Швеллер 14

Швеллер: размеры, влияющие на сферу применения

Подводя итог сказанного выше, напрашивается вывод, что швеллер – это металлопрокатная продукция, которая применяется для армирования конструкций из железобетона, для производства крановой продукции, электроопор, мостов, нефтевышек и других масштабных сооружений. Широкий спектр использования обусловлен высоким уровнем прочности и устойчивости при сравнительно небольшой массе изделия. При этом разные размеры швеллеров применимы в конкретных областях или имеют специальное предназначение.

Так, благодаря своим компактным размерам швеллер 8 широко употребляется в индивидуальном строительстве в качестве бетонных перемычек, а также служит для изготовления основ в сооружении дверных и оконных проемов. Широкое применение, благодаря универсальному размеру и прочности, имеет швеллер 10, изготовленный методом горячей прокатки.

Сфера использования швеллера напрямую зависит от его размера и толщины стали.

Таким же способом производится и швеллер 12. Главная его положительная черта – отличная свариваемость. Его употребляют с целью увеличения несущей способности конструкции и в качестве армирования сооружений. Швеллер 14 производят с использованием прокатных станков. Усиленная жесткость предполагает его применение в качестве несущих балок в перекрытиях при возведении высотных зданий, а также в вагоностроении.

На заметку! При выборе продукции металлопроката следует помнить о существовании разных серий швеллеров. Профили, у которых грани полок размещены параллельно, маркируются буквой «П»; специальные швеллеры имеют пометку «С». Модели с наклоненными внутренними гранями полок обозначаются буквой «У»; экономичные профили соответствуют о; знак «Л» подразумевает облегченные версии швеллеров.

Швеллер 16, изготовленный способом горячей прокатки, широко используют в возведении высоток, а также в строительстве металлических опор для мостов. Размеры швеллера 18 позволяют употреблять его в качестве арматуры на высотных сооружениях и в конструкциях, имеющих высокую степень нагрузки.

Профили с маркировкой от 20 и выше могут использоваться для возведения мостов и других крупногабаритных объектов с высокой нагрузкой.

Профили с маркировкой 20, 22, 24 относятся к категории высокопрочных. Их используют в сооружении высоконагруженных строений и конструкций, которые движутся. Например, размеры швеллера 24 предполагают его применение в строительстве раздвижных мостов, а также кранов с высокой подъёмной способностью.

Швеллер 40, имея максимальную жесткость, используется в тяжелой промышленности, где предусмотрены колоссальные нагрузки, в судостроении, а также для сооружения нефтяных платформ.

Сортамент металлопроката: популярные виды продукции и алгоритмы расчета веса (прочитать подробнее)

Таким образом, швеллеры имеют большое значение в строительстве, поэтому широко применяются в разных его сферах. При выборе продукции необходимо ориентироваться в диапазоне размеров и знать основные характеристики каждого типа швеллеров. Это позволит подобрать нужную серию и максимально эффективно использовать данный вид металлопрокатной продукции.

Расчет нагрузки на швеллер (расчет на прочность)

Зачастую швеллер применяется для изготовления металлоконструкций (крановых мостов, ферм, лестниц, цеховых пролетов и пр.), при монтаже быстровозводимых зданий и сооружений, каркасов гаражей, стеллажей складских помещений, перекрытий, оснований крыш, армирования и усиления узлов. Основное достоинство этого проката – высокая несущая способность, которая имеет место благодаря форме его сечения (П-образное), при относительно малой металлоемкости. Методика расчета размера швеллера, таблица моментов сопротивления швеллера по ГОСТ — смотрите здесь.

П-образный профиль, как горячекатаный, так и гнутый в металлоконструкциях чаще всего работает либо просто на изгиб, либо на изгиб + растяжение/сжатие. Расчет швеллера на прогиб (на прочность) – является обязательным при проектировании изделия, в состав которого входит данный профиль. Он может быть проверочным и проектировочным. Рассмотрим на примере расчет распределенной нагрузки на швеллер, который имеет шарнирное закрепление.

Пусть имеется швеллер 10П, изготовленный из стали 09Г2С. Длина балки составляет 10 метров. Для того, чтобы определить допустимое значение нагрузки на швеллер (допустимые значения), необходимы некоторые справочные данные. Возьмем их из соответствующих ГОСТов и СНиПов.

Предел текучести стали 09Г2С (или нормативное сопротивление) составляет Rун = 345 МПа. Моменты сопротивления швеллера 10П берем из ГОСТ 8240-97, и их значения относительно осей Х и Y составляют: Wx=34,9 см3, Wy=7,37 см3. Максимальный изгибающий момент возникает балке с таким типом закрепления и нагружения посередине, и определяется из выражения: М = W∙Rун.

Произведем расчет допустимого момента для двух случаев расположения швеллера: 1) стенка расположена вертикально; 2) стенка расположена горизонтально. Тогда:

• М1 = 34,9∙345=12040,5 Н∙м
• М2 = 7,37∙345=2542,65 Н∙м

Зная момент, определим допустимые значения распределенной нагрузки на швеллер. Она составит:

q1 = 8∙М1/L2 = 8∙12040,5/102 = 963,24 Н/м или 96,3 кгс/м q2 = 8∙М2/L2 = 8∙2542,65/102 = 203,4 Н/м или 20,3 кгс/м

Получив значения допустимых распределенных нагрузок на швеллер, можно сделать вывод, что при данных условиях несущая способность швеллера расположенного по вертикали примерно в пять раз больше, чем в случае его расположения по горизонтали.

3 Как различить по обозначению

В наименовании гнутого швеллера указываются все его размеры, причем в следующей последовательности: высота (расстояние между внешними гранями полок, замеряемое со стороны основной стенки), ширина полок и толщина. Причем если изделие равнополочное или как его еще называют – равноплечее – с полками одинаковой ширины, то будет указано только три параметра. Дело в том, что в этом случае ширину обоих полок указывают один раз одним обозначением. Далеко ходить не надо, примером может служить рассматриваемое изделие 100x50x4. Если попадется швеллер с такими же высотой и толщиной, но его полки будут разной ширины, например, одна 50, а другая 25 мм, то и обозначаться он будет уже иначе: 100x50x25x4.

Партия гнутого швеллера

Расчет массы и стоимости на примере швеллера 10

Деталь с обозначением 10 – очень популярный вариант металлопроката. Его сорта, виды регламентируются ГОСТом 8240, созданным в 1989 году. К свойствам балки относятся габариты полок и стенок, радиусы скруглений с отметкой 10У.

Данный швеллер представлен тремя подтипами:

• У – с уклоном;
• П – с параллельными гранями;
• Э – изделия с экономным бюджетом, параллельными полками.

Внимание!

Каждый вид продукции обозначается по-своему – 10П, 10У или 10Э, перечисленные значения есть в специальной таблице. Числовые данные одинаковы, но это не значит, что детали идентичны.

В большинстве отраслей используется вариант 10П, благодаря его компактным габаритам. Больше всего он подходит для несущих конструкций индивидуального строительства. Цифра 10 говорит о его высоте, равной 100 мм., а буква П – о типе профиля и размещении полок. Основные параметры данного вида:

• ширина – 46 мм.;
• толщина стенки – 4,5 мм., полки – 7,6 мм.;
• радиус искривления – 7 мм.
• радиус скругления полочной кромки – 4 мм.

Чтобы рассчитать вес, нам нужна площадь сечения. Она равна 10,9 см. кв. Масса 1 метра металлической балки с обозначением 10 и плотностью 7,85 г/см³, по расчетам, равна 8, 59 кг.

Допустимая погрешность – от 3 до 5%. Средняя цена одного метра такой продукции составляет 365 руб (2019 год).

Горячекатаный швеллер 16: технические характеристики и области применения

Металлопродукция этой группы производится в соответствии с ГОСТом 8240-97. Различают разновидности: с уклоном внутренних граней полок («У») и параллельными гранями («П»), в нормальном и усиленном вариантах. В маркировке усиленная продукция имеет индекс «а». С уклоном внутренних граней в диапазоне 6-10% выпускают также специальную серию («С»), а с параллельными внутренними гранями – легкую («Л») и экономичную («Э»).

Таблица размеров горячекатаного швеллера 16 серий «У», «С», «П», «Л», «Э» и весов 1 м

Способом горячей прокатки при температурах, которые превышают порог рекристаллизации стали, производят изделия с высокими прочностными характеристиками. Визуальное отличие горячекатаных профильных металлоизделий – четкие наружные углы, у гнутых аналогов они слегка скруглены.
Швеллер 16 из углеродистых сталей обыкновенного качества применяется в строительстве. В том числе он востребован в регионах с высокой сейсмической активностью или при сооружении объектов, эксплуатация которых связана с вибрационными нагрузками.

Основные области применения:

• каркасное строительство (в качестве основного элемента каркасов небольших сооружений или дополнительного при возведении крупногабаритных строений);
• изготовление маршевых и винтовых лестниц;
• армирование фундаментов;
• устройство ростверка свайного или свайно-винтового фундаментов;
• создание опор для объектов наружной рекламы.

Если при монтаже конструкции важным фактором является хорошее сопряжение швеллера с другими элементами по внутренней поверхности, то используют металлоизделия с параллельными внутренними гранями полок.

Для эксплуатации в условиях повышенных нагрузок и в районах с холодным климатом востребован горячекатаный швеллер, изготовленный из низколегированных сталей, содержащих повышенное количество марганца, например 09Г2С.

Производственный процесс

Производители швеллера 20П указанного типа используют горячекатаную методику для выпуска материалов. Суть технологии в том, что сырье проходит несколько этапов деформации механическим путем, которая проводится на специальном стане. Оборудование оснащается рядом прокатывающих установок, которые последовательно изменяют геометрию металла до приобретения им необходимого профиля. При настройке систем руководствуются конечными показателями размерностей, за исключением значений радиусов скругления полок с внутренней стороны, кромок полок и угла между их поверхностями. Данные параметры выставляются с учетом правильного построения калибров.

Отличие данной технологии от альтернатив в том, что перед началом профилирования заготовка швеллера 20П проходит этап разогрева до высокой температуры. Точные показатели зависят от выбранного металла, то есть уровня, при котором он прогревается до состояния повышенной пластичности. На этом этапе сырью придается качество, позволяющее производителю швеллера 20П исключить возникновение внутренних напряжений в структуре, а также снизить износ рабочих элементов систем и число этапов профилирования.

После достижения заданной отметки начинается обработка металлической заготовки. Она последовательно проходит через валки, которые с каждым шагом придают геометрию, более близкую к требуемому результату. На выходе с вальцов стальная деталь приобретает форму типового размера.

За счет прогрева, структура металла получается равномерной, нагрузку такие материалы держат лучше альтернатив. Не требуется дополнительная температурная обработка для снижения внутренних напряжений изделия. Однако, в сравнении с аналогами, цены швеллера 20П оказываются выше, так как этапы выпуска, в частности, разогрев до необходимой отметки, требуют затрат значительных ресурсов.

3 Специальные стальные и чугунные изделия – где искать мерки для них?

Для всех остальных металлических швеллеров размеры тоже можно найти в соответствующих каждому типу профиля ГОСТах.

Определение размера швеллера

Продукцию, которую можно использовать в строительстве и применяют в отдельных областях машиностроения, производят по следующим стандартам сортамента:

• 19425-74 – этот ГОСТ распространяется на горячекатаные стальные швеллеры, предназначенные для автомобильной отрасли промышленности, и двутавровые балки для армирования шахтных стволов и сборки подвесных путей;
•  5267.1-90 – распространяется на горячекатаные стальные швеллерные изделия, предназначенные для вагоностроения.

1 ГОСТы, по которым изготовляют швеллеры №40, и виды этого швеллера по сериям

Горячекатаные стальные изделия №40 относятся к определенному типу швеллеров. Чем горячекатаные стальные отличаются от всех остальных профилей с П-образным сечением более-менее подробно описано в характеристиках аналогичных швеллеров №16.

Профиль №40 производят по шести стандартам. Один из них на сортамент горячекатаных швеллеров – это ГОСТ 8240-97. Он распространяется на горячекатаные швеллерные стальные изделия общего, а также специального назначения, типоразмеры которых имеют ширину полок в диапазоне значений 32–115 мм и высоту профиля 50–400 мм. В данном ГОСТе содержится сортамент всех этих швеллеров (включая рассматриваемый прокат №40) и требования к таким их техническим характеристикам, как площадь, геометрические форма и размеры поперечного сечения, длина и удельный вес (масса 1 метра) изделий, предельно допустимые отклонения от номинальных значений размерных параметров и ряд других аналогичного свойства.

В остальных пяти ГОСТах с техническими условиями приводятся требования к качеству изготовляемых по этим стандартам металлоизделий и такие характеристики, как прочность и иные свойства, а также соответствующая классификация по ним; полный список марок сталей, которые используются для производства, и их химический состав; ряд других параметров готовой стальной продукции. Эти ГОСТы распространяются не только на швеллеры стандарта 8240, но и на многие другие виды проката.

Швеллеры стандарта 8240

Почему для одного и того же металлоизделия ГОСТов с техническими условиями несколько? Каждый из этих стандартов описывает требования для проката в зависимости от сферы и условий его применения, охватывая при этом только какую-то свою, сравнительно узкую область использования того или иного вида металлопродукции.

В соответствии со стандартом 8240 изготовляемые по нему горячекатаные швеллеры делят на несколько видов. В первую очередь – по форме полок. Они могут быть с наклонной гранью со стороны внутренней поверхности изделия и с параллельными гранями.

По геометрическим размерам и форме поперечного сечения швеллеры №40 бывают трех серий:

• У – профили с полками 1 типа;
• П – профили с полками 2 типа;
• Э – экономичные швеллеры с полками 2 типа.

В них у этого изделия есть только по одному типоразмеру, то есть сортамент швеллера №40 состоит из трех профилей: 40У, 40П и 40Э.

Как выбрать швеллер по маркировке

В маркировки швеллера отражены важнейшие показатели формы и особенностей конструкции. Главным является номер – это цифра, которая идет первой – она отражает внешний размер перекладины между полками.

Следующая за ней отражает характер формы профиля:

• П – равнополочный швеллер;
• У – уклон полки, иногда с обозначением величины;
• С или СБ – специальные серии, разработанные для особых отраслей;
• Э – экономичная серия;
• Л – легкая, облегченная конструкция.
• Ш – перфорированный, на полках которого созданы специальные отверстия, делающие его более легким, без потери несущей способности.

В маркировку швеллера включаются помимо специальных обозначений его параметров, номер ГОСТа, которому соответствует изделие, и марка стали с указанием регулирующего его нормативного документа. В нормативных документах можно посмотреть основные характеристики предлагаемого материала и показатели, на основании которых производятся расчеты. Выбор типа и параметров швеллера для конструкций требует профессионального подхода, поскольку от него зависит прочность и долговечность конструкции.

8 Технические требования к гнутому швеллеру и его обозначение

Технические требования перечислены в стандарте 11474. Часть из них уже описаны выше. Из оставшихся можно выделить следующие. На торцах швеллеров, а также кромках их полок допускается наличие только забоин и вмятин, не приводящих к выходу размеров изделия за номинальные в пределах разрешенных отклонения. Расслоений и зазубрин на этих поверхностях, а также рваной и/или затянутой кромки быть не должно.

Партия профилей швеллера

У швеллеров, качество которых относится к первой категории (произведенных с высокой (А) точностью профилирования или повышенной (Б)), не должно быть никаких трещин вдоль длины металлоизделия в местах изгиба, а также на его торцах. Для профилей 100x50x4, качество которых относится ко второй категории (точность профилирования обычная (В)), трещины на вышеуказанных поверхностях допустимы при условии, что их протяженность не больше 15 мм и из-за них длина швеллера не выходит за номинальные размеры.

На поверхности любых гнутых профилей недопустимо наличие гармошки, раскатных загрязнений, вкатанной окалины, слиточных и/или прокатных плен, пузырей-вздутий, раскатанных и/или трещин напряжения и раковин от окалины. Разрешается выпуск продукции только с отдельными отпечатками, царапинами, раскатными пузырями, забоинами, рисками, не препятствующим выявлению дефектов на поверхности слоем окалины и незначительной рябизной от отпавшей окалины. Все эти поверхностные изъяны не должны приводить к выходу толщины изделия за предельные разрешенные отклонения.

Стандартом 11474 разрешается производство сварных гнутых изделий. При этом сварочный шов должен быть только поперечным. Обеспечиваться надежность такого соединения должна за счет соответствующих оборудования и технологического процесса для выполнения сварочных работ. Получаемый шов должен обладать не меньшей прочностью, чем основной материал профиля.

Как упоминалось выше, швеллеры 100x50x4 производят из заготовки, получаемой из рулонной стали с нормальной (Б) или повышенной (А) точностью прокатки. Если использованная заготовка была горячекатаной нетравленой, то профили делают без промасливания. На их поверхности могут быть только следы, оставленные технологической эмульсией.

Если заготовка была холоднокатаной либо травленной горячекатаной, то изделия из нее изготавливают промасленными. Потребитель может потребовать, чтобы эти профили сделали без промасливания, а лишь со следами, оставленными технологической эмульсией.

Правильное условное обозначение гнутых швеллеров рассмотрим на примере профиля 100x50x3, качество которого относится к 2-й категории, изготовленного из заготовки, прокатанной с нормальной (Б) точностью и сделанной из металла Ст3пс, полученного по стандарту 16523:

6 Технические требования к изготовлению и обозначение

Согласно техническим требованиям, указанным в ГОСТ 11474, на поверхности гнутых швеллеров не должно быть раскатных загрязнений, слиточных и прокатных плен, вкатанной окалины, раскатанных и трещин напряжения, гармошки, пузырей-вздутий и раковин от окалины. Допустимы только отдельные царапины, отпечатки, раскатные пузыри, риски, забоины, незначительная рябизна от отслоившейся окалины и не препятствующий обнаружению поверхностных дефектов слой окалины. Все эти изъяны поверхности не должны выводить толщину швеллера за предельно допустимые отклонения.

Изготовление гнутого швеллера

У швеллеров, относящихся к первой категории качества (выполненных с высокой (А) либо повышенной (Б) точностью профилирования), не должно быть трещин по длине изделия в местах изгиба и на торцах. Для профилей 100x50x3, относящихся ко второй группе качества (изготовленных с обычной (Б) точностью профилирования), допустимы трещины в вышеуказанных местах протяженностью не более 15 мм при условии, что они не выводят длину швеллера за номинальные размеры.

На торцах профилей и кромках их полок не должно быть расслоений, затянутой и/или рваной поверхности, а также зазубрин. Допускаются только не выводящие за номинальные размеры швеллера забоины и вмятины.

Профили 100x50x3, как упоминалось выше, производят из заготовки, которую получают из рулонной листовой стали, имеющей повышенную (А) либо нормальную (Б) точность прокатки. Швеллеры из нетравленой горячекатаной заготовки выпускают без промасливания. На них только есть следы от технологической эмульсии.

Швеллеры из холоднокатаной и травленной горячекатаной заготовки производят промасленными. По требованию заказчика эти изделия делают без промасливания, а только со следами, оставшимися от технологической эмульсии.

Согласно ГОСТ 11474 допускается изготовление швеллеров с поперечным сварочным швом. Надежность этого соединения должна обеспечиваться соответствующим технологическим процессом проведения сварочных работ. Прочность шва должна быть не меньше, чем у основного металла швеллера.

Как условно обозначаются гнутые швеллеры 100x50x3 можно рассмотреть на примере изделия, изготовленного 2-й категории качества из заготовки, имеющей нормальную (Б) точность прокатки и полученной из стали Ст3пс, произведенной по ГОСТ 16523:

Техтребования к изготовлению – марки стали, параметры прочности и качества

Помимо приведенных выше характеристик, регламентируемых ГОСТ 8240, для проектирования и последующего сооружения любых конструкций из швеллера необходимо знать и другие его параметры: марку стали, из которой он произведен, прочностные (физико-механические) и другие свойства, включая различные показатели качества изготовления. Все эти сведения следует искать уже в других ГОСТах – стандартах технических условий.

В общей сложности на горячекатаную продукцию ГОСТ 8240 распространяется не один, а семь стандартов технических условий – по одному на каждую определенную область практического применения и способ использования этих швеллеров. И, само собой разумеется, в каждом из данных стандартов все вышеупомянутые характеристики (прочность, марка стали и прочие) строго определены и кардинально отличаются от тех, что регламентируются другими шестью ГОСТами технических условий. Причем это становится очевидным даже после простого ознакомления со списком всех стандартов техусловий для швеллеров ГОСТ 8240 (включая профиль № 12). Вот этот перечень ГОСТов:

• 535-2005 – этот стандарт распространяется на стальную металлопродукцию общего и специализированного использования, изготовляемую из углеродистой стали обыкновенного качества;
• 19281-2014 – распространяется на стальную металлопродукцию повышенной прочности, которая производится из качественных нелегированных, а также низколегированных сталей и применяется для сборки или возведения разнообразных конструкций;
• 27772-2015 – на прокат, который используется для возведения или сборки стальных строительных и иных конструкций, а также применяемый для многих иных целей;
• Р 52927-2015 и 5521-93 – на стальные металлоизделия, используемые для строительства судов, а также разнообразных морских и речных конструкций и сооружений различного назначения и климатического исполнения;
• Р 55374-2012 и 6713-91 – на стальную металлопродукцию, предназначенную для возведения мостов и сборки различных их конструкций.

2 По каким ГОСТам и из какого металла изготавливают

Швеллер, обозначаемый 100x50x3, как и все остальные гнутые стальные профили различных форм изготавливается в соответствии с техническими требованиями, указанными в ГОСТ 11474-76. Сортамент гнутых швеллеров, удельный вес всех типоразмеров, размерные характеристики и допуски к ним приведены в ГОСТ 8278-83. В обоих стандартах указано, что эти изделия изготавливают из холоднокатаной, а также горячекатаной стали трех видов:

• углеродистой обычного качества;
• качественной конструкционной углеродистой;
• низколегированной.

Швеллер 100x50x3

ГОСТы, в которых подробно описаны марки этих сплавов, перечислены в технических требованиях стандарта 11474-76 к изготовлению гнутых профилей. Что касается именно швеллера с размерами 100x50x3, то его производят из сталей ГОСТов: 16523-97, 17066-94 и 19281-89. В соответствии с техническими требованиями ГОСТ 11474 не все марки, описанные в этих стандартах, используются для изготовления гнутых профилей, а только имеющие временную сопротивляемость разрыву не больше 60 кгс/мм2 (588 МПа).

Из углеродистых обычного качества для производства гнутого швеллера чаще всего применяют сталь Ст3 (ГОСТ 16523) с различными степенями раскисления:

• спокойную (СП) – то есть Ст3сп;
• полуспокойную (ПС) – Ст3пс;
• кипящую (КП) – Ст3кп.

Гораздо реже используют Ст4, тоже с различными степенями раскисления.

Качественную конструкционную углеродистую сталь по сравнению с двумя другими видами металлов используют для изготовления гнутых профилей гораздо реже. Согласно ГОСТ 16523 это следующие марки: 08, 08кп, 08пс, 10, 10пс, 10кп, 15, 15пс, 15кп, 20, 20пс, 20кп, 25 и 30.