Рішення ключових завдань в будівництві, виробництві середньої та важкої техніки неможливо без використання базових видів металевого фасонного прокату – двотавра і швелера. Ці два різновиди виробів досить затребувані та незамінні там, де потрібна гарантована міцність і здатність профілю чинити опір деформації. Забезпечити такі експлуатаційні якості конструкцій може тільки метал, як основний матеріал для їх виробництва. З метою підвищення антикорозійних властивостей використовується нержавіюча або вуглецева оцинкована сталь.
Що таке двотавр?
Різновид гарячекатаного сталевого прокату, що забезпечує міцність і жорсткість, з характерним розташуванням внутрішніх граней полиць ще називають двотавровою балкою. Вона випускається довжиною від 4 до 12 м, має суцільний переріз у вигляді літери «Н», причому, велика частина металу доводиться на полиці. Профіль відповідає стандартам:
- ДСТУ 8768 (ГОСТ 8239) – гарячекатані вироби з нахилом внутрішніх граней полиць;
- ГОСТ 26020 – профіль з паралельними гранями полиць після гарячої прокати.
Відповідаючи на питання про те, що таке двотавр, потрібно брати до уваги й алюмінієві, дерев'яні, склопластикові, залізобетонні вироби. З усім тим, найбільш широке розповсюдження отримав сталевий аналог, незамінний при створенні випробуючих значні навантаження перекриттів. Найбільш важливі характеристики металевого профілю – висока жорсткість й міцність.
Опірність виробу до деформації визначають дві основні величини: момент інерції та момент опору двотавра. На їх значення впливає вид навантаження, матеріал виготовлення балки, протяжність від одного опорного кінця до іншого, розподіл зусиль по двотавру – по всій його протяжності або в одній конкретній точці.
Швелер: коротка характеристика
Для надання необхідної міцності бетонним будівлям, створення міцних каркасів, виготовлення легких машин й механізмів, в приватному будівництві, де використовуються перекриття невеликих будівель, масивна двотаврова балка може бути замінена маловагомим й дешевим металопрокатом з П-подібним профілем.
Сталевий швелер – це вид металовиробів з висотою стінки 50-400 мм та довжиною від 6 до 12 метрів. Сортамент й характеристики регламентуються ДСТУ 3436 (ГОСТ 8240), ДСТУ 8807(ГОСТ 19425). Полиці в П-подібному продукті виконуються паралельними або з ухилом внутрішніх граней. Для швелера характерно те, що його стінка та основна вісь інерції між собою не збігаються, а по товщині стінки він має параметри в межах від 0,4 до 1,5 см. По ширині граней полиць розрізняють рівнополичні й нерівнополичні вироби (гнуті). Ця та інша інформація по кожному виду швелера міститься в маркуванні. Висота фасонного продукту – його номер.
Важливо розуміти, що таке швелер для будівництва. Його стійкість до зусиль на вигин й розрив, стиск, високий опір бічним напруженням неоціненна. До того ж профільний прокат не скручується навколо поздовжній вісі. Гнутий різновид виробів характеризується нестандартними розмірами, які досягаються шляхом холодного профілювання плоскої заготівлі. При відносно невеликій металоємності й завдяки П-подібному перетину, несуча здатність швелера гарячекатаного досить висока. Тому при зведенні кранових мостів, прольотів в цехах, фермах, сталевих скелетів гаражів краще купити швелер - він просто незамінний.
Головні відмінності
Два види металопрокату, крім східних параметрів, мають й ряд відмінностей. Складним перетином у вигляді букви «Н» характеризується двотаврова балка – швелер має П-подібну конфігурацію у розрізі. Крім перетину відрізняються вироби й за міцністю. Двотаврова конструкція витримує більш високі навантаження, ніж швелер. Так, у розташованих поруч балок міцність зростає в 2 рази, а при їх накладенні одна на іншу – в чотири. Тому двотаври застосовуються в відповідальному будівництві. Швелер активно використовують в машинобудуванні, будівництві об'єктів різного призначення. Порівнюючи висоту основи, можна побачити, що у П-подібних гарячекатаних профілів вона варіюється в межах 50-400 мм (у гнутих - 25-410 мм), у сталевих балок – 100-600 мм.
Порівняння швелера і двотавра
Сфера застосування обох видів фасонного прокату досить широка. Але найбільш часто той та інший використовуються у перекритті споруд. Щоб розібратися, що краще: купити двутавр або швелер, проведемо їх порівняльний аналіз.
Всі форми сталевого профілю різного перетину виготовляються з якісного металу. Наявні особливості в геометричних параметрах, способах виробництва впливають на технічні характеристики. Для порівняння між собою двох видів металовиробів береться до уваги:
- спосіб виробництва;
- вага;
- матеріал виготовлення;
- геометричні розміри;
- опір вигину.
Від того, що характеристики та області застосування обох профілів дуже схожі, на рівні користувачів з'явилась «комбінована» назва –двотавровий швелер. Насправді й тому, та іншому профілю притаманні власні особливості, які враховуються при виборі.
Спосіб виробництва
Виготовляється фасонний прокат по-різному. Двутаври розміром 60 мм й більше – це в основному зварні вироби. Балки менших розмірів, як правило, гарячекатані. Вони більш зносостійкі та міцні, а двутавр зварений в процесі виготовлення проходить кілька стадій: виробництво заготовок, складання і зварювання.
Гнуті П-подібні конструкції отримують холодним способом шляхом вигину країв заготівлі під потрібним кутом. При такому підході можна отримати мінімальну товщину стінок, що позначається на зменшенні ваги й ціни виробу. Катаний швелер випускається на сортових станах методом гарячої прокатки. Тут нагрітому до високої температури напівфабрикату, надаються необхідні геометричні параметри під час прокатки в клітях з валками.
З чого виготовляють фасонні вироби?
Швелер та двотавр – це готові продукти з металів з мінімальним відсотком шкідливих домішок, а також зі сплавів зі збільшеним межею міцності, яким не потрібна подальша доробка. Сталевий прокат вважається самим надійнішим, зносостійким. У таблиці зведені найбільш затребувані марки сталі для П-профілю і балок.
|
Марка сталі/ міжнародний аналог |
Швелер |
Двотавр |
Зміст С, % |
Коротка характеристика |
|
ст3 пс/сп/ S235JR, A 414 Grade A, SS34 вуглецева конструкційна звичайної якості |
+ |
+ |
0,14-0,22 |
Підвищена міцність; стійкість до значних навантажень; довговічність; для гарячекатаних профілів. |
|
Ст4/E28-2, Fe430B, SM400A вуглецева нелегована |
+ |
+ |
0,18-0,27 |
Без схильності до відпускної крихкості. |
|
Ст5/SS 50, A 570 Grade 50 звичайної якості вуглецева |
+ |
|
0,28-0,37 |
Для гарячекатаних швелерів. |
|
09Г2С/13Mn6, 9MnSi5, 09G2S, SB49 кремнємарганцева низьколегована конструкційна |
+ |
+ |
0,09 |
Легка зварюваність, діапазон температур -70 +450°С; Підвищена межа міцності. |
|
17Г1С/AE355D, Fe510D1, 4360-50C, AE355D нелегована конструкційна якісна кремнємарганцева |
+ |
|
0,15–0,2 |
Виготовлення гарячекатаних швелерів; робота під тиском в температурному полі від -40 до + 475°С . |
|
10ХСНД/10ChSND низьколегована конструкційна хромокремнєнікелева з міддю |
+ |
|
≤0,12 |
Гарячекатані швелери, робота в агресивних умовах; широкий діапазон температур (-70+ 450°С); легка зварюваність; висока міцність – до 685 МПа. |
|
низьколегована конструкційна хромокремнєнікелева з міддю |
+ |
|
0,12–0,18 |
Для гарячекатаних швелерів; надає підвищену міцність прокату для робіт в складних кліматичних умовах; корозійностійка. |
|
С235/Е235-А, Fe360-A вуглецева будівельна |
+ |
+ |
0,22 |
Виготовлення металевого холодно й гарячекатаного прокату, гнутого профілю. |
|
08кп/1008, 1010, A619, A622, DC01, DC04, DD13, FeP01, FeP кипляча конструкційна вуглецева якісна |
+ |
|
0,05-0,11 |
Для холоднокатаного прокату; з необмеженою здатністю до зварювання. |
|
С 345/09Г2С, Cr.50tupe 1-4, SM490 марганцовіста низьколегована підвищеної міцності |
+ |
+ |
до 0,15 |
Щільність - 7850 кг/м3; для зварних металевих конструкцій; хороша теплопровідність; добрі струмопровідні властивості. |
|
AISI 304/1.4301 аустенітна нержавіюча з низьким вмістом вуглецю |
+ |
|
0,8 |
Стійкість до агресивних речовин; висока надійність та жароміцність; температурне поле експлуатації: -196+600°С |
Що міцніше – швелер або двотавр?
На фізичні параметри обох видів виробів впливають вимоги по експлуатації, вектор докладаємих навантажень, радіус заокруглення між полицями та стінкою, способи кріплення. Від того, що розташування центру тяжіння у кожного виду прокату різний, різниться їх опірність впливу навантажень. Наприклад, менш жорсткий П-профіль відмінно себе зарекомендував у невеликих за розміром конструкціях з косим вигином, а балка з високими характеристиками жорсткості популярна при зведенні перекриттів, здатних утримувати великі тяжкості.
У кожному конкретному випадку проводиться власна оцінка. Аналізуючи, що міцніше – двотавр або швелер, потрібно брати для порівняння металопрокат ідентичної висоти й товщини стінок, сумірної геометрії полиць (ширина, товщина). При рівних показниках більшою величиною жорсткості та міцності характеризується двотавр за умови, що обидва вироби використовуються як несучі балки, зафіксовані строго ортогонально.
Якщо порівнювати прокат однакового типорозміру по впливу бічних навантажень в перпендикулярному векторі до їх ортогональної вісі (площину поперечного перерізу), то надійніше виявиться швелер. Це пов'язано з тим, що центр ваги двотавру доводиться строго посередині його поперечного перерізу, а у швелера ця точка зміщена й виходить за межі перетину.
При експрес-аналізі можна скористатися табличними даними державних стандартів. У них надано величини моментів опору обох виробів щодо вісі абсцис й ординат (Wx й Wy). Міцніше буде той вид металопрокату, у якого ці показники виявляться вище.
|
Характеристики |
Вид фасонної продукцї |
||||||
|
Двотавр |
Швелер |
||||||
|
20 ДСТУ 8768 |
20С ДСТУ 8807 |
20Са ДСТУ 8807 |
20С ДСТУ 3436 |
20Е ДСТУ 3436 |
20П ДСТУ 3436 |
||
|
Стінка: розміри (мм) |
h |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
|
s |
5,2 |
7 |
9 |
7 |
4,9 |
5,2 |
|
|
Полиця: розміри, (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 |
|
Умовні позначення:
- h – висота;
- s – товщина;
- b – ширина;
- d – товщина;
- R – радіус заокруглення між стінкою і полицею;
- S – площа поперечного перерізу;
- m – маса 1 метра виробу;
- W-x, W-y – показники опору щодо вісей координат.
Підбір двотавра, як і швелера за розрахунковими характеристиками, що забезпечують необхідну міцність, проводиться за даними стандартів на ці види виробів. Аналіз наведених табличних значень показує, що найвищі показники величин опору по вісях Wх і Wу у двотавра 20Са.
Можна протестувати між собою по стійкості до навантажень і 3 види швелера. Відзначається, що найбільшу опірність зусиллям, спрямованим ортогонально збоку на полиці профілю, демонструє швелер 20Е (економічний) з симетричними гранями полиць. Це при тому, що він програє по площі перетину, розмірами стінки та питомій масі двом іншим зразкам.
Ціна
Оптові продажі профілів обох видів проводяться в тонах. На ціну впливає спосіб виробництва й вид металу. Так, при однакових показниках Н-подібний профіль зі сталі 09Г2С буде на 17-20% дорожче такого ж зразка зі ст3.
У меншому за вагою П-профілі в 1 тоні міститься більше погонних метрів. Балка з високим коефіцієнтом жорсткості та міцності обійдеться дорожче. На вартість прокату впливає також обсяг замовлення, умови поставки.
Швелер або двотавр: що ж вибрати?
Визначатися з вибором потрібного виду прокату потрібно, перш за все, виходячи з його призначення. Орієнтовний основний показник – міцність. Враховується також типорозмір. Якщо за цими характеристиками можливі два варіанти вибору, й обидва вони задовольняють умовам, в тому числі по міцності та корозійної стійкості, то раціональніше купити швелер за меншу ціну.
За цим алгоритмом вибору двотаври спеціальні й з великими параметрами найбільше знаходять застосування в якості несучих балок для масивних будівельних об'єктів. Вони незамінні в облаштуванні споруд з довгими проміжками між опорними блоками й значними навантаженнями. При ідентичних технічних показниках двотавр при впливі сили на вигин поводиться надійніше, ніж швелер.
На відміну від балки П-профіль вважається більш поширеним прокатом. Область його застосування досить широка – від будівельних робіт до використання в якості заготовок для технічних деталей. Як і двотавр, швелер може бути несучим елементом будови за умови відповідності міцності розрахунковому навантаженні.
Часто металеві П-профілі зварюють разом і отримують продукт подібний двотавру. Назвати повноцінною заміною балці цю конструкцію неможна – вона хоч й міцна, але поступається оригінальному прокату. Раціонально буде використовувати вже готові оригінальні вироби в залежності від виду робіт.
Сьогодні купити двотавр або швелер можна у багатьох постачальників. Однак не всі з них реалізують фасонний прокат, виготовлений згідно ГОСТ/ДСТУ. Невідповідність стандарту може викликати руйнування конструкцій при експлуатації, привести до загибелі людей або піддати їх життя небезпеці.
Не варто ризикувати. Довіряйте тільки перевіреному виробнику. Компанія «Метінвест-СМЦ» вже давно є лідером в даному сегменті на ринку металопрокату. Ми завжди готові до співпраці, надання будь-якої допомоги та гарантуємо високу якість нашої продукції.
