гибки в вашем регионе.
Если положить швеллер на его полку, то сразу видно, что вертикальная плоскость не имеет симметрии к нейтральной линии. Сгибают швеллер по-разному, в зависимости от поставленной задачи. При изгибе по плоскости, как говорят «на ребро», балку может повести. Чтобы этого не произошло, выставляют систему калибрующих роликов. Если же деталей предусмотрено несколько, то швеллер сваривают «коробкой». Еще балку сгибают плашмя по стенке. Полки при этом могут выступать как наружу, так и внутрь.
Сгибание швеллера по радиусу производят, используя местный или плавный изгиб. Чтобы сделать местный изгиб, нужно предварительно срезать стенки в месте изгиба в форме треугольника. Дальше в ход идет специальное устройство, которое швеллеры соединяет и жестко сваривает. Но при таком способе будет сильно уменьшена технологическая прочность детали.
При плавном изгибе определенный участок изделия равномерно сгибается. Чтобы это сделать было легче, место сгибания предварительно разогревают газовой горелкой. После жесткой фиксации одного из концов изделие медленно деформируют по заготовленному заранее шаблону.
