Решение ключевых задач в строительстве, производство средней и тяжелой техники невозможно без использования базовых видов металлического фасонного проката – двутавра и швеллера. Эти две разновидности изделий достаточно востребованы и незаменимы там, где нужна гарантированная прочность и способность профиля сопротивляться деформации. Обеспечить такие эксплуатационные качества конструкциям может только металл в качестве основного материала для их производства. В целях повышения антикоррозионных свойств используется нержавеющая или углеродистая оцинкованная сталь.
Что такое двутавр?
Разновидность горячекатаного стального проката, обеспечивающего прочность и жесткость, с характерным расположением внутренних граней полок еще называют двутавровой балкой. Она выпускается длиной от 4 до 12 м, имеет сплошное сечение в виде буквы «Н», причем, большая часть металла приходится на полки. Профиль соответствует стандартам:
- ДСТУ 8768 (ГОСТ 8239) – горячекатаные изделия с уклоном внутренних граней полок;
- ГОСТ 26020 – профиль с параллельными гранями полок после горячей прокатки.
Отвечая на вопрос о том, что такое двутавр, нужно принимать в расчет и алюминиевые, деревянные, стеклопластиковые, железобетонные изделия. Все же, наиболее широкое распространение получил стальной аналог, незаменимый при создании испытывающих значительные нагрузки перекрытий. Наиболее важные характеристики металлического профиля – высокая жесткость и прочность.
Сопротивляемость изделия к деформации определяют две основные величины: момент инерции и момент сопротивления двутавра. На их значение влияет вид нагрузки, материал изготовления балки, протяженность от одного опорного конца к другому, распределение усилий по двутавру – по всей его протяженности или в одной конкретной точке.
Швеллер: краткая характеристика
Для придания необходимой прочности бетонным строениям, создания прочных каркасов, изготовления легких машин и механизмов, в частном строительстве, где используются перекрытия небольших строений, массивная двутавровая балка может быть заменена маловесным и дешевым металлопрокатом с П-образным профилем.
Стальной швеллер – это вид металлоизделий с высотой стенки 50-400 мм и длиной от 6 до 12 метров. Сортамент и характеристики регламентируются ДСТУ 3436 (ГОСТ 8240), ДСТУ 8807 (ГОСТ 19425). Полки в П-образном продукте выполняются параллельными или с уклоном внутренних граней. Для швеллера характерно то, что его стенка и основная ось инерции между собой не совпадают, а по толщине стенки он имеет параметры в пределах от 0,4 до 1,5 см. По ширине граней полок различают равнополочные и неравнополочные изделия (гнутые). Эта и другая информация по каждому виду швеллера содержится в маркировании. Высота фасонного продукта – его номер.
Важно понимать, что такое швеллер для строительства. Его устойчивость к усилиям на изгиб и разрыв, сжатие, высокое сопротивление боковым напряжениям неоценима. К тому же швеллер не скручивается вокруг продольной оси. Гнутая разновидность изделий характеризуется нестандартными размерами, которые достигаются путем холодного профилирования плоской заготовки. При относительно небольшой металлоемкости и благодаря П-образному сечению, несущая способность швеллера горячекатаного достаточно высокая. Поэтому при возведении крановых мостов, пролетов в цехах, фермах, стальных скелетов гаражей лучше купить швеллер - он просто незаменим.
Главные отличия
Два вида металлопроката, кроме сходных параметров, содержат и ряд отличий. Сложным сечением в виде буквы «Н» характеризуется двутавровая балка – швеллер имеет П-образную конфигурацию в разрезе. Кроме сечения отличаются изделия по прочности. Двутавровая конструкция выдерживает более высокие нагрузки, чем швеллер. Так, у расположенных рядом балок прочность возрастает в 2 раза, а при их наложении одна на другую – в четыре. Поэтому двутавры применяются в ответственном строительстве. Швеллер активно используют в машиностроении, возведении объектов различного назначения. Сравнивая высоту основания, можно увидеть, что у П-образных горячекатаных профилей она варьируется в пределах 50-400 мм (у гнутых – 25-410 мм), у стальных балок– 100-600 мм.
Сравнение швеллера и двутавра
Сфера применения обоих видов фасонного проката довольно широкая. Но наиболее часто и тот и другой используются в перекрытии сооружений. Чтобы разобраться, что лучше: купить двутавр или швеллер, проведем их сравнительный анализ.
Все формы стального профиля разного сечения изготавливаются из качественного металла. Имеющиеся особенности в геометрических параметрах, способах производства влияют на технические характеристики. Для сравнения между собой двух видов металлоизделий берется во внимание:
- способ производства;
- вес;
- материал изготовления;
- геометрические размеры;
- сопротивление изгибу.
От того, что характеристики и области применение обоих профилей очень схожи, на пользовательском уровне появилось «комбинированное» название – двутавровый швеллер. В действительности и тому, и другому профилю присущи свои особенности, которые учитываются при выборе.
Способ производства
Изготавливается фасонный прокат по-разному. Двутавры размером 60 мм и более – это в основном сварные изделия. Балки меньших размеров, как правило, горячекатаные. Они более износостойкие и прочные, а двутавр сварной в процессе изготовления проходит несколько стадий: производство заготовок, сборка и сварка.
Гнутые П-образные конструкции получают холодным способом путем изгиба краев заготовок под нужным углом. При таком подходе можно получить минимальную толщину стенок, что сказывается на уменьшении веса и цены изделия. Катаный швеллер выпускаются на сортовых станах методом горячей прокатки. Здесь нагретому до высокой температуры полуфабрикату, придаются нужные геометрические параметры во время прокатки в клетях с валками.
Из чего изготавливают швеллер и двутавр?
Швеллер и двутавр – это готовые продукты из металлов с минимальным процентом вредных добавок, а также из сплавов с увеличенным пределом прочности, которым не нужна последующая доработка. Стальной прокат считается самым надежным, износостойким. В таблице сведены самые востребованные марки стали для П-профиля и балок.
|
Марка стали/международный аналог |
Швеллер |
Двутавр |
Содержание С. % |
Краткая характеристика |
|
ст3 пс/сп/ S235JR, A 414 Grade A, SS34 углеродистая конструкционная обыкновенного качества |
+ |
+ |
0,14-0,22 |
Повышенная прочность; устойчивость к значительным нагрузкам; долговечность; для горячекатаных профилей. |
|
Ст4/E28-2, Fe430B, SM400A углеродистая нелегированная |
+ |
+ |
0,18-0,27 |
Без склонности к отпускной хрупкости. |
|
Ст5/SS 50, A 570 Grade 50 обыкновенного качества углеродистая |
+ |
|
0,28-0,37 |
Для горячекатаных швеллеров. |
|
09Г2С/13Mn6, 9MnSi5, 09G2S, SB49 кремнемарганцевая низколегированная конструкционная |
+ |
+ |
0,09 |
Легкая свариваемость, диапазон температур -70 + 450°С; повышенный предел прочности. |
|
17Г1С/AE355D, Fe510D1, 4360-50C, AE355D нелегированная конструкционная качественная кремнемарганцовистая |
+ |
|
0,15–0,2 |
Изготовление горячекатаных швеллеров; работа под давлением в температурном поле от -40 до +475°С. |
|
10ХСНД/10ChSND низколегированная конструкционная хромокремненикелевая с медью |
+ |
|
≤0,12 |
Горячекатаные швеллеры, работа в агрессивных условиях; широкий диапазон температур (-70+ 450°С); легкая свариваемость; высокая прочность – до 685 МПа. |
|
15ХСНД/16Д низколегированная конструкционная хромокремненикелевая с медью |
+ |
|
0,12–0,18 |
Для горячекатаных швеллеров; придает повышенную прочность прокату для работ в сложных климатических условиях; коррозионно-устойчивая. |
|
С235/Е235-А, Fe360-A углеродистая строительная |
+ |
+ |
0,22 |
Изготовление металлического холодно- и горячекатаного проката, гнутого профиля. |
|
08кп/1008, 1010, A619, A622, DC01, DC04, DD13, FeP01, FeP кипящая конструкционная углеродистая качественная |
+ |
|
0,05-0,11 |
Для холоднокатаного проката; с неограниченной свариваемостью. |
|
С 345/09Г2С, Cr.50tupe 1-4, SM490 марганцовистая низколегированная повышенной прочности |
+ |
+ |
до 0,15 |
Плотность – 7850 кг/м3; для сварных металлических конструкций; хорошая теплопроводность; хорошие токопроводящие свойства. |
|
AISI 304/1.4301 аустенитная нержавеющая с низким содержанием углерода |
+ |
|
0,8 |
Стойкость к агрессивным веществам; высокая надежность и жаропрочность; температурное поле эксплуатации: -196+600°С |
Что крепче – швеллер или двутавр?
На физические параметры обох видов изделий влияют требования по эксплуатации, вектор прикладываемых нагрузок, радиус закругления между полками и стенкой, способы крепления. От того, что расположение центра тяжести у каждого вида проката разное, разнится их сопротивляемость воздействию нагрузок. К примеру, менее жесткий П-профиль отлично себя зарекомендовал в небольших по размеру конструкциях с косым изгибом, а балка с высокими характеристиками жесткости популярна при возведении перекрытий, способных удерживать большие тяжести.
В каждом конкретном случае проводится своя оценка. Анализируя, что прочнее – двутавр или швеллер, нужно брать для сравнения металлопрокат идентичной высоты и толщины стенок, соизмеримой геометрии полок (ширина, толщина). При равных показателях большей величиной жесткости и прочности характеризуется двутавр при условии, что оба изделия используются как несущие балки, зафиксированные строго ортогонально.
Если сравнивать прокат одинакового типоразмера по воздействию боковых нагрузок в перпендикулярном векторе к их ортогональной оси (плоскость поперечного сечения), то надежнее выявится швеллер. Это связано с тем, что центр тяжести двутавра приходится строго посередине его поперечного сечения, а у швеллера эта точка смещена и выходит за границы сечения.
При экспресс-анализе можно воспользоваться табличными данными государственных стандартов. В них даны величины моментов сопротивления обоих изделий относительно оси абсцисс и ординат (Wx и Wy). Прочнее будет тот вид металлопроката, у которого эти показатели окажутся выше.
|
Характеристики |
Вид фасонной продукции |
||||||
|
Двутавр |
Швеллер |
||||||
|
20 ДСТУ 8768 |
20С ДСТУ 8807 |
20Са ДСТУ 8807 |
20С ДСТУ 3436 |
20Э ДСТУ 3436 |
20П ДСТУ 3436 |
||
|
Стенка: размеры (мм) |
h |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
|
s |
5,2 |
7 |
9 |
7 |
4,9 |
5,2 |
|
|
Полка: размеры, (мм) |
b |
100 |
100 |
102 |
73 |
76 |
76 |
|
d |
8,4 |
11,4 |
11,4 |
11 |
9,0 |
9,0 |
|
|
R (мм) |
9,5 |
9 |
9 |
11 |
12 |
9,5 |
|
|
S (см2) |
26,8 |
35,6 |
39,6 |
28,83 |
23,02 |
23,4 |
|
|
m (кг) |
21,0 |
27,9 |
31,1 |
22,63 |
18,07 |
18,4 |
|
|
W-x (см3) |
184 |
237 |
250 |
178,04 |
153,71 |
153 |
|
|
W-y (см3) |
23,1 |
31,8 |
33,3 |
24,19 |
25,54 |
25,2 |
|
Условные обозначения:
- h – высота;
- s – толщина;
- b – ширина;
- d – толщина;
- R – радиус закругления между стенкой и полкой;
- S – площадь поперечного сечения;
- m – масса 1 метра изделия;
- W-x, W-y – показатели сопротивления относительно осей координат.
Подбор двутавра, как и швеллера по расчетным характеристикам, обеспечивающим необходимую прочность, проводится по данным стандартов на эти виды изделий. Анализ приведенных табличных значений показывает, что выше всего показатели величин сопротивления по осям Wх и Wу у двутавра 20Са.
Можно протестировать между собой по устойчивости к нагрузкам и 3 вида швеллера. Отмечается, что самую большую сопротивляемость усилиям, направленным ортогонально сбоку на полки профиля, оказывает швеллер 20Э (экономичный) с симметричными гранями полок. Это при том, что он проигрывает по площади сечения, размерам стенки и удельной массе двум другим образцам.
Цена
Оптовые продажи профилей обоих видов проводятся в тоннах. На цену влияет способ производства и вид металла. Так, при одинаковых показателях Н-образный профиль из стали 09Г2С будет на 17-20% дороже такого же образца из Ст3.
В меньшем по весу П-профиле в 1 тонне содержится больше погонных метров. Балка с высоким коэффициентом жесткости и прочности обойдется дороже. На стоимость проката влияет также объем заказа, условия поставки.
Швеллер или двутавр: что же выбрать?
Определяться с выбором нужного вида проката нужно, прежде всего, исходя из его назначения. Ориентировочный основной показатель – прочность. Учитывается также типоразмер. Если по этим характеристикам возможны два варианта выбора, и оба они удовлетворяют условиям, в том числе по прочности и коррозийной устойчивости, то рациональнее купить швеллер за меньшую цену.
По этому алгоритму выбора двутавры специальные и с большими параметрами больше всего находят применение в качестве несущих балок для массивных строительных объектов. Они незаменимы в обустройстве сооружений с длинными промежутками между опорными блоками и значительными нагрузками. При идентичных технических показателях двутавр при воздействии силы на изгиб ведет себя надежнее, чем швеллер.
В отличие от балки П-профиль считается более распространенным прокатом. Область его применения достаточно широкая – от строительных работ до использования в качестве заготовок для технических деталей. Как и двутавр, швеллер может быть несущим элементом строения при условии соответствия прочности расчетной нагрузке.
Часто металлические П-профили сваривают вместе и получают продукт наподобие двутавра. Назвать полноценной заменой балке эту конструкцию нельзя – она хотя и прочная, но уступает оригинальному прокату. Рационально будет использовать уже готовые оригинальные изделия в зависимости от вида работ.
Сегодня купить двутавр или швеллер можно у многих поставщиков. Однако не все из них реализуют фасонный прокат, изготовленный согласно ГОСТ/ДСТУ. Несоответствие стандарту может вызвать разрушение конструкций при эксплуатации, привести к гибели людей или подвергнуть их жизни опасности.
Не стоит рисковать. Доверяйте только проверенному производителю. Компания «Метинвест-СМЦ» уже давно является лидером в данном сегменте на рынке металлопроката. Мы всегда готовы к сотрудничеству, оказанию любой помощи и гарантируем высокое качество нашей продукции.
