Сравнение двутавра и швеллера на прочность, в зависимости от прилагаемой нагрузки

Швеллер и двутавр — это виды металлических изделий с высокими прочностными характеристиками. Они популярны в строительстве, при изготовлении среднего и тяжелого оборудования, при производстве технологических линий. При одинаковой высоте двутавра и стенок швеллера и сопоставимых размерах полок двутавр имеет показатели высокой прочности и жесткости. Однако многое зависит от условий использования металлопроката, направления приложенных нагрузок и способов крепления.

Металлоизделия с П- и Н-образным профилем применяются именно в тех областях, в которых наиболее полно задействуются их технические характеристики.

Основные характеристики швеллера

Металлопрокат этого типа производится путем горячей прокатки и гибки полосовых заготовок. Согласно таблицам ГОСТ 8240 высота стенки стального швеллера 50-400 мм. Горячекатаный прокат с наклонными внутренними краями полок имеет увеличенную площадь поперечного сечения и по прочностным характеристикам аналогичен аналогам с профилем I. С целью повышения прочности и устойчивости к низким температурам прокат изготавливается из высококачественной стали.

Швеллер удобен для монтажа на ровных поверхностях. Прокат используется для усиления бетонных конструкций, создания каркасных конструкций, в производстве легкой техники и механизмов. В частном строительстве лучший выбор — швеллер, а не двутавр, что объясняется сочетанием достаточной прочности и доступной стоимости П-образного профиля. Двутавр, благодаря своей массивности и высокой прочности, в основном является применяется в крупном промышленном и гражданском строительстве.

Основные характеристики двутавровой балки

Двутавры изготавливаются с наклонными гранями полок по ГОСТ 8239-89, ассортимент продукции с параллельными гранями соответствует таблицам ГОСТ 26020 или СТО АСЧМ 20-93. Продукция отличается высокой жесткостью и прочностью, на величину которой, помимо размеров поперечного 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

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.

Преимущества двутавров

Металлическая балка в 7 раз прочнее и в 30 раз жестче квадратной трубы с той же площадью сечения. А также она надежнее швеллера.

Одно из главных преимуществ металлопроката — хорошая свариваемость.

Устойчивость металлоизделия к нагрузкам избавляет от необходимости применения дополнительной арматуры.

Н-образный профиль имеет небольшой вес, что позволяет снизить общую массу конструкции.

Прокат отличается устойчивостью к нагрузкам на сжатие и изгибание. Такие характеристики дают возможность использовать его для возведения мостовых сооружений.

Чем отличаются визуально?

Сначала стоит разобраться, что представляет собой каждый прокат. Швеллер – изделие с 2 полками, закрепленными на стенке, имеет форму буквы П. Подобный профиль делят на:

• швеллеры П-образного сечения горячекатаные;
• швеллеры П-образного сечения гнутые.

Вне зависимости от вида регулирует производство швеллеров ГОСТ 8240, в котором также указаны нормативные характеристики существующих марок и подвидов швеллерных заготовок.

Двутавр – металлическое изделие, состоящее из двух вертикальных полок, центры которых соединяет стенка. Характеризуется повышенной прочностью на прогиб и надежностью, выпускается длиной от 4 до 12 метров и имеет сплошное сечение в форме буквы Н.

Производство подобных элементов регулируют два нормативных документа: ГОСТ 8239 и ГОСТ 26020.

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.

Отличия в применении

Двутавр – востребованный в строительстве прокат, который используют в роли несущих балок при возведении крупных объектов:

• мостов;
• высотных конструкций;
• промышленных зданий.

Швеллер лучше использовать в малоэтажном строительстве. Также часто применяется при возведении хозяйственных построек. Стоит отметить, что вне зависимости от назначения оба элемента используют как в роли перекрытий, так и в качестве элементов кровли.

Сортамент

Как уже говорилось, для швеллеров разработаны ГОСТы, для горячекатаных и холоднокатаных отдельные. В каждом документе есть сортамент, в котором отражены основные типоразмеры:

• высота профиля;
• толщина перемычки;
• толщина и длина полочек;
• справочные величины осей для расчёта конструкций.

Обозначения:

• b — ширина полки;
• s — толщина стенки;
• h — высота;
• t — толщина полки;
• r — радиус закругления полки;
• R — радиус кривизны;
• Z0 — расстояние от оси Y — Y до наружной грани стенки.

Для горячекатаных швеллеров в ГОСТ 8240-97 представлен сортамент швеллеров с высотой профиля от 50 до 400 мм:

В маркировке типов профилей отражены 2 параметра: высота профиля в сантиметрах и положение полочки:

• У – полочка наклонена к перемычке под углом не более 10%;
• П – полочка строго перпендикулярна к перемычке.

Соответственно, швеллер 24П с параллельными полочками и высотой профиля 240 мм, а 6,5У – с наклоненными полочками и высотой 65 мм.

В сортаменте встречаются обозначение швеллера с индексом «а». Таким образом маркируются изделия с одинаковой высотой, но разной шириной полочки. Например:

• у изделия 18П высота 180 мм, а ширина 70 мм;
• у профиля 18аП высота та же – 180 мм, а ширина – 74 мм.

Вне установленной маркировки производятся изделия с обозначением «С». Это указание на нестандартный размер, который сделан по индивидуальному заказу. Обычно такие балки получаются в результате конструктивных расчетов специфических конструкций и механизмов.

Аналогичным образом устроен сортамент с размерами швеллеров холодной прокатки в ГОСТ 8278-83. Он предполагает производство профилей с высотой от 25 до 410 мм.

В обоих регламентирующих документах масса изделий рассчитана по номинальным размерам для стали с плотностью 7,85 г/см2. Для определения более точного веса необходимо знать характеристики используемого металла.

Сравнение других характеристик

Разница между двумя профилями кроется также в особенностях производства. Двутавровые балки получают путем сварки полок и стенки. Производство включает несколько этапов, основные:

• подготовка заготовок;
• сборка конструкции профиля;
• сварка элементов друг с другом.

Очень редко двутавры производят горячекатаным способом, чего не сказать о швеллерах. Помимо такой методики, ГОСТ позволяет изготовление швеллерных профилей осуществлять путем сгиба заготовок. Горячекатаное производство швеллеров подразумевает нагрев материала до высокой температуры посредством применения специального оборудования с последующим приданием заготовке требуемой формы. Гнутые элементы изготавливают холодным способом, сгибая края листов под нужным углом.

Если сравнивать оба материала по цене, то швеллер будет дороже, так как тяжелее. Двутавровые балки обладают небольшим весом на погонный метр, поэтому профиль популярен во многих сферах.

Что прочнее на изгиб – двутавр или швеллер?

При одинаковых характеристиках (материал, длина, толщина среза) балка с двутавровым сечением выдерживает изгиб лучше, чем швеллер. Прочность изгиба также зависит от того, будет ли балка жестко закреплена или она будет стоять на опорах, а также от длины прогона.

Цена

Оптовые базы измеряют стоимость проката в тоннах. Отметим, что из-за меньшей удельной массы одна тонна швеллера будет включать в себя больше погонных метров.

Цена профилей для промышленного использования зависит от материала и способа изготовления. Если прокат приобретается на рынке «на глазок», то цена погонного метра простого швеллера будет однозначно меньше цены балки такого же сечения.

Таким образом, определять, какой именно профиль применяется в той или иной ситуации, следует исходя из вышеперечисленных факторов. Если от конструкции требуется многолетняя надежная служба, то лучше заказать расчеты и подбор металлопроката у специалистов.

Тавр, двутавр, швеллер, уголок: что выбрать?

Помимо швеллеров и двутавров, весьма востребованы в промышленной сфере и другие виды изделий металлического проката – тавры и уголки. Это более простые виды профилей, также используемые в строительстве и ремонте:

• Уголок (холодногнутый, горячекатаный) — алюминиевое или стальное изделие, применяемое для возведения и укрепления сооружений, а также в качестве отделочного элемента при косметических ремонтах. В разрезе уголок имеет вид буквы «Г». В зависимости от длины полок металлический уголок может быть равнополочным и неравнополочным.
• Тавр – этот вид металлопрокатных изделий изготавливается преимущественно из алюминия. Его назначение – принимать на себя основной вес строительной конструкции, повышая тем самым ее прочность и безопасность эксплуатации. Сечение тавра напоминает букву «Т».

Будучи более легкими, тавры и уголки чаще используются для строительства и отделки небольших построек, а также для монтажа временных металлических конструкций (сцен, рыночных и ярмарочных павильонов, съемочных декораций).

Выбирая профиль, следует принимать во внимание цель, с которой она покупается (армирование бетона, укрепление перекрытий).

Значение также имеют такие параметры, как общий размер будущего сооружения, примерная нагрузка, которая ляжет на него, а также прогнозируемое время эксплуатации.

Наиболее жесткое соединение дает балка с двутавровым сечение, за ней по степени надежности следуют тавровая и швеллерная балки, последнее место по прочности занимают уголки.

Как экономить при покупке металлопроката

Для одной и той же задачи можно воспользоваться различными металлопрокатными профилями. Правильный подбор сортамента позволит вам сэкономить не только деньги, но и усилия. Также для многих конструкций (не предъявляющих повышенных требований) достаточно выбрать сортамент обычной прочности и жесткости.

Другой способ уменьшить затраты — купить профиль немерной длины, который продается по более низкой цене, чем мерный сортамент. Но учтите, если изделие участвует в типовой постройке, то профиль, скорее всего, придется обрезать, а это уже сомнительная экономия.

В некоторых случаях лучший способ экономии — это не скупиться и приобрести хорошую прокатную сталь с антикоррозийным покрытием для того, чтобы готовое изделие служило долго, не требовало ни ремонта, ни замены деталей.

Специальные профили

Швеллеры, сделанные на заказ, могут маркироваться в соответствии со спецификой применения:

• «С» — специальные (ГОСТ 19425-74), их чаще используют в автомобилестроении и производстве машинного оборудования станков, кранов и других механизмов;
• «В» — для вагоностроения, производятся по ГОСТ 5267.1-90;
• «М» — изделия для подвесных путей (машинные).

Швеллер из цветных металлов

Менее высокими характеристиками отличаются швеллеры из цветных металлов. Они могут быть использованы в качестве составляющих для несущих конструкций, то только по результатам точных инженерных расчетов.

Балки из цветных металлов оптимально использовать для возведения небольших построек (коттеджей, дач, гаражей и хозяйственных помещений).

Алюминий

Сортамент алюминиевых швеллеров представлен в таблицах ГОСТ 13623-90. У них другие обозначения и свойства, нежели у стальных. Как правило, изделия имеют малую прочность, поэтому для больших нагрузок не походят.
Швеллеры получают методом штампования. Это известные всем строительные профили для гипсокартонных конструкций, навесных систем вентилируемых фасадов, декоративных арок. Изделиям можно придавать разную форму, за что их любят дизайнеры интерьеров. Кроме того, швеллеры из алюминия используют в мебельной промышленности.