Что такое швеллер: разновидности, применение

Что такое швеллер? Это металлический профиль с П-образным сечением, сделанный из стали или алюминия. Его конструкция обеспечивает высокую прочность и жесткость, что делает популярным в строительстве и промышленности.

Где используется? Швеллер применяется в создании каркасов зданий, мостов, опорных конструкций, а также в машиностроении и вагоностроении. Благодаря своей надежности и универсальности он является ключевым элементом в устойчивых и долговечных сооружениях.

Что такое швеллер

Металлический швеллер является одной из самых популярных и легко узнаваемых разновидностей металлопроката. Его название происходит от фамилии немецкого инженера, который первым начал использовать этот профиль в строительстве.

Такая конструкция делает его востребованным в строительстве и машиностроении, поскольку он отлично переносит высокие нагрузки и обеспечивает надежное крепление деталей. Профиль отличается особой устойчивостью к изгибающим усилиям в поперечном направлении.

Большинство швеллеров имеет классическую П-образную форму с параллельными полками, однако существуют и специальные модификации с наклонными гранями. Подобные профили обладают оптимальным сочетанием прочностных характеристик и легкости, что расширяет сферу их применения в ответственных строительных конструкциях, работающих в условиях повышенных механических нагрузок.

К ключевым преимуществам металлических швеллеров относятся:

• устойчивость к деформациям при изгибе, растяжении и сжатии;
• исключительная прочность материала;
• стойкость к ударным воздействиям, защищающая конструкции от разрушения.

Фото: P.Design04 / Freepik

Металлические швеллеры, соответствующие ГОСТ, не имеют изъянов, ведущих к повреждению построенных конструкций. Профили, выпущенные с соблюдением всех нормативов, представляют наиболее прочный и безопасный вид металлопроката.

Характеристики швеллера

Для правильного подбора швеллеров в несущие конструкции необходимо учитывать их прочностные характеристики (продольные и поперечные), коэффициент температурного расширения, массу, свариваемость и другие параметры – вся эта информация систематизирована в специальных таблицах, где указаны типоразмеры и технические свойства профилей.

В таблицах применяются следующие условные обозначения:

• s – толщина стенки профиля;
• x – расстояние до центра тяжести по оси;

• R – радиус внутреннего сопряжения;
• b – ширина полки;
• t – толщина полки;
• r – радиус закругления полки;
• h – высота швеллера;
• M – масса специального профиля;
• A – площадь поперечного сечения;
• S – статический момент полусечения;
• W – момент сопротивления;
• I – момент инерции;
• i – радиус инерции.

Таблицы содержат полную информацию о размерах швеллеров: ширине, высоте, толщине стенок и полок, а также других геометрических параметрах.

Эти показатели определяют эксплуатационные характеристики профиля. Научившись правильно интерпретировать маркировку и табличные данные, можно обойтись без самостоятельных вычислений параметров.

Профили маркируются цифрами от 5 до 40. По этому номеру определяется момент сопротивления, необходимый для расчетов нагрузок (статических и динамических). Вес металлопроката рассчитывается автоматически при вводе параметров в специальный калькулятор.

Разновидности швеллеров

Область использования швеллера определяется его типом. Производители металлопроката предлагают различные виды профилей, отличающиеся технологией изготовления, массой, габаритами и другими характеристиками.

Фото: P.Design04 / Freepik

Швеллеры классифицируют по способу производства:

• Горячекатаные (ГОСТ 8240-89). Стальная заготовка обрабатывается на прокатном стане, где ее нагревают до температуры рекристаллизации. Профиль формируется за счет многократного пропускания металла через систему валков.
• Специальные (ГОСТ 19425-74) – горячекатаные профили узкого назначения для машино- и вагоностроения.
• Швеллеры гнутые (холоднокатаные) — это такое изделие, которое создают методом холодной деформации для арок и сводов.

Между горячекатаными и холоднокатаными швеллерами есть существенные различия. Холоднокатаные профили имеют гладкую поверхность, меньшую массу и скругленные внешние углы. Горячекатаные отличаются строгой геометрией, стандартными габаритами и утолщениями на изгибах.

Холоднокатаные профили делятся на:

• Равнополочные (изготавливаются из рулонной стали стандартного качества и углеродистой конструкционной, ГОСТ 8278-93).
• Неравнополочные (производятся из стандартной, низколегированной и углеродистой рулонной стали, ГОСТ 8281-80).

По точности проката швеллеры классифицируют:

• Категория «А» – высокая точность (для всех типов: специальных, горячекатаных и гнутых).
• Категория «Б» – повышенная точность (для холоднокатаных изделий).
• Категория «В» – обычная точность (для специальных, горячекатаных и холоднокатаных профилей).

Ассортимент горячекатаных швеллеров ограничен из-за производства на типовых прокатных станах, тогда как гнутые профили представлены в более широком сортаменте.

При проектировании металлоконструкций важно учитывать стандартные длины швеллеров – от 2 до 12 метров, которые доступны в продаже.

Длина швеллеров может быть следующих типов:

• мерной,
• немерной,
• кратной мерной,
• ограниченной.

Фото: EyeEm / Freepik

В маркировке применяются специальные буквенные обозначения формы профиля:

• У – с уклоном внутренних граней (дает повышенную жесткость).
• П – с параллельными гранями.
• Л – облегченный вариант с параллельными гранями.
• Э – экономичный (для горячекатаных профилей).
• С – специального назначения.
• В – вагонного типа.
• М – для подъемных механизмов.

Буква «а» в маркировке обозначает усиленную модификацию профиля, которая имеет большую массу при одинаковых габаритах со стандартным вариантом.

Актуальный сортамент размеров представлен в каталогах производителей металлопроката и специализированных справочниках.

Сферы применения швеллеров

Швеллер фасонного металлопроката востребован в различных сферах промышленности благодаря оптимальному сочетанию жесткости и нагрузочной способности. Основные области использования:

• строительная отрасль;
• автомобилестроение;
• производство вагонов;
• общее машиностроение.

В строительной сфере швеллер активно используют при создании несущих опорных систем, подвергающихся значительным нагрузкам. Что такое швеллер в современном строительстве, инженеры объясняют при проектировании каркасов зданий. Он необходим при производстве перекрытий, пандусов, лестничных маршей и каркасов зданий. Особое значение имеет его применение в качестве армирующего элемента для ЖБИ-конструкций стен и кровельных систем.

В машиностроении, автомобильной и вагонной промышленности широко применяются специализированные швеллеры. Их изготавливают под конкретные инженерные задачи, например, для сборки рам, каркасов и других несущих элементов. В тяжелом машиностроении такие профили служат крановыми балками, обеспечивая перемещение грузоподъемной техники. Основная сфера использования — монтаж опорных конструкций, где критически важны прочность и устойчивость:

• каркасов рекламных конструкций;
• элементов двигательных систем и рам;
• опорных элементов мостов;
• конструкций для линий электропередач.

Для укрепления проемов рекомендуется использовать угловой швеллер трех основных типов:

• Цокольный профиль идеален для создания черновых полов, обеспечивая надежное разделение жилых помещений и подвальных пространств. Специальные балки в конструкции гарантируют необходимую прочность.
• Межэтажные профили применяются при возведении многоуровневых зданий. Эти элементы служат для разделения пространств между этажами: верхняя поверхность швеллера формирует пол верхнего уровня, а нижняя — потолок помещений, расположенных этажом ниже.
• Чердачный предназначен для разделения чердачных или мансардных помещений с нижними этажами. Специальный П-образный профиль обеспечивает необходимую жесткость конструкций.

Работы по планировке и укреплению проемов чаще всего выполняются в жилых помещениях. Основной выбор падает на металлические швеллеры чердачного и межэтажного типа. Для частных малоэтажных строений дополнительно применяют цокольные профили.

В конструктивном отношении швеллеры разделяют на плитные и балочные — оба типа применяются для укрепления проемов. При плитном решении выполняется монтаж железобетонной плиты перекрытия, которая закрепляется на несущие стены.

Использование швеллера требуется в случаях, когда планируется демонтаж фрагмента несущей стены: подобные ситуации предполагают необходимость усиления конструкции для минимизации риска обрушения.

Балочные перекрытия традиционно собирают из стандартных двутавровых или деревянных балок с последующим монтажом настила.

Швеллер применяют для усиления при обнаружении деформаций существующих балок или реконструкции проемов. Также он обеспечивает необходимую прочность при устройстве лестниц и выполнении других монтажных работ.

Швеллеры также оснащают аварийными тормозными ловителями, используя их как направляющие в грузоподъемных механизмах. Этот же материал служит основой для пандусных конструкций в промышленных тележках и инвалидных колясках.

Фото: wirestock / Freepik

Область применения швеллеров гораздо шире перечисленных вариантов благодаря их универсальным характеристикам.

Критерии выбора металлического швеллера

При выборе металлических швеллеров следует подбирать профили соответствующего типа и класса, ориентируясь на минимальные габариты и массу, а также учитывая осевую инерцию, сопротивление элемента и радиус инерции.

Неопытные строители часто приобретают металлопрокат с избыточным запасом прочности (по толщине, ширине и весу). Швеллеры должны уверенно выдерживать нагрузку, как минимум в три раза превышающую расчетную. Это особенно критично при возведении зданий в сейсмически опасных районах.

О качестве сварных соединений можно судить по устойчивости сплава к температурным деформациям, предотвращающим образование избыточных микротрещин при охлаждении. Обычные среднеуглеродистые стали (например, Ст3) не всегда соответствуют этим требованиям. Для подбора металлических швеллеров с необходимыми механико-физическими свойствами, пригодных для строительства каркасно-монолитных жилых зданий, рекомендуется консультация с производителем металлопроката.

П-образные стальные профили – распространенный вид металлопроката, производимый как в РФ, так и за границей. Учитывая идентичность производственных процессов, выгоднее выбирать российские швеллеры: их стоимость более конкурентоспособна при сохранении качества на уровне импортных изделий.

При проектировании конструкций важно использовать металлические швеллеры стандартных размеров, регламентированных ГОСТом. Такой подход оптимизирует процесс строительства: точные расчеты позволяют определить требуемое количество профилей, их несущую способность и минимизировать расходы на избыточный металлопрокат.

Часто задаваемые вопросы о швеллерах

Как с помощью швеллеров укрепляют проемы в стенах?

Монтаж конструкции включает последовательные этапы:

• Разборка фрагмента конструкции или формирование нового проема заданных размеров. Монтаж временных страховочных опор, исключающих риск обрушения и перераспределяющих нагрузку на период работ.
• Монтаж швеллера заданного размера: сначала фиксируются вертикальные опоры, затем устанавливается горизонтальная стальная балка в верхней зоне. Критически важно расположить профиль полками вверх – это усиливает прочность конструкции и улучшает распределение нагрузок.

Фото: Shavr IK / Unsplash

• Сварка элементов конструкции для повышения прочности с последующим креплением вертикальных балок к стенам проема. Нижний участок бетонируется в основание. В отдельных случаях предварительно монтируются закладные пластины, к которым привариваются вертикальные опоры.
• Если крепление болтами к стенам невозможно, применяются химические анкеры с последующим заполнением образовавшихся пустот монтажной пеной.
• Если крепление болтами к стенам невозможно, применяются химические анкеры с последующим заполнением образовавшихся пустот монтажной пеной.
• Заключительный этап – установка стеновых панелей и окончательная отделка.

Какой длины бывают швеллеры?

Учитывая широкий сортамент и активное применение швеллеров в строительных конструкциях, их классифицируют по длине для удобства использования:

• Швеллеры мерной длины — изделия с фиксированными параметрами (4–12 м). В партии допустима кривизна по длине не более 0,2 %. Для 6-метровых профилей отклонение от номинала не превышает 40 мм, а для 12-метровых — 80 мм.
• Швеллеры кратной мерной длины — прокат нарезается на сегменты заданного размера. При длине до 6 м (высокая точность профиля) допустимое отклонение по длине не превышает 30 мм.

• Немерные швеллеры — партия содержит элементы разной длины. Обычно это отрезки длиной менее 3 м.

Такая классификация позволяет приобретать металлопрофиль с требуемыми размерами без лишних затрат, которые формируются из-за образования большого количества остатков при раскрое и порезке материала. 

Какую нагрузку может выдержать швеллер?

Швеллеры разделяют по допустимой нагрузке, характеристикам и сфере применения:

• Швеллер 8 — снижение напряжения в строительных конструкциях без значительного утяжеления (малый вес, ограниченная несущая способность).
• Швеллер 10 — монтаж колонн и армированных опор (устойчивость к вертикальному давлению).
• Швеллер 12 — сварка крупных конструкций, усиление несущих элементов зданий и кровельных каркасов.
• Швеллер 14 — строительство мостов, ферм с большими пролетами, кровельных прогонов (повышает жесткость и стабильность конструкций).
• Швеллер 16 — создание и усиление перекрытий, каркасов, прогонов (морозостойкость, эксплуатация при температурах ниже -55°С).
• Швеллер 18 — возведение каркасов зданий, цоколей, фундаментов, высоких колонн, эстакад, мостовых систем.
• Швеллер 20 — строительство высотных объектов, масштабных перекрытий, опорных столбов (универсальность применения).
• Швеллер 24 — укрепление оснований, устройство ростверков, эстакад, колонн, мостов (максимальная прочность и несущая способность).

Швеллер служит многофункциональным и незаменимым элементом в строительстве и металлообработке.

Разнообразие типоразмеров и конфигураций обеспечивает использование профиля в различных сферах. Эта металлоконструкция служит прочной основой для инженерных решений, сохраняя устойчивость под значительными нагрузками.

Изображение в шапке статьи: Declan Sun / Unsplash