Швеллер: описание, виды и применение

Швеллер — стандартный металлопрофиль, имеющий «П»-сечение. Профиль широко применяется в строительстве, промышленности, мебельном производстве, машиностроении. Для производства швеллеров используются металлические сплавы, в том числе с антикоррозийной обработкой. Больше Всего востребованы швеллеры стальные горячекатаные, выпускаемые по ГОСТ 8240-97.

Конструкция

Конструктивно швеллер состоит из двух полок и одной стенки. Сечение профиля образует букву «П». Полки швеллера могут быть равными по размеру или различными. «П»-образное сечение выдерживает большие нагрузки и позволяет добиться плотного прилегания металлопрофиля к соседним конструктивным элементам, что особенно важно в строительстве и машиностроении.

Классификация

По способу производства швеллеры делятся на:

• горячекатаные стальные;
• гнутые равнополочные стальные;
• гнутые неравнополочные стальные;
• специальные стальные.

По форме металлоизделия бывают:

• с уклоном внутренних граней;
• с параллельными гранями полок;
• с параллельными гранями полок экономичные;
• с параллельными гранями полок легкие;
• специальные.

По материалу, из которого изготовлен профиль, различают:

• из углеродистой стали по ГОСТ 380-2005;
• из низколегированной стали по ГОСТ 19281-89;
• из высоколегированной стали ГОСТ 5632-72;
• из специальной стали: жаропрочной, жаростойкой, нержавеющей, кислотостойкой и пр.

Более 80% всех швеллеров в России изготавливаются из углеродистой стали.

Маркировка

Швеллеры маркируются в соответствии с ГОСТ 8240-97. Маркировка включает как буквенные, так и цифровые значения. Первая цифра в маркировке обозначает размер металлопрофиля и является основной характеристикой. Следующая за ней буква обозначает тип швеллера:

• У — с уклоном внутренних граней полочек;
• П — с параллельными гранями полочек;
• Л — изделия легкой серии с параллельными гранями полок;
• Э — изделия экономичные с параллельными гранями полок;
• С — изделия специальные.

Например, швеллер 5У — это металлопрофиль с уклоном внутренних граней полочек, основные параметры которого соответствуют размеру «5». Соответствие размеров и основных величин швеллеров содержит сортамент.

Сортамент

ГОСТ 8240-97 (Сортамент) распространяется на швеллеры общего и специального назначения, высота которых 50...400 мм, ширина полок 32...115 м.

Величины, характеризующие технические свойства швеллера по ГОСТ 8240-97:

• h — высота;
• b — ширина;
• s — толщина стенки;
• t — толщина полочки;
• R — радиус внутреннего закругления;
• r — радиус закругления полки
• x — расстояние от оси до наружной грани стенки;
• F — площадь поперечного сечения.

Нужный швеллер выбирается из сортамента в зависимости от нагрузок, которые будут действовать на конструкцию.

Материал

Для производства швеллеров используется углеродистая сталь или алюминий. Марки углеродистой стали: ст3пс, ст3сп, ст3кп, с235, С245, Ст3пс5, Ст3сп5, содержащие не более 0.22% углерода. Изделия из углеродистой стали рассчитаны преимущественно на эксплуатацию при положительных температурах.

Алюминиевые швеллеры могут эксплуатироваться при низких температурах. Профили выдерживают длительный контакт с водой и агрессивными средами. Но при этом алюминиевые изделия обладают меньшей прочностью в сравнении со стальными. Также в сравнении со стальными изделия из алюминия менее жесткие и легкие. По отпускной цене профили из алюминия дороже на 20-30 %.

Технология производства

При выпуске швеллеров применяются технологии горячей прокатки или холодной гибки. Производство «П»-профиля начинается с изготовления заготовок нужной длины. Прокатка (выдавливание) изделия выполняется на сортовом или рельсобалочном станке. Современные станки позволяют выпускать металлопрофиль любого размера и толщины по требованию заказчика. Способы производства:

1. Балочный. Обжатие заготовки выполняется по черновым размерам с применением обжимающих вальцов и перавалок. Профили допускают значительные отклонения в размерах (класс точности В).
2. С увеличенным выпуском. Через черновые размеры калибров протягивается заготовка, которая приобретает «П»-образную форму. При этом размеры намеренно преувеличены для снижения износа станков. Швеллеры могут относится к классу точности А или В.
3. С развернутыми полками. Профиль изготавливается в точном соответствии с сортаментом и относится только к классу А.

Производство гнутых швеллеров выполняется путем холодного деформирования на гибочных станках. Точность размеров у такого профиля соответствует классу В.

Основные требования к профилю

Швеллеры, отгружаемые с завода-изготовителя должны соответствовать ГОСТ 8240-97 (горячекатаные), ГОСТ 8278-83 (гнутые равнополочные) или ГОСТ 8281-80 (гнутые неравнополочные). Металлоизделия должны быть обрезаны так, чтобы косина не выводила длину изделия за предельные отклонения по этому показателю. Максимальная кривизна готового профиля — не более 0.2% от его длины (h). По предварительному соглашению между изготовителем и потребителем возможно изготовление изделий пониженной кривизны — не более 0.15% от длины. Предельное отклонение по весу должно быть не более 4% для партии и не более 6% для одного швеллера.

Сфера применения

Благодаря высоким технико-эксплуатационным характеристикам швеллеры востребованы во многих отраслях промышленности и строительства. Металлопрокат этого сечения используются для производства:

• стрел подъемных кранов;
• оконных, дверных профилей;
• каркасов машин, станков;
• витрин, стеллажей;
• гаражных ворот;
• мебели, перил, лестниц, ограждений.

В строительстве швеллеры используются при возведении междуэтажных, фундаментных, кровельных перекрытий, армирования сложных несущих конструкций.

При строительстве дорог «П»-профили применяются для обустройства мостов, перегонов. Изделия востребованы в вагоностроении, судостроении, машино- и авиастроении.

Металлопрофиль крупного формата широко применяется при строительстве быстровозводимых зданий для сборки ферм, колонн. Швеллеры размера 40 и более используются при строительстве крупномасштабных объектов: ТРЦ, стадионы, небоскребы.

Маленькие швеллеры применяются при благоустройстве придомовых территорий, в ландшафтном дизайне, для сезонных разборных сооружений, а также для устройства офисных перегородок, арок.

Эксплуатационные характеристики

Популярность швеллера обусловлена его многочисленными достоинствами:

• разнообразный сортамент;
• высокая прочность, способность выдерживать динамические нагрузки;
• хорошие показатели свариваемости;
• долговечность — срок службы до 100 лет;
• низкий удельный вес;
• удобный монтаж и транспортировка;
• низкая себестоимость конструкции.

Швеллер обладает достоинствами, которые выводят его на первое место в строительном сортаменте после горячекатаной арматуры.

Специальный швеллер

Специальные виды металлопрофиля предназначены преимущественно для таких отраслей, как вагоностроение, машиностроение, автомобильная промышленность и пр. Длина изделий достигает 13 метров. Металлопрофили выпускаются мерной длины, кратной мерной или немерной длины. Специальный профиль бывает только горячекатаным и по точности прокатки делится на два класса: А — высокой точности, В — обычной точности.

Расчет швеллеров

Конструкция профиля такова, что он работает преимущественно на изгиб. Расчет выполняется с целью подобрать такой размер и тип профиля, который выдерживал бы действующие на него постоянные и динамические нагрузки. Методика расчета достаточно сложная и зависит от функции металлопрофиля. Это может быть: однопролетная шарнирно-опертая балка, консольная балка с жесткой заделкой, шарнирно-опертая балка на двух опорах, консольная балка с одной сосредоточенной силой, однопролетная шарнирно-опертая балка и пр. Для расчета инженеры используют специальные программы или калькуляторы.

От чего зависит цена швеллера?

«П»-профиль имеет невысокие показатели металлоемкости, поэтому его применение в строительстве и производстве всегда целесообразно. Цена металлопрофиля зависит от типа швеллера, размера, класса точности, металла, из которого он изготовлен, технологии производства.