Чем отличается швеллер от двутавровой балки. Что прочнее: швеллер или двутавр

Швеллер или двутавр – этот вопрос озадачивает не только людей, решивших самостоятельно возвести дом либо гараж, но порой и профессионалов своего дела. Что будет рациональнее использовать? Чтобы определиться, профессионалы делают расчеты и анализ конструкции и материалов, из которых она будет изготовлена. Людям, не разбирающимся в данных вопросах, следует обратиться к специалистам, которые сделают нужный объем проектных работ и предоставят несколько вариантов с использованием швеллера и/или двутавра разных типоразмеров – тогда будет ясно, что лучше.

1

Конечно, двутавр. Он жестче и прочнее швеллера. Это обеспечивается за счет того, что у двутавра полки выступают с обоих сторон стенки и на одинаковое расстояние от нее. Благодаря чему нагрузка, воспринимаемая полками, воздействует на профиль в основном вертикально и его стенка работает практически только на противодействие сжатию. Силы, стремящиеся скрутить двутавр, малы или отсутствуют. В швеллере такие усилия, как правило, возникают, и значительной величины, так как полки выступают в роли односторонних рычагов. Многое, конечно, зависит от того, как ляжет и распределится по ним нагрузка. В то же время у двутавра полки обеспечивают жесткость стенки не с одной ее стороны, как у швеллера, а с двух.

Сравнивать, разумеется, следует изделия с одинаковыми типоразмерами (номерами профиля). То есть, чтобы у сравниваемых швеллера и двутавра была одна и та же высота стенки. Кроме того, у них должны быть одинаковые или хотя бы сопоставимые толщина полок и стенки. Это же условие распространяется и на ширину полок. И тогда сравниваемый со швеллером двутавр окажется прочнее его. Но это только если эти изделия используются в качестве несущей балки, установленной, как и положено, вертикально – поверхностью нижней полки на опоры (несущие стены сооружения).

Швеллер и двутавр

Если на сравниваемые профили одного типоразмера и с одинаковыми либо сопоставимыми толщиной стенки и размерами полок нагрузка (усилие) воздействует сбоку (перпендикулярно их вертикальной оси в плоскости поперечного сечения), то прочнее швеллер. Например, когда изделия уложены набок (торцами полок на опорную поверхность или швеллер еще можно положить на его стенку) и выступают в роли поддерживающего элемента для конструкции с небольшим весом. Дело в том, что и швеллер, и двутавр не рассчитаны на большие нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости их стенки.

Преимущество швеллера в более высоком сопротивлении боковым нагрузкам обусловлено следующим. Его полки расположены по одну сторону стенки. У двутавра они выступают с обоих его боков, причем на одинаковое расстояние. За счет этого у швеллера центр тяжести находится вне его поперечного сечения. Он смещен относительно стенки в сторону торцов полок. А у двутавра центр тяжести находится точно в центре его поперечного сечения (стенки).

Именно из-за такой разницы в расположении центра тяжести сопротивляемость нагрузкам у этих изделий отличается. Когда речь идет о боковых воздействиях, то прочнее швеллер. Чтобы сравнить какие-либо двутавр и швеллер, в каждом отдельном случае надо принимать во внимание не только типоразмер (высоту стенки), но и основные размерные характеристики поперечного сечения профиля, указанные в таблицах ГОСТов на сортамент этих изделий. Как отмечалось выше, в первую очередь – это толщины стенки и полок изделий. Не меньшее значение имеет и ширина полок. Также на прочность оказывает влияние радиус закругления между стенкой и полками.

2

Чтобы быстро выяснить, что прочнее, надо в таблицах с размерами ГОСТов сортамента сравниваемых швеллера и двутавра найти величины их моментов сопротивления относительно осей X и Y (W x и W y). Изделие, у которого значения этих характеристик выше, и будет прочнее.

Момент сопротивления – геометрический параметр поперечного сечения какого-либо изделия, который характеризует сопротивляемость в рассматриваемом разрезе (сечении) кручению или изгибу относительно выбранной оси. Его используют для последующего расчета сопротивления материалов и в формулах строительной и конструкционной механики.

Для швеллера и двутавра согласно их ГОСТам ось X проходит в плоскости поперечного сечения через середину стенки, перпендикулярно ей и параллельно полкам. Момент сопротивления перпендикулярен оси, относительно которой рассчитывается. Соответственно, W x двутавра и швеллера определяет их сопротивляемость нагрузкам и усилиям, направленным перпендикулярно полкам и вдоль стенки. То есть, когда эти изделия выполняют роль несущих элементов конструкции и установлены в своем основном положении – на нижнюю полку.

Ось Y проходит в плоскости поперечного сечения через центр тяжести и перпендикулярно полкам, пересекая при этом осевую линию X и образуя с ней прямой угол. Собственно, в точке пересечения Y с X и находится центр тяжести. Таким образом, у двутавра осевая линия Y располагается точно на вертикальной оси стенки, а у швеллера – параллельна последней и вынесена за ее пределы между полками, так как это изделие имеет смещенный центр тяжести. Смещение обусловлено тем, что у швеллера полки выступают только с одной стороны относительно стенки.

Соответственно, момент сопротивления относительно оси Y (W y) характеризует сопротивляемость этих изделий усилиям, направленным перпендикулярно стенке и вдоль полок. Для двутавра, когда он опирается на кромки полок с одной своей стороны, а нагрузка давит на противоположные и/или на поверхность стенки. У швеллера может быть два положения. Когда он опирается на поверхность стенки либо, как и двутавр – на кромки полок. Его W y в обоих случаях одинаковый и противостоит усилиям, направленным со стороны, противоположной опорной поверхности.

Как отмечалось выше, и у двутавра, и у швеллера W x всегда больше W y .

Это обусловлено тем, что эти изделия конструктивно рассчитаны на более высокое сопротивление нагрузкам, направленным под прямым углом к полкам и вдоль стенки, то есть перпендикулярно оси X. Поэтому, когда двутавр или швеллер используются в качестве несущих элементов конструкции, они должны монтироваться таким образом, чтобы их стенка располагалась вертикально, а нагрузка воспринималась поверхностью полок.

3

На примере нескольких типоразмеров швеллера и двутавра сравним прочность этих изделий. Заодно выясним как она зависит от основных размеров поперечного сечения, о которых шла речь выше.

Сравнение швеллеров и двутавров с одинаковыми типоразмерами придется делать между изделиями с наиболее близкими по значению размерами поперечного сечения, так как часть этих параметров всегда отличается. Эти профили выпускают в таком ассортименте, чтобы они друг друга дополняли, а не замещали.

По приведенной ниже таблице можно сопоставить характеристики (включая моменты сопротивлений) профилей указанных типоразмеров соответствующих ГОСТов.

Характеристики		Вид изделия
		20 (ГОСТ 8239)	20С (ГОСТ 19425)	20Са (ГОСТ 19425)	20С (ГОСТ 8240)	20Сб (ГОСТ 8240	22У (ГОСТ 8240)	24Э (ГОСТ 8240)	30Л (ГОСТ 8240)	200x100x6 (ГОСТ 8278)	200x180x6 (ГОСТ 8278)
Размеры стенки, мм
Размеры полки,
Радиус закругления между стенкой и полками с внутренней стороны, мм
Площадь сечения, см 2
Масса 1 м, кг

Сравним сначала по моменту сопротивления W x . 20 прочнее швеллера 20С. У нее больше W x , несмотря на то что тоньше стенка и полки. Правда, у швеллера меньше ширина полок.

Рассмотрим швеллерное изделие 20Сб. Ширина его полки такая же, как у представленных двутавров. За счет этого и благодаря большей толщине стенки 20Сб превосходит балку 20 по прочности. Однако этот швеллер уступает двутаврам 20С незначительно и 20Са прилично. Толщина полок у всех этих изделий сопоставима, а стенки – разная. Значение этого размера у швеллера 20Сб промежуточное между величинами для балок 20С и 20Сб. Из этого можно сделать однозначный вывод, что в случае испытания вертикальными нагрузками двутавр прочнее.

Швеллерное изделие 20Сб

Если сравнивать по моменту сопротивления W y , то здесь все более очевидно. У швеллеров к боковым нагрузкам сопротивляемость выше, чем у двутавров. При этом прослеживается рост W y по мере увеличения ширины полки у обоих этих изделий. Примечательно, что из представленных профилей самый большой W y у гнутого швеллера 200x180x6 (все остальные профили, кроме его соседа по столбцу, являются горячекатаными изделиями) с полкой 180 мм.

Сравнив , 22У и 30Л с представленными балками, можно убедиться, что типоразмер (номер профиля) решает не все. Главное, какие размеры поперечного сечения соответствуют рассматриваемому (выбранному) изделию. Увеличение высоты стенки (больший типоразмер) повышает прочность. Так, швеллер 30Л предпочтительнее двутавра 20 (если судить по W x). Однако двум другим представленным балкам он уступает по прочности из-за более меньших толщин стенки и полок, а также ширины последних.

Сравнение гнутого швеллера 200x100x6 с балкой 20 не в пользу вообще этого вида проката. Оно показывает, что гнутые профили слабее горячекатаных. Это следует из первого сравнения – балки 20 со швеллером 20С.

4

Двутавры больше ориентированы на использование в качестве несущих балок строительных конструкций. Их и изготавливают в основном больших типоразмеров: по ГОСТ 8239 с высотой стенки 100–600 мм и по ГОСТ 26020 – 100–1000 мм. Выпускают еще специальные по стандарту 19425 с номерами профилей 14–45 (высота стенки 140–450 мм).

Швеллеры – это универсальные изделия. Спектр их применения очень широк – от разнообразного использования в строительстве до установки в качестве деталей различной техники (от автомобильной до судов и так далее). Они очень удобны для изготовления различных металлических и прочих конструкций, так как полки у них выступают только с одной стороны. Поэтому швеллер легко можно крепить стенкой к другим элементам, обеспечив при этом плотное примыкание между ними.

Металлическая конструкция из швеллера

Швеллер тоже прекрасно подойдет в качестве несущей балки. Надо только чтобы его прочность соответствовала предполагаемой нагрузке. Разумеется, с запасом, впрочем, как и для двутавра. Однако для больших сооружений с протяженными пролетами между несущими балками и высокой нагрузкой на последние лучше подходят двутавры. Они устойчивей, все-таки прочней и жестче, а также на них лучше и удобней укладывать элементы перекрытия. Например, те же стандартные железобетонные плиты. На одну половину полки профиля ложится одна плита, а на другую – следующего пролета. Нагрузка при этом распределяется на двутавровой балке равномерно.

Швеллеры предназначены для использования в более легких конструкциях. Поэтому и выпускают их: горячекатаные с высотой стенки 50–400 мм (номера профилей 5–40) и гнутые – 25–410 мм.

Так что, какой из профилей лучше в конкретной ситуации, зависит в первую очередь от способа его применения, то есть для чего он нужен, а также от возможностей приобрести тот или иной вид (швеллер либо двутавр) и типоразмер. Ну и, конечно, нельзя забывать о требуемой прочности. Если последнее условие позволяет, то всегда можно заменить двутавр на подходящий швеллер и наоборот.

Это объясняется механическими характеристиками этих открытых незамкнутых профилей, отлично подходящими для восприятия локальных и распределенных нагрузок, и отработанным технологическим процессом их производства.

Форма геометрического сечения двутавра и швеллера имеет большую площадь, расположенную в полках. А области возникновения максимальных напряжений в двутаврах и швеллерах от изгибающей нагрузки сосредоточены именно в полках. Рациональность этих профилей объясняется наиболее эффективным использованием материала и снижением веса конструкции.

Основным отличием свойств швеллера и двутавра является различная реакция на скручивающую силу, которая может возникнуть даже в симметричном относительно двух плоскостей двутавровом профиле при определенном распределении нагрузки на перекрытие.

Двутавры

Максимальный объем металла в двутавровом профиле распределен в полках. Именно в них и возникают напряжения от приложенных нагрузок (в том числе, сжимающих, скручивающих и изгибающих). Кроме того, полки двутавра разнесены на такое расстояние, при котором момент инерции становится максимальным. Этим объясняется высокая величина момента инерции этого профиля, который для двутаврового профиля 16 достигает 2,6 т/м (при изгибе).

Несмотря на симметричность профиля, двутавровая балка может испытывать деформацию кручения, например, при опирании на нее перекрытия, неравномерно загруженного полезной нагрузкой.

Недостатком двутавра является его более высокая стоимость, чем у швеллера. Поэтому применять его целесообразно в гражданском, промышленном или другом масштабном строительстве, а также для перекрытий, работающих под значительной нагрузкой.

Швеллеры

Геометрическая форма швеллерного профиля обусловливает несовпадение его главной оси инерции со стенкой. Поэтому момент инерции П-образного сечения превышает момент инерции Н-образного сечения, что предпочтительнее для косого изгиба.

При восприятии опирающейся нагрузки швеллер испытывает скручивание, поскольку ось симметрии только одна и она не совпадает с осью нагружения. В результате центр изгиба располагается за стенкой несимметричного швеллерного профиля. При этом кручение является стесненным и имеет бимомент, который следует учитывать в проектных расчетах. Также необходимо учитывать секториальную жесткость швеллера, которая в 1,5 – 2 раза выше, чем у двутавра (при одинаковых высоте стенки и ширине полки).

Из двух швеллеров можно изготовить конструкцию, механически более прочную (изгибные жесткости в разных направлениям распределены более рационально), чем двутавр таких же размеров. Эта конструкция имеет квадратное сечение (пространственная форма является коробом), образуемое свариванием швеллеров по конечным граням полок и усиленное металлическими пластинами. В результате моменты инерции относительно центральных моментов инерции такого короба выравниваются. Однако подобное решение отличается трудоемким изготовлением.

Главное преимущество швеллера перед двутавром – меньшая стоимость при аналогичных механических и геометрических параметрах. Его целесообразно использовать в легких конструкциях: частных одно- или двухэтажных домах, гаражах, дачах и т. д.

Однако применение в перекрытии швеллера потребует крепления, чтобы обеспечить устойчивость этого профиля (при расположении стенки в вертикальной плоскости). Противодействие неустойчивости швеллера под изгибающей нагрузкой можно обеспечить привариванием поперечных жестких элементов, бетонированием или кирпичной кладкой.

Данный раздел поможет ответить на вопрос, какой вид металлопроката предпочтительнее и почему.

Как известно, самыми употребляемыми металлическими профилями являются двутавр или швеллер. Они практически незаменимы в современном строительстве, поскольку многократно увеличивают прочность различных конструкций. Этим объясняется повышенный спрос на эти виды металлопрофиля не только в строительстве, но и в других сферах.

У двутавра, как и у швеллера достаточно популярная частично криволинейная конфигурация. Внешне двутавр оставляет впечатление более надежной конструкции, однако, тщательно проведенные исследования и расчеты показали, что двутавр и швеллер имеют почти одинаковый уровень устойчивости и надежности. Области их использования схожи, тем не менее между ними есть определенные различия.

Швеллеры и сфера их использования

Швеллер – достаточно легкий, тем не менее прочный металлический профиль. Он в состоянии справиться с любыми, даже самыми серьезными, поперечными нагрузками. Его стенка сдвинута к краю полок, поэтому швеллер незаменим в случаях, когда требуется обеспечить примыкание к поверхности другого элемента. Их успешно используют в качестве деталей, которые работают на изгиб, к примеру, как прогоны в покрытиях зданий. Подобный строительный элемент используется практически на любой строительной площадке. Его можно считать основой любого строения.

Важным преимуществом металлического швеллера является доступная стоимость. Типоразмеров этого металлопрофиля достаточно много и отличаются они своей длиной, высотой и шириной перекладины, соединяющей полочки, которую называют шейкой.

Швеллеры изготавливают из углеродистой или низколегированной стали. Их можно использовать:

• вместе с элементами из бетона;
• в качестве основы опорной конструкции;
• направляющих в конструкциях грузоподъемного типа;
• с их помощью в процессе строительных работ можно быстро собирать системы любой сложности;
• эти элементы нашли применением также в мосто- и автомобилестроении;
• для укрепления межэтажных перекрытий, армирования стен и придания дополнительной жесткости и прочности кровельным прогонам.

Двутавры

Этот элемент представляет собой Н-образной профиль, выполненный из металла либо дерева. Основная область их применения – армирование конструкции при создании опалубка и использование при перекрытии стен.

Металлические двутавры нашли свое применение в строительстве крупнопанельных зданий или строений промышленного сектора любой сложности. Особая прочность профилей позволяет создавать с их помощью главные несущие конструкции.

Стандартная длина металлопрофиля изменяется в пределах 4–12 м. Размер соответствует расстоянию от внешней грани одной полочки до другой. Его указывают в сантиметрах.

Металлический двутавр изготавливают либо путем сварки, либо по технологии горячего катания. Сварка позволяет получить металлические профили размером 60 мм и более. Двутавры меньшего размера – горячекатаные. Тем не менее масса сварных на 10% меньше.

Каждый из видов балок имеет свои преимущества и недостатки. Деревянные балки, как правило, более экономичны по сравнению со стальными или железобетонными. Их значительно проще изготавливать и устанавливать, меньше также уровень теплопроводности. Однако, металлические – позволяют перекрывать пролеты большей величины и устойчивы к серьезным нагрузкам. Более того, они негорючи и устойчивы к биологическим повреждениям.

Так какой же выбрать? Не торопитесь, для начала вооружитесь информацией, представленной в разделе «Двутавры и швеллеры», разберитесь с сортаментом двутавровых балок, оптимальным весом и другими факторами.

Все статьи рубрики

Сегодня ассортимент предложений рынка стройматериалов настолько велик, что позволяет выбрать без проблем требуемый, в полном соответствии со своими предпочтениями и возможностями. Когда речь заходит о консольных конструкциях, то в первую очередь упоминают БДК-1 и ее металлических собратьев. Как же правильно выбрать двутавр?

Балка – это основной стройматериал для любого строения. Одни из них, к примеру, лаги, прогоны, стропильные ноги и т. д. каркас под конструкцию перекрытий между этажами перекрытий, а другие, образующие каркас из балок, несут всю кровлю.

Двутавр – это металлопрофильная конструкция перекрытия, наклонная или горизонтальная, рассчитанная в первую очередь на изгиб. Прежде всего она находится под воздействием весовой нагрузки, направленной по вертикали. Фактически это первичное воздействие, которому должен противостоять прокатный профиль из металла.

Ни один строительный объект, каким бы ни было его назначение, не обходится без применения балок перекрытия. Ее функция как инженерной конструкции – в успешном перераспределении вертикальных и горизонтальных нагрузок в процессе собственной работы на изгиб.

Такие металлопрокатные изделия как швеллер и двутавровая балка широко применяются в сооружении различных объектов, от жилых домов до перекрытий и мостовых построек. Оба этих изделия являются разновидностью фасонного металлопроката, поперечное сечение которого представляет собой различные формы. Учитывая специфику их применения, швеллеры и двутавровые балки являются фасонными изделиями общего назначения, тогда как рельсы, судостроительные и машиностроительные профили используются по специальному назначению.

Особенности двутавровых балок

Высокие показатели прочности и жесткости позволяют применять двутавровые балки в строительстве сложных конструкций и объектов вроде небоскребов, мостов или даже атомных электростанций. Жесткие свойства двутавровых балок обеспечивают долговечность сооружений благодаря армированным каркасам, которые применяются в жилом и промышленном строительстве. Правда, швеллер не уступает, а даже превосходит балку по площади сцепления с бетоном, что в свою очередь повышает надежность каркаса. В каркасном домостроении могут использоваться и деревянные двутавры. Двутавровые балки обеспечивают большую надежность, по сравнению с обыкновенными балками и предотвращают сдвиги, трещины, скрипы в конструкции.

Особенности швеллеров

Швеллер, за счет простоты монтажа и высокой плотности прилегания материала, применяется в отраслях автомобилестроения, самолетостроения и даже в каркасах подводных лодок. Его также используют как сырье в производстве конструкций с высечкой, штамповкой или резанием. Высокоуглеродистая сталь, из которой состоит швеллер, хоть и уступает в прочности балке, но упрощает монтаж изделия. Но если http://xn--37-7lcu.xn--p1ai/metalloprokat?code=00000000010000000000 с уклоном внутренних граней, можно добиться прочности как у двутавровой балки и увеличить площадь сечения на 20-40%, по сравнению с тем же двутавром. При необходимости можно дополнительно увеличить поперечное сечение изделия с помощью просечных отверстий – прочность от этого не пострадает, а масса погонного метра уменьшится.

Имея в наличии два швеллера можно их соединить в конструкцию наподобие двутавровой балки, скрепив основания обоих изделий с помощью сварки или болтов. Но из-за своей сложности такой метод применяется только при отсутствии других вариантов. Впрочем, такой профиль будет всего на 3-10% уступать прочности двутавра, что делает его хорошей альтернативой.

Кроме того, швеллер имеет более широкий диапазон применения в строительстве конструкций с многочисленными стыками, а также используется в монтаже компактных и легких устройств. Это обусловлено размером основания швеллера, который колеблется от 50 мм до 400 (для сравнения: диапазон основания двутавра 100-600 мм). Вычисление количества необходимых швеллеров в партии не составит проблем. Все изделия имеют вес, строго соответствующий ГОСТу и отличаются только определением длины. При производстве используют заготовки 4-12 метров длиной, затем разделяя их на швеллеры мерной, немерной, а также кратной мерной длины.